大型民用建筑柴油發(fā)電機(jī)房一體化設(shè)計(jì)方向

柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，需要冷卻工質(zhì)對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行降溫處理，冷卻工質(zhì)將柴油機(jī)的熱量帶走，同時(shí)從柴油機(jī)出來(lái)的高溫冷卻工質(zhì)也需要一種冷卻媒介冷卻它。一般常用的方法有兩種:

一種柴油機(jī)風(fēng)扇對(duì)水箱內(nèi)高溫的冷卻水冷卻，俗稱(chēng)風(fēng)冷;另一種是通過(guò)水池或冷卻塔的水來(lái)冷卻柴油機(jī)內(nèi)部的冷卻水，俗稱(chēng)水冷。水冷可以有效降低機(jī)組噪音，一般在天氣炎熱的地區(qū)，氣溫較高不利于柴油機(jī)的散熱，從而造成柴油機(jī)高溫運(yùn)行;而水冷則可以有效保證散熱量，有利于機(jī)組的健康運(yùn)行。本項(xiàng)目為深圳某大型實(shí)驗(yàn)室集群項(xiàng)目，屬于高層科研建筑。本項(xiàng)目為數(shù)據(jù)機(jī)房(B級(jí))和工藝特級(jí)負(fù)荷設(shè)置2臺(tái)1500kW/0.4kV和1臺(tái)800kW/0.4kV柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)市電中斷時(shí)立即啟動(dòng)，市電恢復(fù)后自動(dòng)切換并延時(shí)停機(jī)。由于發(fā)電機(jī)與2臺(tái)磁懸浮離心冷水機(jī)組不同時(shí)使用，即發(fā)電機(jī)開(kāi)啟時(shí)可關(guān)閉上述2臺(tái)冷水機(jī)組，因此具備共用冷卻塔的技術(shù)條件。且深圳地區(qū)屬于炎熱地區(qū)，冬季不結(jié)冰，適宜采用開(kāi)式冷卻塔;發(fā)電機(jī)使用頻率較低，專(zhuān)門(mén)配置冷卻塔或空氣冷卻器將常年閑置，設(shè)備長(zhǎng)期不運(yùn)行也不利于其運(yùn)行安全，同時(shí)增加投資、存在浪費(fèi)資源的嫌疑。離心冷水機(jī)組與發(fā)電機(jī)聯(lián)用開(kāi)式冷卻塔，在時(shí)間搭配、共享資源、設(shè)備運(yùn)維等多方面均有明顯優(yōu)點(diǎn)，一舉多得。因此本項(xiàng)目擬采用離心冷水機(jī)組與發(fā)電機(jī)聯(lián)用開(kāi)式冷卻塔的技術(shù)方案，發(fā)電機(jī)采用水冷式發(fā)電機(jī)組，冷卻水采用板式換熱器與機(jī)組配套使用。

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柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)1.1連機(jī)式風(fēng)冷式柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)一般民用建筑采用連機(jī)式風(fēng)冷排熱型(即空氣冷卻型)柴油發(fā)電機(jī)，室內(nèi)安裝，在運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組本體冷卻排熱系統(tǒng)由風(fēng)扇直接帶走大部分余熱，但機(jī)組機(jī)體、排煙氣管道及排煙氣消聲器還會(huì)將大量的余熱散入室內(nèi)。風(fēng)冷型柴油機(jī)主軸風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣冷卻散熱器，散熱器進(jìn)風(fēng)直接從室內(nèi)吸取，排風(fēng)由風(fēng)管引至室外，這樣，機(jī)組本體風(fēng)冷排熱系統(tǒng)同時(shí)起到了排除室內(nèi)熱空氣的作用，從而減少了柴油發(fā)電機(jī)室排除室內(nèi)余熱所需的排風(fēng)量。柴油發(fā)電機(jī)允許工作環(huán)境溫度一般在5～40℃，且環(huán)境溫度將直接影響柴油發(fā)電機(jī)的實(shí)際發(fā)電功率。因此，為確保機(jī)組的效用，規(guī)定風(fēng)冷型柴油發(fā)電機(jī)室的夏季排除室內(nèi)余熱的排風(fēng)量按夏季排風(fēng)溫度不超過(guò)40℃計(jì)算。柴油發(fā)電機(jī)機(jī)房需要設(shè)置排出機(jī)組熱量的專(zhuān)用排風(fēng)管道、常規(guī)通風(fēng)管道、排煙煙囪，同時(shí)設(shè)置進(jìn)風(fēng)道。柴油發(fā)電機(jī)組裝機(jī)負(fù)荷較大時(shí)，需要較大面積的排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)管井，是民用建筑設(shè)計(jì)中涉及多個(gè)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一，尤其是一線(xiàn)城市核心區(qū)大型商用建筑，有時(shí)對(duì)建筑布局、立面設(shè)計(jì)帶來(lái)明顯的負(fù)面影響，需引起各個(gè)專(zhuān)業(yè)高度重視。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與安裝》的數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目需要進(jìn)風(fēng)口凈面積40m2

，一般難以設(shè)置完全孔洞式通風(fēng)口，需要設(shè)置進(jìn)風(fēng)百葉，進(jìn)風(fēng)百葉面積需要80m2，由于緊鄰市政街道，建筑專(zhuān)業(yè)對(duì)立面要求較高，難以滿(mǎn)足通風(fēng)口的技術(shù)條件;另一方面，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較大的噪音，對(duì)周邊環(huán)境造成一定影響。1.2水冷式柴油發(fā)電機(jī)水冷式柴油機(jī)一般配備專(zhuān)用熱交換器，柴油機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱水從柴油機(jī)的出水管流到熱交換器，熱交換器的冷水冷卻柴油機(jī)的循環(huán)熱水，柴油機(jī)的循環(huán)工質(zhì)被冷卻后重新回到柴油機(jī)，并對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行冷卻。熱交換器冷卻管內(nèi)的冷水在冷卻柴油機(jī)的循環(huán)熱水后水溫升高，由冷卻塔或散熱器進(jìn)行冷卻，冷卻后送到熱交換器的冷卻管，水冷可保證柴油機(jī)在85～90℃的最佳水溫工作。目前，大部分項(xiàng)目采用遠(yuǎn)置冷卻散熱器來(lái)冷卻排出發(fā)電機(jī)的大部分熱量，冷卻散熱器可以設(shè)置在屋面或其他適宜的室外場(chǎng)所。冷卻散熱器與柴油發(fā)電機(jī)組配套使用，便于控制管理，但投資運(yùn)行費(fèi)用偏高。冷卻可以采用淋水式冷卻塔，冷卻塔可采用開(kāi)式或閉式冷卻塔;

采用閉式冷卻塔有利于維持循環(huán)管道內(nèi)的水質(zhì)、保護(hù)換熱器，但閉式冷卻塔占地大、造價(jià)高、運(yùn)行費(fèi)用高。布置平面見(jiàn)圖1。圖1柴油發(fā)電機(jī)組平面布置圖

2發(fā)電機(jī)組冷卻方式的比較與選擇2.1

風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn):風(fēng)冷發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、啟動(dòng)性能好，沒(méi)有凍裂或過(guò)熱沸騰危險(xiǎn)，利于維護(hù);風(fēng)冷發(fā)電機(jī)組適用于高原、缺水或寒冷的地方，不必考慮加水、沸點(diǎn)、凍結(jié)等方面的問(wèn)題，因受到熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷限制，功率一般都比較小。

(2)缺點(diǎn):

風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)組需要排出所有的散熱量和平時(shí)通風(fēng)，進(jìn)排風(fēng)口面積是水冷發(fā)電機(jī)房進(jìn)排風(fēng)井道面積的3倍。風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)組由于安裝散熱空冷器和巨大的排風(fēng)管道及接口，需要在現(xiàn)有布置面積基礎(chǔ)上增加約30%的面積和足夠深度排風(fēng)井道;

當(dāng)不能滿(mǎn)足風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)組排風(fēng)槽有效降噪長(zhǎng)度時(shí)，運(yùn)行產(chǎn)生較大的噪聲。本項(xiàng)目緊鄰市政交通干道，較大的進(jìn)排風(fēng)區(qū)域和較強(qiáng)的進(jìn)排風(fēng)風(fēng)力會(huì)造成聲污染和產(chǎn)生安全隱患，噪聲可能達(dá)不到環(huán)保規(guī)范要求。2.2

水冷式發(fā)電機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)優(yōu)點(diǎn)1)水冷發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)主要是四缸、六缸、十二缸等大機(jī)組，機(jī)體內(nèi)部與外部的水循環(huán)，通過(guò)散熱水箱和風(fēng)扇帶走機(jī)體內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。水冷發(fā)電機(jī)組以大型發(fā)電機(jī)組較多，其冷卻效果理想，相同的技術(shù)參數(shù)的電機(jī)，水冷的體積小、重量輕、能量密度大、傳熱性能比較好;大功率發(fā)電機(jī)組一般為水冷發(fā)電機(jī)組。2)機(jī)房占地面積較小，進(jìn)、排風(fēng)風(fēng)井面積小;采用水冷式發(fā)電機(jī)組，可有效控制運(yùn)行時(shí)機(jī)器產(chǎn)生的噪音。水冷發(fā)電機(jī)組方案在設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)、機(jī)組使用壽命、機(jī)房操作舒適度(合理的溫升、操作空間、噪音等)等方面大大優(yōu)于風(fēng)冷發(fā)電機(jī)組方案。(2)缺點(diǎn)水冷式發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度相對(duì)較大，對(duì)環(huán)境的要求比較多，需要增加熱交換器、冷卻設(shè)備(冷卻塔、外置式散熱器等)及管路附件(包括各類(lèi)閥門(mén)、儀表等)、維護(hù)管理成本;冷卻塔或冷卻器增加設(shè)備投資成本，冷卻塔或冷卻器布置和管理增加工程難度。2.3

水冷式與風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)組方案的布置與進(jìn)排風(fēng)對(duì)比

本項(xiàng)目在現(xiàn)有發(fā)電機(jī)房布置條件下，風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)組方案與水冷式發(fā)電機(jī)組方案布置與進(jìn)排風(fēng)對(duì)比表見(jiàn)表1。3柴油發(fā)電機(jī)冷卻塔與空調(diào)部分冷卻塔聯(lián)用技術(shù)

發(fā)電機(jī)組水冷系統(tǒng)由熱交換器、循環(huán)水泵組、冷卻塔及相關(guān)管路、儀表配件等組成，產(chǎn)生的熱循環(huán)水通過(guò)循環(huán)泵組加壓至裙房屋面，由冷卻塔降溫至既定溫度后循環(huán)至發(fā)電機(jī)組熱交換器，從而達(dá)到發(fā)電機(jī)組降溫效果。本項(xiàng)目為數(shù)據(jù)機(jī)房(B級(jí))和工藝特級(jí)負(fù)荷設(shè)置2臺(tái)1500kW/0.4kV和1臺(tái)800kW/0.4kV柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)組處于常備啟動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)市電中斷時(shí)立即啟動(dòng)，并在15s內(nèi)投入正常帶負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)市電恢復(fù)后自動(dòng)切換并延時(shí)停機(jī)。其中為數(shù)據(jù)機(jī)房供電的2臺(tái)1500kW機(jī)組并機(jī)運(yùn)行。而本項(xiàng)目空調(diào)冷負(fù)荷較大，設(shè)有4臺(tái)4922kW(1400RT)的高壓離心冷水機(jī)組和2臺(tái)2110kW(60RT)的磁懸浮離心冷水機(jī)組(簡(jiǎn)稱(chēng)“小機(jī)組”約占設(shè)計(jì)冷負(fù)荷的20%)。由于項(xiàng)目特點(diǎn)，在停電或其他原因不能正常供電時(shí)，“小機(jī)組”允許在一定時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)行，可與發(fā)電機(jī)不同時(shí)使用，即發(fā)電機(jī)開(kāi)啟時(shí)可關(guān)閉上述2臺(tái)冷水機(jī)組，且柴油發(fā)電機(jī)組所需的冷卻水量與“小機(jī)組”的冷卻水量有一定的匹配性，“小機(jī)組”配套的冷卻塔數(shù)量和冷卻能力完全滿(mǎn)足柴油發(fā)電機(jī)組的需要，因此具備共用冷卻塔的技術(shù)條件。且深圳地區(qū)屬于炎熱地區(qū)，冬季不結(jié)冰，自來(lái)水硬度較低，約50mg/L，不易結(jié)垢，適宜采用開(kāi)式冷卻塔;發(fā)電機(jī)使用頻率較低，專(zhuān)門(mén)配置冷卻塔或空氣冷卻器將常年閑置，設(shè)備長(zhǎng)期不運(yùn)行也不利于其運(yùn)行安全，同時(shí)增加投資、存在浪費(fèi)資源的嫌疑。離心冷水機(jī)組與發(fā)電機(jī)聯(lián)用開(kāi)式冷卻塔，在時(shí)間搭配、共享資源、設(shè)備運(yùn)維等多方面均有明顯優(yōu)點(diǎn)，一舉多得。因此本項(xiàng)目擬采用離心冷水機(jī)組與發(fā)電機(jī)聯(lián)用開(kāi)式冷卻塔的技術(shù)方案，發(fā)電機(jī)采用水冷式發(fā)電機(jī)組，冷卻水采用板式換熱器與機(jī)組配套使用。經(jīng)核實(shí)，相關(guān)柴油發(fā)電機(jī)組采用冷卻塔聯(lián)用技術(shù)可以滿(mǎn)足機(jī)組的技術(shù)要求。考慮裙房屋面的建筑景觀效果，需要控制高度，經(jīng)過(guò)論證選用12臺(tái)超低噪音冷卻塔組合式安裝，冷卻塔安裝于裙房，布置平面見(jiàn)圖2。圖2

冷卻塔平面布置圖4

室外集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組利用裝配式機(jī)電安裝工藝，將柴油發(fā)電機(jī)組安裝在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，可以不占用有效建筑面積，放置室外地面或屋頂即可，排煙、進(jìn)排風(fēng)均可在室外就地解決，節(jié)省大量排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)、排煙等設(shè)備管道，大幅度節(jié)省投資和運(yùn)行管理費(fèi)用，使得集裝箱式發(fā)電機(jī)組為廣大用戶(hù)所接受。發(fā)電機(jī)組是集裝箱式發(fā)電設(shè)備的核心部分，而集裝箱作為發(fā)電機(jī)組的防護(hù)部分，其作用同樣很重要，應(yīng)具有可靠地防雨、防沙、防曬、降噪等功能，寒冷地區(qū)應(yīng)具有一定的保溫功能，嚴(yán)寒地區(qū)慎重使用。集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組箱體的內(nèi)壁可設(shè)有吸音消聲裝置，有效降低噪聲;集裝箱體的左右兩端設(shè)有雙開(kāi)式機(jī)組檢修門(mén)，方便檢修;集裝箱體的前后側(cè)壁設(shè)有進(jìn)風(fēng)電動(dòng)百葉，保證進(jìn)排風(fēng)量;集裝箱體內(nèi)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的底部設(shè)有減震措施;集裝箱體內(nèi)安裝有日用油箱，保證運(yùn)行時(shí)間不低于8小時(shí)，可利用油罐車(chē)直接加油，不需要專(zhuān)門(mén)的油路管道。本項(xiàng)目如采用集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)組的相關(guān)參數(shù)：裝機(jī)負(fù)荷為兩臺(tái)2000kW;單臺(tái)箱體尺寸13×3×3.3m;單臺(tái)重量約32t；放置在屋面整體約占用面積100m2；本項(xiàng)目可節(jié)省機(jī)房面積300m2、節(jié)省進(jìn)排風(fēng)風(fēng)道面積120～150m2；節(jié)省煙囪、進(jìn)排風(fēng)風(fēng)道、輸油管道、儲(chǔ)油罐等復(fù)雜的設(shè)備管道，節(jié)省可觀的運(yùn)行管理費(fèi)用，值得推廣應(yīng)用。典型的集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組外形圖見(jiàn)圖3。圖3典型的集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組外形圖5

結(jié)束語(yǔ)柴油發(fā)電機(jī)組是民用建筑的常用設(shè)備，在一般非嚴(yán)寒地區(qū)宜優(yōu)先采用室外集裝箱式發(fā)電機(jī)組，廠區(qū)和室外相對(duì)寬裕的工程可設(shè)在室外地面，也可設(shè)置在裙房屋頂，要滿(mǎn)足建筑立面和綜合景觀要求，滿(mǎn)足油罐車(chē)向柴油機(jī)配套油箱加油的技術(shù)條件，包括油罐車(chē)?？课恢谩⑤斔推矫婢嚯x