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機房設(shè)計與設(shè)備安裝 |
柴油發(fā)電機組的機房選址和綜合設(shè)計方案 |
摘要：在高層建筑中，通常會建立一座獨立的柴發(fā)機房，以保證柴油發(fā)電機組進風(fēng)、排風(fēng)等環(huán)節(jié)的通暢，提高供電質(zhì)量。柴發(fā)機房選址應(yīng)選擇一處四周無外墻的空置房間，為設(shè)備的進風(fēng)管道和排煙管道提供條件。避免設(shè)置在建筑物的主入口和對立面的位置，以免設(shè)備排煙、通風(fēng)等對周圍造成的不良影響。本文將就高層建筑中柴油發(fā)電機組的機房設(shè)置原則、設(shè)備布局以及機房設(shè)計等問題提出一些理解和認(rèn)識，以供參考。
一、柴發(fā)機房選址原則
1、適合的位置
宜布置在首層或地下1、2層，當(dāng)?shù)叵率覟?層及以上時，不宜設(shè)置在最底層，數(shù)據(jù)中心的柴油發(fā)電機房不應(yīng)設(shè)置于地下室最底層（如只有地下1層，則不應(yīng)設(shè)置于該層；如有地下兩層，則不應(yīng)設(shè)置于地下2層），柴油發(fā)電機房設(shè)置位置還要滿足當(dāng)?shù)毓╇姽镜南嚓P(guān)要求。
2、避免的位置
（1）不應(yīng)布置在人員密集場所的上一層、下一層或貼鄰。此條為強制性條文，當(dāng)機房設(shè)置于地下1層時，重點需要核對地上首層建筑功能是否為人員密集場所，應(yīng)避開主要通道、業(yè)務(wù)用房等經(jīng)常有人停留的場所，宜設(shè)置于設(shè)備用房區(qū)域下方。
（2）不應(yīng)設(shè)置在衛(wèi)生間等經(jīng)常積水場所的下一層，且不宜與上述場所相貼鄰，不宜設(shè)置于智能化機房上方、下方或貼鄰。此條也是容易被忽略的，根據(jù)GB 50352 - 2019《民用建筑設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》第8.3.3條第1款要求，原適用于變電所的相關(guān)要求也同樣適用于柴油發(fā)電機房。
3、有利于吊裝的位置
靠近變電所，方便設(shè)備吊裝運輸。柴油發(fā)電機供電電源需要在變電所與市電電源進行切換供電，宜接近用電負(fù)荷中心，如果機房距離變電所較遠(yuǎn)，再加上變電所至用電設(shè)備的供電距離，有可能遠(yuǎn)大于低壓供電半徑，此時不僅導(dǎo)致供電成本、電能損耗增加，同時對供電壓降、接地故障保護動作有效性也有影響，需要進行電壓損失和接地故障保護動作靈敏度校驗。
機組的運輸條件也是容易被設(shè)計人員忽視的，大容量柴油發(fā)電機組一般體積、重量都較大，需要跟土建專業(yè)核實運輸安裝條件，當(dāng)利用車道作為運輸路徑時，要考慮坡道入口處的凈高和運輸車道荷載是否滿足要求，可考慮利用暖通專業(yè)冷凍機組等大型設(shè)備的吊裝孔兼作柴油發(fā)電機組的吊裝孔，不具備條件時則需要單獨設(shè)置機組吊裝孔和運輸通道。
5、有利于通風(fēng)的位置
宜靠建筑外墻布置，機房的進風(fēng)井、排風(fēng)井和排煙井應(yīng)直通室外，進、排風(fēng)口不宜設(shè)置在同一側(cè)。此條要求對柴油發(fā)電機房的位置較為苛刻，建筑外墻應(yīng)是指地上建筑外墻，非地下室外墻，主要是基于滿足機房自然進風(fēng)井、排風(fēng)井設(shè)置條件。另外柴油發(fā)電機房的進風(fēng)井、排風(fēng)井和排煙井要避免設(shè)置在建筑主入口、正立面等部位，以免排風(fēng)、排煙對其造成影響。
由于要同時滿足以上條件，另兼顧建筑功能及美觀要求，因此，民用建筑地下室的柴油發(fā)電機房選址條件可謂相當(dāng)苛刻，需要對地下、地上建筑條件進行仔細(xì)分析，尤其在方案或初步設(shè)計階段，建筑功能有可能不斷調(diào)整，影響機房的設(shè)置，所以需要仔細(xì)分析、比選，并與其他專業(yè)溝通配合，尋找最優(yōu)機房設(shè)計方案。
二、機房內(nèi)的設(shè)備布置與建設(shè)條件
典型柴油發(fā)電機房設(shè)備布置如圖1所示，實物機房安裝如圖2所示。
1、設(shè)備布置
（1）機房設(shè)備布置應(yīng)根據(jù)柴油發(fā)電機組容量大小和臺數(shù)而定，應(yīng)力求緊湊、經(jīng)濟合理、保證平安及便于維護。
（2）當(dāng)發(fā)電機房只設(shè)一臺柴油發(fā)電機組時，如果柴油發(fā)電機組容量在500kW 及以下，則一般不設(shè)控制室，這時配電屏、控制屏宜布置在發(fā)電機端或發(fā)電機側(cè)，其操作檢修通道的要求為屏前距發(fā)電機端不應(yīng)小于2m，屏前距發(fā)電機側(cè)不應(yīng)小于1.5m。
（3）對于單機容量在500kW 及以上的多臺柴油發(fā)電機組，考慮到運行維護、管理和集中控制的方便，宜設(shè)控制室。一般將發(fā)電機控制屏、柴油發(fā)電機組操作臺、動力控制〔屏〕臺及照明配電箱等放在控制室。控制室的布置與低壓配電室的布置的技術(shù)要求一樣。
（4）在機房內(nèi)，柴油發(fā)電機組宜橫向布置〔垂直布置〕，這樣，柴油發(fā)電機組的中心線與機房的中軸線垂直，操作管理方便，管線短，布置緊湊。當(dāng)機房與控制及配電室毗鄰布置時，發(fā)電機出線端宜布置在靠近控制及配電室一側(cè)。
2、輸出線路的選擇與敷設(shè)
柴油發(fā)電機房宜按潮濕環(huán)境選擇電力電纜或絕緣電線；發(fā)電機至配電屏的引出線宜采用銅芯電纜或封閉式母線；強電控制測量線路、勵磁線路應(yīng)選擇銅芯控制電纜或銅芯電線；控制線路、勵磁線路和電力配線宜穿鋼管埋地敷設(shè)或沿電纜溝敷設(shè)，勵磁線路與主干線采用鋼管配電時可穿于同一管中。柴油發(fā)電機房固定照明須接應(yīng)急電源。
3、機房的土建條件
（1）機房的高、長、寬尺寸必須滿足柴油發(fā)電機組的安裝要求。對于小型柴油發(fā)電機組，假設(shè)油箱、電控箱與柴油發(fā)電機組屬于同一整體，柴油發(fā)電機組的中心線與機房的中軸線重合，則柴油發(fā)電機組與墻之間要留有1.5m左右的巡視檢修通道，散熱器應(yīng)盡量靠近熱風(fēng)出口百葉窗。
（2）要留有設(shè)備進出門及值班人員進出門，設(shè)備進出門要保證柴油發(fā)電機組能推進推出的小門；如因條件限制，設(shè)備進出的大門也可開人員進出，在針對柴油機散熱器的地方要留熱風(fēng)排出百葉窗。如果不采用整體風(fēng)冷柴油發(fā)電機組，要留有冷卻水管道過樓板的預(yù)留孔。
（3）根據(jù)柴油發(fā)電機組的高度及排煙方向，要在墻上預(yù)埋排煙管通道套管。
（4）根據(jù)柴油發(fā)電機組重量，土建要做相應(yīng)的根底，并根據(jù)柴油發(fā)電機組底盤的尺寸，還要做相應(yīng)的機座，預(yù)留埋地角螺絲的孔洞。
（5）要根據(jù)進出線及電控箱位置，設(shè)置電纜溝或預(yù)埋管。
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圖1 柴油發(fā)電機房平面布置示意圖 |
圖2 柴油發(fā)電機房實物全景示意圖 |
三、設(shè)備安裝及機房的整合設(shè)計
1、設(shè)備安裝
應(yīng)確保散熱器與通風(fēng)口保持在1米至1.2米的距離之間，風(fēng)口底部應(yīng)距地面0.4米，且應(yīng)將發(fā)電機放在房間較中間的位置，并與除通風(fēng)口外的三面墻壁保持2米的距離。如若在同一房間內(nèi)設(shè)置多臺發(fā)電機組，應(yīng)將他們的位置距離保持在2.5米，使其通風(fēng)順暢，為設(shè)備的維修和保養(yǎng)提供方便。
2、降溫措施
在柴油發(fā)電機運行過程中，會產(chǎn)生大量的熱量，使周圍的溫度升高，從而在一定程度上降低了有機的運行效率。因而，在柴油發(fā)電機系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)采取有效的降溫措施，提高設(shè)備的運行質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)中心的有效運行。
3、通風(fēng)設(shè)計
滿足柴油發(fā)電機組發(fā)電需求，保證通風(fēng)質(zhì)量。通常一體式冷卻系統(tǒng)，進風(fēng)口應(yīng)保證是散熱器芯面積的1.8倍，并將其架設(shè)在發(fā)電機的兩端。排風(fēng)口是提高設(shè)備運行質(zhì)量的重要保障，其設(shè)計面積應(yīng)是散熱器芯面積的1.5倍，并將其架設(shè)在柴油機散熱口的對立面，避免引發(fā)進風(fēng)與排風(fēng)相互混合的運行問題。
（1）聯(lián)機式冷卻系統(tǒng)
聯(lián)機式冷卻系統(tǒng)即一體式冷卻系統(tǒng)，如圖3所示。在柴油發(fā)電機組的開發(fā)階段驗證定型，可靠性和冷卻效率都很高，性價比高且現(xiàn)場安裝簡單，故障率低且故障處理容易，但對機房的進風(fēng)量要求大，柴油發(fā)電機組運行時水箱風(fēng)扇噪聲大。
（2）熱交換器+遠(yuǎn)置水箱
當(dāng)需要水箱遠(yuǎn)置，且水箱與柴油發(fā)電機組的相對位置，既超過發(fā)動機的靜壓頭要求也超過其摩擦壓頭要求時，可參考圖4，采用熱交換器遠(yuǎn)置水箱的冷卻系統(tǒng)。熱交換器的位置主要受制于發(fā)動機的驅(qū)動能力，可如圖4所示直接將熱交換器裝配在發(fā)動機本體上或安裝在柴油發(fā)電機組附近，熱交換器柴油發(fā)電機組側(cè)一次冷卻系統(tǒng)與水箱側(cè)二次冷卻系統(tǒng)互相獨立，柴油發(fā)電機組側(cè)冷卻系統(tǒng)流量等于發(fā)動機冷卻流量，水箱側(cè)冷卻流量，即二次側(cè)冷卻驅(qū)動水泵的流量，應(yīng)在確保熱交換器二次側(cè)冷卻液出口溫度小于熱交換器最高容許溫度的前提下，從熱交換器有效帶出發(fā)動機傳遞給冷卻系統(tǒng)的熱量，送遠(yuǎn)置水箱冷卻。
4、排煙管道設(shè)計
排煙系統(tǒng)應(yīng)采用室外架空方式，將排煙管道引向室外。在安裝過程中，應(yīng)注意排風(fēng)管的彎曲設(shè)計，并保證其能夠有足夠的伸縮空間。通常在水平鋪設(shè)中，應(yīng)確保排煙背壓在10以下，從而進一步保障排煙質(zhì)量。
5、接地要求
（1）工作接地：發(fā)電機中性點接地；
（2）保護接地：電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼接地；
（3）防靜電接地：燃油系統(tǒng)的設(shè)備及管道接地。
各種接地可與其建筑的其他接地共用接地裝置，即采用聯(lián)合接地方式。
6、柴發(fā)控制屏
康明斯發(fā)電機組通常采用DSE8610控制器的控制屏，其具有檢測、控制、警報等功能。控制屏為微電腦控制，帶液品數(shù)字顯示屏，應(yīng)能承受機械、電氣振動，電和熱應(yīng)力及在正常運行情況下可能遭受的濕度影響。且須具有電磁波干擾、具有故障儲存、實時報警和系統(tǒng)自診斷功能。配有保護裝置以避免控制電路短路所引起的后果。
7、供油系統(tǒng)設(shè)計
供油系統(tǒng)是柴油發(fā)電機的重要組成部分，對數(shù)據(jù)中心的有效運行具有重要影響。近年來，為了滿足GB 50174-2014和GB 50016-2014等相關(guān)規(guī)范要求，在數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)單獨設(shè)立設(shè)備的日用油箱間，并保證足夠的日用燃油，使柴油發(fā)電機組運行時間不低于72小時。此外，應(yīng)在日用油箱上設(shè)置液位控制設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)油位超出高液位及時發(fā)出警報，降低柴油燃料的大量浪費，保障柴油發(fā)電機系統(tǒng)的運行質(zhì)量，從而進一步滿足數(shù)據(jù)中心對柴油發(fā)電機的設(shè)計需求。
8、機房噪聲控制
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圖3 柴油發(fā)電機冷卻系統(tǒng)安裝圖（帶散熱水箱） |
圖4 柴油發(fā)電機冷卻系統(tǒng)安裝圖（帶熱交換器） |
總結(jié)：
根據(jù)柴油發(fā)電機的外形尺寸，發(fā)電機房設(shè)計時有足夠的擺放空間，柴油發(fā)電機四周離墻壁至少有80公分距離。盡量避開建筑物的主入口、正立面等部位，以免排風(fēng)、排煙對其造成影響。注意噪音對環(huán)境的影響，盡量離工作與生活場所與遠(yuǎn)點。特別是布置在地下室的發(fā)電機房，由于地下室出入不易，自然通風(fēng)條件不良，給機房設(shè)計帶來一系列不利因素，設(shè)計時要注意好。
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