摘要：伴随着我国经济的发展，大型、高端，超高层民用建筑在全国涌现，对供电可靠性的要求不断提高，越来越多的建筑中需要设置柴油发电机组来满足建筑物可靠性供电需求。本文主要就对超高层民用建筑柴油发电机的设计布置与功率选用进行阐述和分析。
摘要：超高层民用建筑；柴油发电机；设计；选用
一、柴油发电机机组容量的确定
在初步设计阶段，柴油发电机的容量可按整个工程变压器总装机容量的10%，20%来估算。在施工图阶段，应根据一级负荷、重要负荷、消防负荷进行计算，并应满足最大一台电动机的启动条件。
（一）按供电稳定负荷计算柴油发电机的容量
Pe=K×Pjs/η
式中：
Pe―――发电机的额定功率，kW；
K―――可靠系数，一般取1.1，1.2；
Pjs―――发电机总负荷计算功率，即火灾状态时所需的消防负荷与非火灾状态时确保负荷之间较大者的计算功率，kW；
η―――发电机并联运行不均匀系数，一般取0.9，单台机组取1.0。
通常，设置柴油发电机作为自备应急电源，是为消防负荷和其他重要的非消防负荷供电。在发生火灾时，应自动切除非
消防的重要负荷，柴油发电机的容量应按火灾状态时所需的消防负荷与非火灾状态时重要负荷之间的较大者来确定。在进行负荷计算时，应按火灾和非火灾情况分别计算。
（1）火灾情况下消防负荷的计算
大中型的超高层民用建筑，往往由地下室、裙房及数个塔楼组成，包含了多个防火分区。确定发电机容量、进行消防负荷计算时，显然不能盲目地将所有消防用电设备同时计入。应参照GB50016-2006《建筑设计防火规范》的规定执行，对于小于或等于2.5万人的居住区或民用建筑，同一时间内的火灾次数按一次考虑，对于一座建筑考虑一个着火点，即一个防火分区发生火灾，通常，消防泵、消防中心用电、变配电室用电、应急照明等作为固定负荷必须计入，而消防电梯、防排烟风机、防火卷闸等负荷计入多少，则要视其在某防火分区火灾时投入运行的消防设备多少而定。显然，确定火灾状态时所需的消防负荷，应以最不利的一个防火分区发生火灾时，同时投入运行的消防负荷为准。
（2）非火灾情况下确保负荷的计算
超高层民用建筑中非火灾状态时确保负荷，包括非消防设备的重要负荷和火灾、平时两用的消防设备负荷。非消防设备的重要负荷，一般指的是一级负荷及一级负荷中特别重要负荷，如超高层民用建筑的主要业务和计算机系统用电、安防系统用电、电子信息设备机房用电、客梯用电等。在计算非火灾状态重要负荷时，除考虑以上非消防设备的重要负荷外，还要考虑火灾、平时两用的消防设备负荷，如消防电梯兼客梯、变配电室用电、消防中心用电等，但作为地下车库的平时送风、排风，火灾时补风、排烟的消防风机，一般情况下，这些风机的容量不应计入柴油发电机的非火灾状态时确保负荷内，因为市电停，风机停，这时柴油发电机启动，一般不会再去手动启动风机，除非风机处于自动控制状态，且受控于BA系统，当车库的CO达到一定浓度时，风机会自动开启，这种情况可视
物业管理情况酌情计入或不计（可由管理人员将控制风机的转换开关置于手动状态，市电正常时，再置于自动状态）。
（二）按最大一台电动机启动条件校验柴油发电机的容量
Pe≥K×P1+P
式中：
Pe―――发电机的额定功率，kW；
K―――发电机组供电负荷中最大一台电动机的最小启动倍数（见表1）；
P1―――最大一台电动机的额定功率，kW
P―――在最大一台电动机启动之前，发电机已带的负荷，kW。
表1发电机供电负荷中最大一台电动机的最小启动倍数K
有电梯和消防水泵负荷时，在全电压直接启动最大一台异步电动机的情况下，发电机母线电压应不低于额定电压的80%，当无电梯负荷时，发电机母线电压应不低于额定电压的75%。
由上式可以看出，发电机的容量不仅和最大一台电动机的启动功率有关，还和在最大一台电动机启动之前发电机已带的负荷有关。如果是在应急柴油发电机供电过程中发生火灾，由于消防电梯、应急照明、变配电室用电、消防中心等已经处于使用状态，需要启动的消防设备是防火卷帘、消防风机、消防水泵。如果是在火灾发生过程中发生停电事故，市电失去后，电动机回路接触器失电断开供电回路，设备停止运行，经延迟启动应急柴油发电机，待发电机电压稳定后，即向断路器仍处在合闸位置的某些非电动机回路供电，如平时和火灾兼用的应急照明、消防中心用电等，此时待投入的消防设备有消防电梯、消防风机、消防水泵等，在确定这些消防负荷的启动顺序时，一般应遵循如下原则：应急照明、消防电梯、防排烟风机、防火卷帘、消防水泵。按照这个顺序，能够确保人员的疏散及火灾的扑救，最大限度地减少损失。但通常消防水泵的容
量比消防电梯、消防风机的容量要大，消防水泵在最后启动可能会造成发电机容量的加大，增加投资。
（三）通过其他方面来选择机组
（1）在一类的高层建筑之中，要选择具有自启装置的柴油发电机组，一旦供电被中断，就必须要保证在15分钟之内恢复供电。在二类的高层建筑之中同样可以根据实际条件选择带自启装置的机组。
（2）对于机组本身，其尺寸大小，重量以及辅助的设备尽可能的减轻或减少，缩小机房的层高和面积。对于其选择，可以选择高速、电启动，避免通过压缩空气的启动方式。而在冷却方面，多采用闭式水循环冷却的整体性机组。
二、机房的设置
（一）发电机房位置的选择和布置
考虑到发电机房的进风、排风、排烟等情况，根据《民用建筑电气设计规范》的要求，柴油发电机房宜布置在首层，但是，通常大型公共建筑、商业建筑等民用建筑首层属黄金地带，并且首层会给周围环境带来一定的噪音，因此按规范规定，在确有困难时，也可布置在地下室，由于地下室出入不易，自然通风条件不良，给机房设计带来一系列不利因素，设计时要注意好，机房选址时应注意以下几点：（1）不应设在四周无外墙的房间，为热风管道和排烟管道排出室外创造条件；（2）尽量避开建筑物的主入口、正立面等部位，以免排风、排烟对其造成影响；（3）不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方和贴邻；（4）宜靠近建筑物的变电所，这样便于接线，减少电能的损耗，也便于管理；（5）注意噪音对环境的影响，不应靠近防微振的房间，机房内设储油间；（6）柴油发电机房应采用耐火极限不低于2.00小时的隔墙和1.50小时的楼板与其它部位隔开；（7）机房应有两个出入口，其中一个出口的大小应满足搬运机组的要求，门应采取防火、隔音措施，并应向外开启；（8）机房四周墙体及天花板作吸声体，吸收部分声能，减少由于声波反射产生的混响声；（9）机房内设备的布置应满足《民用建筑电气设计规范》的要求，力求紧凑、保证安全及便于操作和维护；
（二）进、排风的设计
柴油发电机房的通风问题是机房设计中要特别注意解决的问题，特别是机房位于地下室更要处理好，否则会直接影响发电机组的运行。机组的排风一般应设热风管道有组织的进行，不宜让柴油机散热器把热量散在机房内，热风管道与柴油机散热器连在一起，其连接处用软接头，热风管道应平直，如果要转弯，转弯半径应尽量大而且内部要平滑，出风口尽量靠近且正对散热器热风管直接伸出室外有困难时可设管导出。机房内要有足够的新风补充，进风一般为自然进风方式，进风口宜正对发电机端或发电机端两侧。进风口与出风口宜分别设在机房两端，以免形成气流短路，影响散热效果。
（三）排烟系统
柴油发电机组燃烧时除了会产生大量热气外，还会产生大量燃烧废气。这些废气必须经过专门处理后，才能由专用的排烟竖井排至空气中。据有关资料显示，柴油发电机组在运行过程中，每产生1千瓦小时的电能，大约会产生二氧化流3.7克，一氧化氮1.5克，二氧化碳860克，还有因为燃烧不充分所产生的积碳，如果对废气不加以处理而任由其排放，对环境产生污染，达不到环保要求。因此应在机房设置喷淋间，内装设一成套的冲击式水浴除尘系统。主要是通过烟气高速撞击水面，污燃物由于动能作用被水面吸附，从而达到清洗烟气和降低温度的效果。经过处理后的废气须经钢制烟管或专业烟井引至高空或不会对其他人构成干扰的地方。采用钢制烟管，须考虑烟管的热胀冷缩，当直线段烟管较长时，应选取相应的补偿器；对于机房内和人易接触的地方，应用隔热材料厚（50mm）包裹烟管，在包扎时必须保证隔热材料不影响排烟软管和补偿器的自由膨缩。烟气除了采用钢制烟管引至天面外，也可采用预制专业烟井的作法。专业烟井一般采用耐火砖材料，且井壁分内中外三层，内层为耐火砖砌的工作层，外层为普通砖砌的装饰层，中间为2~5mm厚的空气层，作为保温阻尼层，这样烟道就可以承受500 C以上的高温，在喷淋间除尘系统失灵的情况下，发电机组运行不致影响烟道的寿命。为保证除尘设备用水，机组冷冻液补水，以及冲洗机房地面用水，发电机房应设置拖布池。
（四）日用油箱间
根据《民用建筑电气设计规范》的规定按柴油发电机运行3~8小时设置燃油箱，而民用建筑防火规范要求更严格，应在机房内设置专用的储油间，内设日用油箱，其总储存量不应超过8小时的需要量，而根据建筑设计防火规范规定中间储油罐容积不超过1m3。日用油箱的容积按下式计算：
V=G*C/r/A
V-----日用油箱间的容积（m3）；
G-----柴油机燃料的消耗量（kg/h）；
r------燃油密度（kg/m3），轻柴油为810~860；
A------油箱充满系数（一般取0.8）；
C------供油时间（3~8h）。
储油间应采用防火墙与发电机间隔开，当必须在防火墙上开门时，应设置能自行关闭的甲级防火门，并向发电机间开启。油箱间内灯具采用防爆型，并设置日常通风。
（五）基础设计
据发电机相关厂家样本可知，发电机组的重量约在4~8吨，而其中的柴油机转速一般为1500转/分，这么沉重的东西在高速运行时，必须采取一定的减振措施。为了减低振动，根据柴油机组尺寸，设置一个高20cm的混凝土基础，基础各边应超出机组最宽处15~30cm，当进行机组安装时，在基础相对于机组底架上的固定螺栓位置钻孔，然后用膨胀螺栓将机组固定。采取这一措施，机组的振动被混凝土吸收一部分。电气专业向结构专业提荷载时，除了要提供机组的静负荷，混凝土基础的体积，还应考虑机组的动负荷，动负荷可向相关的厂家索取，也可按机组静负荷的1.5倍考虑。钢筋混凝土基础必须保证一定的养护期，设备才可就位。基础四周应设计10cm的油槽，可以方便清理设备滴漏的燃油或润滑油。
（六）机房接地
柴油发电机房一般应有三种接地：工作接地：发电机中性点接地；保护接地：电气设备正常不带电的金属外壳接地；防静电接地：燃油系统的设备及管道接地。各种接地与建筑物的其它接地共用接地装置，即采用联合接地方式。设计时应在机房设接地预埋件。
三、总结
一般来讲，高层建筑的主体工程造价是极为昂贵的，因此为了进一步节约成本，应急柴油发电机往往要选择在负一、负二以及裙房内部。在进行机房设计时，设计人员需要注意，机房不能设计在建筑物进出口以及住宅区，否则会严重扰民；为了降低成本，设计时可以尽量靠近市电低压配电房；另外，将发电机组设备设置在楼板上是严格禁止的，即使需要设置在楼板上，也要根据实际情况对楼板进行加固。电机房的进排风及排烟也是非常重要却又往往被设计者忽略的问题。由于地下室普遍通风效果不好，而发电机组工作及散热又需要大量的冷空气，同时也要排出大量热空气，为此一般在发电机房内需要设置排风井，将热空气送出机房，同时设置进风井或大功率送风机，但土建专业为方便布置往往会将排风井与进风井设计为相邻布置，容易形成气流短路，影响散热效果。因此，为了进一步提高散热效果，设计人员需要将进风井以及排风井尽量的往机组两端进行设计。由于目前我国在发电机排烟有关规章制度以及标准建设方面还是不完善，在实际的设计过程中，多数的设计都是将废气通过排风井排到室外的。另外，需要注意的是，在进行排风井设计时，有关人员需要将排风井设计到远离住宅以及人员不易到达的地方，有条件的话，完全可以进行废气高空排放。
综上所述，应急柴油发电机组已成为高层建筑的重要组成部分，只有在设计阶段合理选择机组容量，与市电灵活接线，充分考虑机房工程，加上安装调试阶段的细心规范和精心养护，才能保证应急柴油发电机组在关键时刻大显身手。但是在实际的应急柴油发电机设计过程中，很多问题还是存在的。为此，深入研究应急柴油发电机设计存在问题，创新应急柴油发电机设计技术，是今后有关部门高层建筑小区应急柴油发电机设计的重要方向。
参考文献：
[1]卢佳.高层住宅小区的应急柴油发电机设计[J].低压电器，2012（08）.
[3]黄兴华.探讨应急柴油发电机组的选型[J].移动电源与车辆，2012（01）.
[4]陈超，张晨.某工程应急柴油发电机电气保护配置[J].电气应用，2011（17）.
论文作者:桂玉堡
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/25
标签：发电机论文; 负荷论文; 机房论文; 柴油论文; 机组论文; 火灾论文; 民用建筑论文; 《基层建设》2018年第32期论文;