康明斯集成電力解決方案可滿足較嚴(yán)苛的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的需求,并以無(wú)與倫比的全球支持網(wǎng)絡(luò)為后盾。
摘要:為了使暖通專業(yè)更好地滿足柴油發(fā)電機(jī)房的使用要求,從其具體使用特點(diǎn)出發(fā),對(duì)柴油發(fā)電機(jī)房的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了探討。提出在進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)房的暖通專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)同時(shí)兼顧其出現(xiàn)備用工況、使用工況、事故工況時(shí)的發(fā)電機(jī)房環(huán)境要求。另外,由于柴油發(fā)電機(jī)房出現(xiàn)工況的不同,室內(nèi)通風(fēng)量會(huì)相差懸殊,因此,柴油發(fā)電機(jī)房不必進(jìn)行火災(zāi)工況下的排煙設(shè)計(jì)。
一、柴油發(fā)電機(jī)房的復(fù)雜性與特殊性
在我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)柴油發(fā)電機(jī)房的設(shè)計(jì)要求尚缺乏系統(tǒng)、明確規(guī)定的前提下,暖通專業(yè)該關(guān)心哪些設(shè)計(jì)要點(diǎn)?施工圖設(shè)計(jì)審查與司法鑒定實(shí)踐表明,即使對(duì)于同一地域的同等規(guī)模的柴油發(fā)電機(jī)房,設(shè)計(jì)內(nèi)容常常因設(shè)計(jì)師對(duì)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條文解讀的不同而變化。為了使暖通專業(yè)更好地服務(wù)于柴油發(fā)電機(jī)房的使用要求,本文從其使用特點(diǎn)出發(fā),對(duì)暖通專業(yè)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的探討,以期于同行有所裨益。
就建筑工程設(shè)計(jì)中所遇到的情況而言,柴油發(fā)電機(jī)組常常是作為應(yīng)急或備用電源配備的,因?yàn)楦鶕?jù)文獻(xiàn)JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“JGJ 16”)[1]第3.2.9條規(guī)定“對(duì)于一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷,應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源,……”。而對(duì)于一級(jí)負(fù)荷,供電設(shè)計(jì)必須滿足JGJ 16第3.2.8條(強(qiáng)制性條文)規(guī)定,即“一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電,當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí),另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。”但即便如此,由于建筑物所在地區(qū)大電力網(wǎng)是并網(wǎng)的,所以,無(wú)論從市政電網(wǎng)取幾路電源進(jìn)線,也無(wú)法得到嚴(yán)格意義上的兩個(gè)獨(dú)立電源。因此,電力網(wǎng)的各種故障,均可能引起建筑物全部電源進(jìn)線同時(shí)失去電源,從而造成停電事故。而柴油發(fā)電機(jī)與市政電網(wǎng)在電氣上是完全獨(dú)立的電源,不與市政電源同時(shí)并列運(yùn)行,所以實(shí)際工程中柴油發(fā)電機(jī)既可以用作一級(jí)負(fù)荷的第二回路電源(即備用電源),也可以用作一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的應(yīng)急電源。既然是應(yīng)急使用或備用,所以大多數(shù)時(shí)間內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)是不運(yùn)行的,即處于備用狀態(tài)。
所以,在進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)房的暖通設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮柴油發(fā)電機(jī)使用工況又要考慮其備用工況下的發(fā)電機(jī)房環(huán)境要求,同時(shí)還要考慮發(fā)電機(jī)房出現(xiàn)事故條件下的技術(shù)措施。這就是暖通專業(yè)設(shè)計(jì)上應(yīng)該注意的復(fù)雜性與特殊性。
二、柴油發(fā)電機(jī)房的室內(nèi)環(huán)境條件
1、室內(nèi)溫度和相對(duì)濕度
關(guān)于柴油發(fā)電機(jī)房的室內(nèi)溫度和相對(duì)濕度,JGJ 16做了兩條規(guī)定。
(1)即第6.1.13條第2款第3項(xiàng)以表格的形式對(duì)柴油發(fā)電機(jī)房的室內(nèi)溫濕度作了建議性的規(guī)定,部分數(shù)據(jù)如表1所示。表1中的溫濕度要求兼顧了柴油發(fā)電機(jī)組的使用工況和備用工況,但是,實(shí)際操作中要真正滿足表1中的要求,在我國(guó)目前的投入規(guī)模下,實(shí)現(xiàn)起來(lái)仍具有一定的難度。例如,對(duì)于我國(guó)嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)(如哈爾濱、長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、呼和浩特、烏魯木齊、蘭州、銀川、拉薩、太原、北京),在冬季室外設(shè)計(jì)條件下要同時(shí)保證發(fā)電機(jī)房室內(nèi)溫度15℃,相對(duì)濕度30%是困難的,正因?yàn)槿绱耍?/span>JGJ 16在作此項(xiàng)規(guī)定時(shí)采用了“宜”的程度措辭。
表1 發(fā)電機(jī)房溫濕度要求
房間名稱 | 冬季 | 夏季 | ||
溫度/℃ | 相對(duì)濕度/% | 溫度/℃ | 相對(duì)濕度/% | |
機(jī)房(就地操作) | 15~30 | 30~60 | 30~35 | 40~75 |
機(jī)房(隔室操作、自動(dòng)化) | 5~30 | 30~60 | 32~37 | ≤75 |
(2)即第6.1.13條第2款第4項(xiàng)規(guī)定安裝自啟動(dòng)機(jī)組的發(fā)電機(jī)房,應(yīng)滿足自啟動(dòng)溫度的要求。一旦建筑內(nèi)發(fā)生火警,消防水泵應(yīng)在火警后30 s內(nèi)啟動(dòng),所以,處于備用狀態(tài)下柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)能快速自動(dòng)啟動(dòng)。各廠家提供的產(chǎn)品樣本資料均顯示,10 s內(nèi)啟動(dòng)的較低溫度要求為10℃。所以,對(duì)于安裝自啟動(dòng)機(jī)組的發(fā)電機(jī)房,冬季室內(nèi)較低溫度應(yīng)保證10℃或以上。
2、通風(fēng)要求
柴油發(fā)電機(jī)房通風(fēng)的目的有二,其一是為柴油的燃燒提供充足的氧氣;其二是需要排除柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)散發(fā)至室內(nèi)的熱量。對(duì)于常見(jiàn)的風(fēng)冷柴油發(fā)電機(jī)組而言,隨機(jī)組配備的風(fēng)機(jī),其風(fēng)量足以同時(shí)滿足柴油機(jī)燃燒和散熱之用,所以,在柴油發(fā)電機(jī)投入使用的情況下,僅使用機(jī)組自帶風(fēng)機(jī)便可以滿足要求。關(guān)鍵是進(jìn)排風(fēng)口的開(kāi)口面積應(yīng)滿足柴油發(fā)電機(jī)組樣本中的規(guī)定。
通過(guò)對(duì)五種主要品牌(A-康明斯、B-帕金斯,C-沃爾沃、D-卡特彼勒和E-科勒)柴油發(fā)電機(jī)組(轉(zhuǎn)速1 50 0 rpm)樣本數(shù)據(jù)的分析,發(fā)現(xiàn)無(wú)論是機(jī)組的燃燒空氣量還是冷卻排風(fēng)量均變化較大,如圖1和圖2所示。
由圖1可見(jiàn),當(dāng)額定發(fā)電功率在22 kW~216 kW之間時(shí),單位功率的燃燒風(fēng)量為(3~6.5)m3/(kW·h)。
圖1 燃燒風(fēng)量與柴油發(fā)電機(jī)組功率關(guān)系
而圖2則顯示,在此范圍內(nèi)的額定發(fā)電功率之間,單位功率的冷卻風(fēng)量在(54~372)m3/(kW·h)之間變化。由于風(fēng)量隨機(jī)組額定發(fā)電功率、品牌的不同而變化,所以,設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要事先獲得詳細(xì)的產(chǎn)品樣本資料,并對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先確認(rèn)。柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中,其散熱量來(lái)自以下三部分,即柴油機(jī)活塞汽缸、發(fā)電機(jī)導(dǎo)線繞組與排煙管。
圖2 冷卻風(fēng)量與柴油發(fā)電機(jī)組功率關(guān)系
三、柴油發(fā)電機(jī)房的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1、備用工況
嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)應(yīng)設(shè)供暖設(shè)施,使室內(nèi)溫度保持在10℃或15℃以上,同時(shí),還要考慮必要的通風(fēng)換氣,在自然通風(fēng)不能滿足要求的條件下,可以按照(1~2)次/h換氣次數(shù)計(jì)算機(jī)械通風(fēng)量。對(duì)于夏熱冬冷與夏熱冬暖地區(qū),當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)在地下層時(shí),還應(yīng)對(duì)夏季通風(fēng)時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)結(jié)露進(jìn)行驗(yàn)算。
2、使用工況
(1)嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)
① 柴油發(fā)電機(jī)房的進(jìn)風(fēng)口宜設(shè)電動(dòng)風(fēng)閥。為了保證柴油發(fā)電機(jī)組投入使用時(shí),室內(nèi)具有足夠的通風(fēng)量,進(jìn)風(fēng)口的開(kāi)口面積一般較大,對(duì)于嚴(yán)寒與寒冷地區(qū),如果不設(shè)風(fēng)閥,則備用工況下室內(nèi)供暖負(fù)荷會(huì)太大,不利于維持穩(wěn)定的室溫,對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的快速啟動(dòng)也十分不利,所以,宜在進(jìn)風(fēng)口上設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥,而且該電動(dòng)風(fēng)閥屬于一級(jí)負(fù)荷,應(yīng)設(shè)雙路供電。
② 柴油發(fā)電機(jī)排風(fēng)管上宜設(shè)旁通電動(dòng)風(fēng)閥。對(duì)于供暖地區(qū)(尤其是嚴(yán)寒地區(qū),例如哈爾濱、長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、呼和浩特、烏魯木齊等)的冬季,當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)投入使用時(shí),會(huì)造成室內(nèi)溫度急劇下降,室內(nèi)溫度會(huì)低于0℃,為了改善發(fā)電機(jī)組的工作壞境,應(yīng)將發(fā)電機(jī)組周?chē)臏囟瓤刂圃?/span>10℃以上,當(dāng)室內(nèi)溫度低于10℃時(shí),則應(yīng)開(kāi)啟機(jī)組排風(fēng)管上的電動(dòng)風(fēng)閥,讓一部分熱氣旁通至室內(nèi),與室外低溫的新風(fēng)混合。這樣既有利于柴油發(fā)電機(jī)組使用壽命的提高,又可以提高機(jī)組的熱效率,從而節(jié)能。
(2)夏熱冬冷與夏熱冬暖地區(qū)
對(duì)于風(fēng)冷柴油發(fā)電機(jī)組,機(jī)組本身所配備的風(fēng)機(jī)風(fēng)量一般情況下均足以滿足其燃燒和排熱的需求,但是,對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)(例如武漢、杭州、南昌、長(zhǎng)沙)和夏熱冬暖地區(qū)(例如福建、海口、廣州)應(yīng)對(duì)夏季工況進(jìn)行驗(yàn)算,以保證柴油發(fā)電機(jī)房在柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行的情況下,室內(nèi)溫度不超過(guò)37℃。為了減少室溫超標(biāo)的可能性,在設(shè)計(jì)排煙管保溫層厚度時(shí),應(yīng)按保溫后排煙管的壁面溫度不超過(guò)60℃計(jì)算。
3、火災(zāi)工況
柴油發(fā)電機(jī)房的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)尚沒(méi)有定論。文獻(xiàn)GB 50 0 41-20 0 8《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“GB 50 0 41”)第13.1.1條將以煤、重油、柴油或燃?xì)鉃槿剂系腻仩t間規(guī)定為丁類生產(chǎn)廠房,若照此規(guī)定,則可以將柴油發(fā)電機(jī)房也歸入丁類生產(chǎn)廠房的類別,故此,根據(jù)文獻(xiàn)GB 50 016-2 014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“GB 50 016”)第8.5.2條和第8.5.4條,對(duì)于自啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)房則不必設(shè)置排煙設(shè)施。
但是,若從另一個(gè)角度來(lái)分析,結(jié)果又會(huì)不一樣。由于柴油發(fā)電機(jī)使用的液體燃料均為閉口閃點(diǎn)在45℃以上(國(guó)產(chǎn)柴油的閉口閃點(diǎn)大多為60℃~90℃)的輕柴油(即5號(hào)、0號(hào)、-10號(hào)、-20號(hào)、-35號(hào)和-50號(hào)),機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油的閉口閃點(diǎn)為195℃~210℃,均屬于可燃品。根據(jù)GB 50016第3.1.1條表3.1.1,柴油發(fā)電機(jī)房又應(yīng)該屬于丙類生產(chǎn)廠房。根據(jù)GB 50016第8.5.2條和第8.5.4條,對(duì)于自啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)房又宜設(shè)置排煙設(shè)施。
實(shí)際上,平時(shí)柴油發(fā)電機(jī)內(nèi)燃油存量極為有限,工作時(shí)的燃料是依靠隨機(jī)配備的燃油泵連續(xù)供應(yīng)的,即使對(duì)于發(fā)電功率200 kW的機(jī)組其機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存的潤(rùn)滑機(jī)油也不足30 L,況且,這些儲(chǔ)油部位平時(shí)均是封閉的,所以,綜合分析可知,柴油發(fā)電機(jī)房的火災(zāi)危險(xiǎn)性不大。而且,按照GB 50016的規(guī)定,柴油發(fā)電機(jī)房還設(shè)有消防系統(tǒng)。此外,因?yàn)榕艧熛到y(tǒng)是為保護(hù)人員撤離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)立的,既然柴油發(fā)電機(jī)房室內(nèi)一般無(wú)人,即使有人,也是工作人員,而工作人員對(duì)環(huán)境熟悉,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)逃離著火現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有疑義,所以,本文認(rèn)為在暖通設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)須考慮柴油發(fā)電機(jī)房火災(zāi)工況下的排煙,以便節(jié)省投資。
4、事故工況
按照GB 50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“GB 50736”)[4]關(guān)于“事故通風(fēng)不包括火災(zāi)通風(fēng)”的約定,柴油發(fā)電機(jī)房的事故來(lái)源主要有兩個(gè)方面,其一,輕柴油逸散可能導(dǎo)致的爆炸危險(xiǎn);其二,鉛酸蓄電池電解液外溢可能導(dǎo)致的爆炸危險(xiǎn)。
輕柴油暴露在大氣中會(huì)出現(xiàn)逸散,當(dāng)空氣中的柴油油氣體積濃度達(dá)到一定比例時(shí),遇明火會(huì)爆炸。但對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)房,日用油箱屬于另室設(shè)置,彼此采用防火墻或防火門(mén)隔斷,平時(shí)機(jī)內(nèi)燃油存量極為有限,且是封閉系統(tǒng);況且輕柴油的閉口閃點(diǎn)溫度高,而室內(nèi)用電設(shè)備又均為防爆型;再加上備用時(shí)柴油發(fā)電機(jī)房能保持(1~2)次/h的換氣通風(fēng);所以,柴油發(fā)電機(jī)房不存在因輕柴油逸散可能導(dǎo)致的爆炸危險(xiǎn)。
鉛酸蓄電池作為自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)電源應(yīng)用很廣,鉛酸蓄電池在備用充電過(guò)程中,由于電路問(wèn)題,可能會(huì)導(dǎo)致其發(fā)熱變形,電解液外溢,同時(shí)產(chǎn)生大量的氫氣和氧氣,遇明火或電氣火花爆炸。根據(jù)GB 50736第6.3.9條第1款,對(duì)可能突然放散大量有害氣體或有爆炸危險(xiǎn)氣體的場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置事故通風(fēng)。
綜上,柴油發(fā)電機(jī)房應(yīng)考慮事故通風(fēng)設(shè)計(jì)。
總結(jié):
鑒于柴油發(fā)電機(jī)在提升建筑安全性能方面的作用越來(lái)越重要,所以,在進(jìn)行暖通專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)同時(shí)統(tǒng)籌兼顧出現(xiàn)備用、使用、事故工況下的發(fā)電機(jī)房環(huán)境要求,不可偏廢。同時(shí)也應(yīng)該看到因柴油發(fā)電機(jī)房在保有過(guò)程中出現(xiàn)的工況不同,室內(nèi)通風(fēng)量將相差懸殊,因此需要從安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的角度精心設(shè)計(jì),而且柴油發(fā)電機(jī)房不必進(jìn)行火災(zāi)工況下的排煙設(shè)計(jì)。
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