柴油发电机房（风冷）通风设计探讨

冷静

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430071）

0 引言

柴油发电机作为一种备用或应急电源已被广泛采用，当正常电源故障时，切换至柴油发电机组为消防设备、控制通信设备等特别重要的负荷供电。

环境温度对柴油发电机的实际发电功率具有直接影响，同时柴油发电机运行时还需吸入新鲜空气，因此机房的通风设计尤为重要。本文结合具体工程，探讨机房通风量及散热量的合理计算方法。

1 工程概况

某工程为黄石市某物流园项目综合楼内的柴油发电机房（图1），位于地下一层，层高4.5m，面积66.80m2，发电机额定输出功率为400kW，设储油间。柴油发电机组的冷却方式为风冷。工程所在地夏季室外通风计算干球温度为32.5℃。

图1 发电机房平面图

依据产品样本，该工程使用的发电机组运行参数如表1 所示。

表1 机组运行参数

2 柴油发电机房通风量计算方法探讨

风冷型柴油发电机运行时，机组自带的连机式散热器虽会带走部分热量，但柴油机、发电机以及排烟管路仍会散发大量余热。机组运行时会产生一定的油气、一氧化碳及丙烯醛等有害物质。同时通风系统需保证柴油机燃烧所用的新风量Lr、储油间换气量Lk以及散热器排风所需进风量Ls，此部分风量为功能性通风量。

因此，柴油发电机运行时通风需综合考虑功能性通风及排除余热、有害气体所需风量（分别计为Ly、Lh）。若仅考虑排除机房内余热、有害气体而忽视功能性通风，则无法保证柴油发电机组正常运行。

2.1 现有通风量计算方法

依据《人民防空地下室设计规范》（GB 50038—2005）第5.7.2 条[1]，发电机房进风量为排除余热风量，排风量为进风量减去燃烧空气量。

依据《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》（DL/T 5035—2016）第6.16.4 条[2]，排风量为排除余热风量，进风量为燃烧空气量散热器排风量及排风机排风量之和。

依据《全国民用建筑工程设计技术措施 防空地下室》（2009版）中4.5.6 条[3]，进风量为排除余热风量、散热器排风量中较大值，排风量为进风量减去燃烧空气量。

部分设计中，进风量取为排除余热风量、散热器排风量及燃烧空气量三者之和。

以上计算方式存在以下问题：（1）忽视功能性通风量，可能导致散热器中循环冷却水无法得到充分冷却、柴油机燃烧所需的空气量欠缺以及油气聚集，进而影响机组正常运行；（2）混淆功能性通风量与排除余热、有害物质通风量间的关系，导致计算的进风量不尽合理甚至明显偏大；（3）排风量计算未进行具体分析，在机房机械进风的情况下无法保证负压。

2.2 推荐通风量计算方法

2.2.1 机房进风量

发电机房的进风量需考虑排除机房余热所需风量、排除有害气体所需风量及机组功能性进风量。当房间内同时放散余热和有害物质时，换气量按两者的最大值取值。值得注意的是，风冷型机组运行时，功能性进风与机房内空气混合，已参与吸收余热，对机房内空气进行降温并稀释有害气体，又通过连机式散热器带走机组循环冷却水的热量，排风由风管引至室外。因此，机房进风量Lj的计算公式应为：

式中，Lp为机房排风量。应针对机房的不同进风方式对排风量进行具体分析。

2.2.3 发电机组散热量

柴油发电机运行时，喷入柴油机燃烧室的柴油燃烧后产生的能量转化为机械能和热能，机械能通过曲轴输出驱动发电机，热能散失途径为：（1）由气缸传递给冷却水；（2）由柴油机体热表面通过辐射散热传至室内；（3）随尾气排出。其中，气缸传递给冷却水的热量通过机组自带的连机式散热器排至室外；尾气中的热量大部分由排烟管排至室外，剩余部分经由排烟管道散发至室内。发电机运行时也会因能量损耗而发热。

通过上述分析，本文认为机房总余热量Qyu应按《全国民用建筑工程设计技术措施 防空地下室》（2009 版）中4.5.6 条第4 款[3]进行计算，即：

式中，Q1为柴油机散热量，kW；Q2为发电机散热量，kW；Qy为排烟管道散热量，kW。

依据《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调·动力》（2009 年版）中4.4.1 条[4]，发电机组散热量数据由生产厂家提供，当缺乏资料时，可进行估算。

依据《全国民用建筑工程设计技术措施 防空地下室》（2009版）中4.5.6 条第1 至3 款[3]，Q1、Q2、Q3可按相关公式进行计算。

本文认为采取公式计算散热量较为合理。由于Qy较小，在缺乏相应数据的情况下可按（Q1+Q2）的1/10[5]估算。

3 柴油发电机房通风量计算

依据上述分析，按《全国民用建筑工程设计技术措施 防空 地 下 室》（2009 版）中4.5.6 条 第1 至2 款[3]计 算，取η2=93%，计算得Q1=47.1kW，Q2=30.1kW，Qy取估算值为7.72kW。

该工程为隔室操作，室内设计温度为37℃[6]，依据热平衡公式，计算得到Ly为56053m3/h。按Lh=qP′计算排有害物质所需通风量，取q=20m3/(kW·h)，计算得Lh为8000m3/h。

考虑到该工程储油间位于地下一层，依据《锅炉房设计标准》（GB 50041—2020）中15.3.7 条[7]，储油间换气次数取12 次/h，计算得Lk为135 m3/h。产品样本中，散热器排风Ls为37440m3/h，柴油机燃烧所需空气量Lr为2340m3/h。

依据式（1）计算得机房进风量Lj为56053m3/h。该工程进风方式为竖井自然进风，依据式（4）计算得Ljp=Lp=53713m3/h，上部设置排风机风量为16273m3/h。

图2 发电机房通风平面图

4 结语

柴油发电机组运行时会放散大量的余热，为保证机组的高效运行，需合理设置通风系统。

（1）柴油发电机运行时通风需综合考虑功能性通风及排除余热、有害气体所需风量，同时应注意功能性通风量可以起到排除发电机房余热及有害气体的效用，排风量计算也需针对实际情况具体分析。现有计算方法缺乏对上述因素的全面考量，笔者认为柴油发电机房（风冷）通风量计算可参考本文方法。

（2）本文案例实际计算的柴油机及发电机散热量远大于产品样本中的数据，而按《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调·动力》（2009 年版）中4.4.1 条[4]计算的估算值则明显偏大，因此，设计时需结合工程实际计算机组的散热量。

（3）依据防火要求，储油间与发电机房需采用防火隔墙进行分隔，因此储油间排风管道在穿越防火墙处需设置防火阀，本文案例储油间的排风管、进风短管在防火隔墙处均设置70℃防火阀。同时需注意按照《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》第6.16.8 条[2]，储油间单独设置时其机械排风系统也应独立设置。位于地下的柴发机房，储油间进风系统可与机房共用，其排风风机需单独设置。对于地上柴发机房，储油间可通过外墙上设置的百叶自然进风。