民用建筑中柴油发电机组的选型及机房设计

陈亚兰

摘要：结合相关规范和项目实践，对民用建筑应急柴油发电组设计中的设置原则、容量选择、机房设计等，提出了笔者的设计体会和解决方法

关键词：柴油发电机组；设置原则；容量选择；机房设计

引言

现代建筑功能复杂，人流密集，出于防火及安全的需要，对供电可靠性提出了严格的要求。选用适当的备用电源来满足紧急情况下消防负荷及重要负荷的供电要求，是民用建筑电气设计中一个不可忽视的问题。目前一般采用柴油发电机组作为应急电源，因为柴油发电机组容量大，持续供电时间长，可独立运行，可靠性高。本文就民用建筑中如何选择柴油发电机组、如何设计机房等问题提出一些理解和看法。

1、设置原则

《民用建筑电气设计标准》GB51348-2019第3.3.3条规定：当符合下列条件之一时，用电单位应设置自备电源：1、一级负荷中含有特别重要负荷；2、设置自备电源比从电力系统取得第二电源更经济合理，或第二电源不能满足一级负荷要求；3、当双重电源中的一路为冷备用，且不能满足消防电源允许中断供电时间的要求；4、建筑高度超过50m的公共建筑的外部只有一回电源不能满足用电要求。根据这些规定，笔者总结了自备柴油发电机组的设置原则：

（1）民用建筑按一级负荷要求供电时，若城市电网能提供二路独立电源，原则上可不设柴油发电机组。但是，对于特别重要的高层建筑（如超高层建筑）、公共建筑等，其中含有一级负荷中特别重要的负荷时，应考虑一电源系统检修或故障时，另一电源系统又发生故障的极端情况，此时一般应设置柴油发电机组作为应急电源。

（2）当城市电网只能提供一路电源时，或取得第二电源有困难或不经济合理时，为满足对一、二级负荷的供电要求，应设置柴油发电机组提供第二电源。此时柴油发电机组是作备用电源及应急电源使用。

（3）大、中型商业建筑中为确保市电中断时不造成较大的经济损失，宜设柴油发电机组。按照我国旅游饭店星级标准，四星级及以上酒店应设自备发电系统。

以上是设置柴油发电机组的基本原则。值得注意的是，在国内外一些高层建筑中，即使城市电网供电相当可靠，满足规范要求，但因为城市电网不可能完全独立，有时一个电源故障或检修时，另一电源有可能同时故障，因此，即使有两路或以上城市电网电源供电，一方面为保证消防及其他重要设备（如智能化设备、通讯设备等）的可靠供电，另一方面也能让建筑物的基本秩序得以维持，一般都设置柴油发电机组。

2、容量选择

2.1供电负荷分析：

①保安、保障型负荷

a.仅火灾时才启用的专用消防设备计算负荷（Pj1）。如：一般按最不利的一个防火分区发生火灾时考虑需开启的消防水泵、防排烟风机、电动防火卷帘、电动防火门、消防新风机等。同层有几个防火分区时，若某一个防火分区着火，所开启的防排烟最大负荷为本着火分区及相邻的两个防火分区的防排烟等消防设备。

b.市电停电时，必须由发电机供电的计算负荷（Pj2）。如：应急照明、消防电梯、消防控制室、通信机房、安防监控机房、大中型计算机房等重要设备用电，特别重要负荷，一级负荷中的部分或全部负荷。

②非保安、保障型重要负荷

市电停电非火灾时，宜由发电机供电的重要计算负荷（Pj3）。如：部分或全部客梯、生活水泵、厨房动力、餐厅部分照明、商场部分照明、宾馆锅炉房、星级客房照明等。大型封闭式商场中的空气处理机、新风机宜作为重要负荷。

2.2容量选择

（1）按计算负荷选择发电机容量

统计自备发电机组的设备容量时，第①类负荷必须考虑在内， 即必须采用柴油发电机组。第②类负荷则根据建筑物功能及城市电网情况来定，若功能要求较高或城市电网供电不稳定， 则应将第②类负荷考虑在内。但若将第①、②类负荷简单相加来选择柴油发电机容量，则所选容量容易偏大，因为在火灾时，只需保证消防设备的运行，第②类负荷不运行；而在非火灾状态下城市电网停电时，第①类中消防设备不使用。所以发电机组的设备容量（P∑）当Pj1＞Pj3时，应选P∑=（Pj1+Pj2），当Pj3＞Pj1时，应选P∑=（Pj2+Pj3）。

统计出设备容量后，根据实际情况选择需要系数K_x（一般取0.85-0.95），计算出计算容量P_j=K_xP∑，自备发电机组的功率按下式计算P=kP_j／η式中：

　　P—自备发电机组的功率kw；

　　P_j—负荷设备的计算容量kw；

　　P∑—总负荷kw；

η—发电机并联运行不均匀系数一般取0.9，单台取1；

　　k—可靠系数，一般取1.1。

（2）按最大的单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量P=（P∑-P_m）／η∑+ P_mKCcosØm（KW）

　　P_m—起动容量最大的电动机或成组电动机的容量（kw）；

　　η∑一总负荷的计算效率，一般取0.85；

　　cosØm —电动机的起动功率因数，一般取0.4；

　　K—电动机的起动倍数；

　　C—全压起动C=l.0，Y—△起动C=0.67，自耦变压器起动50％抽头C=0.25，65％抽头C==0.42，80％抽头C=0.64。

（3）按起动电动机时母线容许电压降计算发电机容量P=P_nKCX_d″（1／△E-1）（kw）

　　P_n一造成母线压降最大的电动机或成组起动电动机组的容量（kw）

　　K—电动机的起动电流倍数；

　　X_d″—发电机的暂态电抗，一般取0.25；

　　△E—母线允许的瞬时电压降，有电梯时取0.20，无电梯时取0.25。在实际工作中，也可用系数法估算柴油发电机组的起动能力。

近年来，变频起动装置在民用建筑中应用越来越广泛，变频起动与其它起动方式相比，起动电流小而起动力矩大，对电网无冲击电流，引起的母线电压降也很小。因此，当电动机采用变频调速起动时，可以只考虑用计算负荷来计算发电机的容量，而不用考虑电动机起动的因素。

3、机房设计

3.1机房选址

选择机房的平面位置时，应尽可能与变配电室相邻，因为这样便于接线，减少材料、电能的损耗，同时也便于管理。如果条件允许，机房最好设于首层，这样便于通风，散热，排烟。但在高层建筑和大中型商业建筑中，首层通常作为商业用房对外营业，属黄金地带，业主一般不会同意此方案，而往往把机房设于地下室。此时，在选择机房位置应注意以下几点：（1）机房要有一面靠外墙，这样设备通风、排烟比较容易处理。（2）应注意机组的安装、搬运和检修方便。一般利用停车库出入通道作为搬运通道，但若通道太小，应考虑吊装孔的位置。（3）应避开潮湿之处，不要设在厕所，浴室，水池等经常积水场所的下面或隔壁，避免因厕所检修或楼板渗水影响机组的运行。（4）尽量避开建筑物的主入口、正立面等部位，以免排烟、排风对其造成影响。

3.2通风

（1）必须处理好热风出口，当机组在地下室时，要有热风通道，并伸出室外，而不应使柴油发电机散热器把热量散在机房内，然后再由排风机排出。

（2）柴油机，发电机及排烟管在运行时均散发热量，使机房温度升高，温度升高到一定程度将会影响发电机的出力，因此，必须采取措施来保证机组的冷却。在有足够的进风，排风通道的情况下，一般采用闭式水循环及风冷的整体式机组，否则可将排风机，散热管与机组主体分开，单独放在室外，用水管将室外散热管与柴油主机连接。

3.3排烟

在设计排烟管系统时，应注意如下几点：（1）使排烟系统尽量减少背压，因为废气阻力的增加将导致柴油机出力的下降及温升的增加。因此排烟管设计得越短越直越好。　　（2）排烟管应单独引出，尽量减少弯头，宜进行保温处理，以减少烫伤和减少热辐射使机房温度升高。（3）排烟噪声是机组运行总噪声中最强烈的一种，应设消声器以减少噪音。

3.4接地

柴油发电机房一般采用三种接地：（1）工作接地：发电机中性点接地；（2）保护接地：电气设备正常不带电的金属外壳接地；（3）防静电接地：燃油系统的设备及管道接地。各种接地与建筑的其他接地共用接地装置，即采用共用接地。

3.5噪声处理

一般民用建筑中所选机组为高速机组，噪声比较大，为达到环保要求，机房内应采取机组消声及机房隔声综合治理措施。

3.6燃油存放

机房内需设置3~8小时的日用油箱，但总储存量不应超过1m³，并应采取相应的防火措施。

结语

由于每个工程的实际情况千差万别，因此在选用应急柴油发电机组时，除应满足规范要求外，还应根据实际情况来设置，才能达到令人满意的效果。

参考文献

[1]《民用建筑电气设计标准》GB51348-2019

[2]《建筑设计防火规范》.GB50016－2006..

[3]《全国民用建筑工程设计技术措施－电气》.（2003版）.

[4]《供配电系统设计规范》.GB50052－1995.