深圳市建筑设计研究总院有限公司 蒋能飞
摘 要：分析了柴油电站送排风系统的阻力，对排除柴油机机头散热器热量两种方法用一个实例进行了对比，说明柴油机机头散热器热量通过排风管排至室外的方法更加合理。
关键词：柴油电站；散热量；通风量计算
0 引言
柴油发电机组作为一种备用电源在民用建筑中被广泛采用，其作用是当市政电网出现故障或紧急用电时，保证应急用电设备的正常运行。柴油机在运行中由于柴油的燃烧产生大量热量，其热量主要为柴油机的散热量Q1、发电机的散热量Q2、柴油发电机排烟管的散热量Q3及柴油机机头散热器的散热量Q4，为保证柴油机受热机件及增压器外壳等部分不受高温的影响，并保证人员在机房内有一定的体力活动，就要在受热部分进行冷却，常见柴油发电机及其机房的冷却方式有水冷和风冷两种，而目前民用建筑中最常用的中小型柴油发电机以风冷居多，但是设计师在考虑风冷冷却方式时，由于其考虑不周，常导致室内温度过高，而影响机组及人员的正常工作，因此有必要对其风冷冷却方式的做法进行分析讨论。
1 阻力分析
柴油发电机房内的余热量包括柴油机、发电机、排烟管道及柴油机机头散热器的散热量，其计算公式详见文献[1]第4.5节“柴油电站通风设计”。对于民用建筑采用风冷系统，根据《柴油发电机组设计与安装》（15D202-2）规定[2]，“若空气的进、出风口的面积不能满足要求时，应采用机械通风并进行风量计算。当采用自然通风降温时，机房的进、排风系统总阻力不宜大于125Pa；当通风管道总阻力超过125Pa时，应设置机械送排风系统，风机全压应根据风道阻力计算确定。”对于人防电站，柴油发电机房的排风一般经过集气室–悬板防爆波活门–风井–防雨百叶，而所对应的悬板防爆波活门的悬板受一定重力的限制，需保持一定的张开角和通风通道面积，此时通风阻力约为50~100Pa，而防雨百叶风口有效系数为0.5时，排风百叶的局部阻力系数为ζ=8，取排风百叶风速为4m/s，则防雨百叶的阻力损失约为77Pa，再考虑其风井及集气室的阻力，则总阻力超过125Pa，需设置机械通风系统，而不宜通过自然通风来排除柴油机的热量。
2 通风量计算
柴油发电机房采用风冷系统，同时柴油机冷却也采用风冷系统，这时机房的排风不仅要考虑排出机房内的余热，而且还应考虑排除柴油机机头散热器排到机房内的热量。对于采用机械排风，柴油机机头散热器热量处理方式一般有两种：（1）通过排风管排至室外；（2）直接排至柴油发电机房，具体做法详见图1、图2。
图1 排风管排至室外
图2 直接排至柴油发电机房
（注：1-悬板活门；2-排风机；3-止回阀；4-进风机；5-送风口；6-排风口；7-防火风口；8-防火阀(70°C)；5-6-超压排气活门；5-9-4-电动、手动密闭阀门；11-柴油发电机。）
2.1 通风量的计算公式
当采用机械排风系统时，排除机房内余热的通风量L可按下式计算：
式中，L为排除机房内余热所需通风量（m3/h）；Q为室内柴油发电机机房余热（kW）；tn为机房排风温度（℃），根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16–2008）第6.1.13条规定，对于柴油发电机房（隔室操作、自动化）夏季温度为32~37℃，tn取37℃；tw为夏季通风室外计算温度（℃）。
2.2 举例说明
某防空地下室柴油发电机房设机组2台，运行1台，备用1台，柴油机功率为220kW（300h·P），发电机功率为200kW；排烟管直径为150mm、长度为30m，采用矿渣棉制品保温，保温层厚度为60mm，qe=0.196kW/m；大气压力为98.7kPa；烟管温度ty取400℃；机房设计温度为37℃；工程水源困难，冷却方式拟采用风冷，进风温度t1=30℃。通过计算得到：Q1=27.41kW，Q2=19.78kW，Q3=5.88kW，Q4=176.55kW。从计算结果可以发现，Q4>Q1+Q2+Q3；显然，如果把Q4直接排至机房内，将导致机房内余热大量的增加。为了更加直观的对比两种方法，现采用两种方法分别计算其通风量，并将其计算结果汇成表格，具体详见表1。
表1 两种方法比较
由于方法：（1）通过排风管排至室外，其柴油机机头散热器热量不直接散发到机房内，余热量为Q1+Q2+Q3，送风量可以根据公式（1）可以求得，而排除柴油机机头散热器热量的最小风量可以通过样本查的为19980m3/h，取最大值22497m3/h作为送风风量，室外空气首先冷却机房余热后，再经过柴油发电机冷却其柴油机机头，因此排风温度较高（67℃）；而方法（2）的机房余热量为Q1~Q4之和，室外空气冷却机房余热后直接排出，其排风温度较低（37℃），但是其送排风总量是方法（1）的4.3倍，如果悬板防爆波活门采用HK800（5），战时最大通风量为14500m3/h，则方法（2）送排风所需悬板活门数量为14扇，比方法（1）多10扇，受实际建筑工程条件的限制，方法（2）在工程实际设计中难以实现。
3 总结
3.1 对于人防电站，由于其通风系统的阻力较大，难以满足自然通风的要求，建议采用通风系统；
3.2 采用柴油机机头散热器热量通过排风管排至室外的方法：
（1）其送排风风机风量较小，易于实现，这时机房的进风量按以下两种情况确定：应取Max(机头散热器排风量（查样本得到），排除室内余热的进风量)，
（2）当机头散热器排风量大于排除室内余热的进风量时，取机头散热器排风量作为排风风机的风量，此时可以不在柴油发电机房内设置单独的排风口，其排风全部通过机头排出，而此时进风量量为排风量加上燃烧空气量；
（3）当机头散热器排风量小于排除室内余热的进风量时，取排除室内余热的进风量作为机房进风量，排风风机风量为进风量减去燃烧空气量，此时柴油发电机房内需设置排风口，其风量为排风风机风量减去机头散热器排风量。
参考文献
[1] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施 防空地下室(2009年版)[M].北京：中国计划出版社，2009.
[2] 中国建筑标准设计研究院.15D202-2柴油发电机组设计与安装[M].北京：中国计划出版社，2015.
备注：本文收录于《建筑环境与能源》2017年5月刊总第5期。
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