一、 柴發(fā)機房的選址與地基設計

1、機房選址

      柴油發(fā)電機是市電的應急備用電源，所以柴油發(fā)電機的機房應盡量遠離市電系統配電設備，以免主、備用供電設備同時(shí)受損，失去配置柴油發(fā)電機的意義。普通機房布置如圖1所示。

2、地基設計

       柴油發(fā)電機的地基設計主要考慮安裝位置及用戶(hù)的減振要求。機組底座的一級減振效率為60%~80%，一二級組合減振效率大于95%，滿(mǎn)足一般用戶(hù)的減振要求。因此，就一般用戶(hù)而言，機房地基可采用加強混凝土設計，但應能承載至少兩倍機組的重量。柴油發(fā)電機地基應至少高出地面150mm，四周應比機組外圍至少超出150mm。如果用戶(hù)是醫院且柴油發(fā)電機與手術(shù)室同在一棟建筑內，則（可參考圖2）采用173kPa加強混凝土地基，確保地基承載5~10倍（至少2倍）機組重量的同時(shí)，按圖中要求做進(jìn)一步減振及隔振設計。

圖1  柴油發(fā)電機房普通布置安裝三維圖

圖2  發(fā)電機房地基設計圖

二 、柴發(fā)機房的冷卻系統設計

       柴油發(fā)電機的冷卻系統與其進(jìn)排風(fēng)系統密切關(guān)聯(lián)，并共同影響排煙系統設計，因此柴發(fā)機房位置確定后，應首先平衡考慮冷卻系統設計與進(jìn)排風(fēng)系統方案。

1、直驅風(fēng)扇冷卻

      柴油發(fā)電機的啟動(dòng)和運行需要給充電、加熱甚至風(fēng)扇等設備提供低壓輔助電源，因此如項目選用高壓機組，則應盡量采用直驅柴油發(fā)電機（冷卻風(fēng)扇由發(fā)動(dòng)機曲軸驅動(dòng)），從而避免低壓輔助電源變配電設計。柴油發(fā)電機采用直驅水箱時(shí)，機房冷卻系統設計的工作量幾乎為零，但進(jìn)排風(fēng)系統設計必須滿(mǎn)足直驅機組滿(mǎn)載運行的大風(fēng)量要求。

2、遠置水箱冷卻 

      如果項目須用低壓機組但無(wú)法滿(mǎn)足直驅機組滿(mǎn)載運行的大風(fēng)量要求，則可采用電驅機組將水箱/散熱器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)水箱）移至室外，以降低機房進(jìn)風(fēng)量要求。水箱遠置時(shí)，冷卻系統的驅動(dòng)力源自發(fā)動(dòng)機水泵，阻力來(lái)自管路的摩擦阻力及水箱與柴油發(fā)電機的相對高差，故遠置水箱的冷卻系統設計應與室外水箱的安裝位置匹配。

（1）水箱直接遠置 

      若室外水箱的安裝位置距室內機組不遠，且根據其相對位置設計的冷卻回路總摩擦阻力和靜壓均小于發(fā)動(dòng)機數據單上相應限值，則（可參考圖3）用水管直接連接柴油發(fā)電機和水箱即可，但渦輪增壓?jiǎn)伪秒p循環(huán)空水中冷機組不宜采用該冷卻系統設計。冷卻系統的靜壓取發(fā)動(dòng)機曲軸中線(xiàn)與水箱頂部的高度差，管路的摩擦阻力需暖通專(zhuān)業(yè)設計師根據管徑及流量計算，管徑由設計師決定，流量可從發(fā)動(dòng)機數據單直接查到。

（2）冷卻水泵遠置水箱

      若室外水箱的安裝位置離室內機組不太遠，雖然靜壓小于發(fā)動(dòng)機數據單限值，但總摩擦阻力超過(guò)相應上限，則可在設計的基礎上，根據摩擦阻力偏差選配水泵，安裝在圖4紅色箭頭所示位置。同樣，渦輪增壓?jiǎn)伪秒p循環(huán)空水中冷機組不宜采用該冷卻系統。

（3）熱交換器遠置水箱 

      若水箱的安裝位置距離機組較遠，其相應靜壓和管路總摩擦阻力均超過(guò)發(fā)動(dòng)機相應限值，則可參考圖4，采用熱交換器遠置水箱+冷卻塔。

      熱交換器的安裝位置應考慮發(fā)動(dòng)機水泵的驅動(dòng)能力，也可將熱交換器安裝在機組附近。熱交換器機組側一次冷卻系統與水箱側二次系統互相獨立，一次系統由發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)，其流量為發(fā)動(dòng)機冷卻流量；二次系統需另選水泵驅動(dòng)，流量可按Q/（ΔT·C）（L/min）估算，其中Q為發(fā)動(dòng)機傳給冷卻系統的熱量（kJ/min），C為水的比熱（kJ/℃/L），ΔT為熱交換器二次側容許溫升。如冷卻效果因環(huán)境溫度等緣故不太理想，可以考慮用冷卻塔替代水箱，但冷卻塔不宜用于冬天易結冰、濕度低、灰塵大及風(fēng)沙多發(fā)地區。

（4）熱井遠置水箱

      如水箱位置距離機組相當遠，總摩擦阻力和靜壓超過(guò)發(fā)動(dòng)機限值，且靜壓超出了熱交換器密封件的承受能力，則采用熱井遠置水箱。熱井的安裝位置應考慮發(fā)動(dòng)機水泵的驅動(dòng)能力，且必須確保熱井底部高于發(fā)動(dòng)機冷卻液出口；熱井兩側回路屬同一密閉冷卻系統，流量基本一致；水箱側回路需配水泵，其選型應考慮水箱位置；熱井的最小容量應包括運行時(shí)充滿(mǎn)所有水管的冷卻液容量、停機時(shí)水箱側流回熱井的容量及確保運行時(shí)有效熱交換的最小容量。

      熱井運行時(shí)的有效熱交換最小容量一般取冷卻系統總容量的5%，加上熱井兩側回路總流量的1/4。用熱井遠置水箱，發(fā)動(dòng)機傳遞給冷卻液的熱量最終還需水箱的風(fēng)扇冷卻，當環(huán)境溫度較高及管路過(guò)長(cháng)時(shí)，其冷卻效果很可能不理想，因此該方案適用于夏天環(huán)境溫度不高、管路不長(cháng)的項目。

三、柴發(fā)機房的進(jìn)排風(fēng)系統設計

      柴油發(fā)電機的進(jìn)排風(fēng)系統設計須與其冷卻系統匹配，冷卻系統設計確定后，方可匹配相應的進(jìn)排風(fēng)系統。

1、直驅機組的進(jìn)排風(fēng)系統設計 

      室內安裝直驅柴油發(fā)電機時(shí)，機房的進(jìn)排風(fēng)系統應通過(guò)風(fēng)道、風(fēng)量及進(jìn)、排風(fēng)口的有效設計，提供柴油發(fā)電機輸出額定功率所需的最小冷卻風(fēng)量。

（1）風(fēng)道設計 

      各機組的風(fēng)道設計應相互獨立，風(fēng)道設計直接決定了進(jìn)風(fēng)量設計，進(jìn)而決定了進(jìn)風(fēng)口面積。為了有效減少風(fēng)道阻力及進(jìn)風(fēng)量，從而最小化進(jìn)風(fēng)口面積，風(fēng)道設計可參考圖6，將進(jìn)、排風(fēng)口與機組布置在一條直線(xiàn)上，使風(fēng)道橫跨整個(gè)機房。進(jìn)、排風(fēng)口位置應根據室外統計風(fēng)向順風(fēng)設置。如果對排風(fēng)口室外風(fēng)向、風(fēng)速沒(méi)有把握，則可參考圖7設擋風(fēng)墻，以降低排風(fēng)阻力并有效防止高溫排風(fēng)從進(jìn)風(fēng)口重新進(jìn)入機房。擋風(fēng)墻離開(kāi)排風(fēng)口的距離不應小于水箱高度。

（2）風(fēng)量設計

      風(fēng)量須確保柴油發(fā)電機滿(mǎn)載運行時(shí)的冷卻效果。采用上述直線(xiàn)型風(fēng)道設計時(shí)，機房的進(jìn)風(fēng)量滿(mǎn)足水箱風(fēng)扇的風(fēng)量需求即可；采用其它類(lèi)型風(fēng)道設計時(shí)，應根據暖通專(zhuān)業(yè)資深設計師的準確計算適當增加進(jìn)風(fēng)量，任何不專(zhuān)業(yè)的設計均將導致柴油發(fā)電機降功率使用。

（3）進(jìn)、排風(fēng)口面積 

      進(jìn)風(fēng)口面積取決于進(jìn)風(fēng)量和進(jìn)風(fēng)速度。為了有效防止室外雨雪被吸入機房，進(jìn)風(fēng)速度應控制在150～220m/min，過(guò)高的風(fēng)速產(chǎn)生噪聲需要進(jìn)行相應的進(jìn)風(fēng)降噪設計；進(jìn)風(fēng)面積由進(jìn)風(fēng)量除以風(fēng)速獲得，但進(jìn)風(fēng)口有效面積應大于水箱有效面積的1.5倍。 采用上述直線(xiàn)型風(fēng)道設計時(shí)，排風(fēng)面積可取進(jìn)風(fēng)面積的2/3，但排風(fēng)口有效面積應大于散熱水箱的有效面積。進(jìn)、排風(fēng)口設電動(dòng)百葉時(shí)，風(fēng)口面積應根據百葉占用的面積適當增加；進(jìn)、排風(fēng)口設固定百葉時(shí)，風(fēng)口面積均應增加1倍。

2、水箱遠置時(shí)進(jìn)排風(fēng)系統設計 

      項目采用電驅機組將水箱安裝在機房外時(shí)，機房的進(jìn)排風(fēng)系統也應通過(guò)風(fēng)道、風(fēng)量及進(jìn)、排風(fēng)口的有效設計，提供柴油發(fā)電機輸出額定功率所需的燃燒空氣量及最小冷卻風(fēng)量。

（1）風(fēng)道設計 

      水箱安裝在室外時(shí)，機房風(fēng)道也可參考圖7盡量采用直線(xiàn)型設計，使風(fēng)道橫跨整個(gè)機房。同樣，進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口應根據室外統計風(fēng)向順風(fēng)設置。

（2）風(fēng)量設計 

      水箱遠置時(shí)，機房的進(jìn)風(fēng)量需求減小，但至少保證柴油發(fā)電機滿(mǎn)載運行所需的燃燒空氣量及帶走機組輻射熱所需的最小冷卻空氣量。發(fā)動(dòng)機的燃燒空氣量可從其數據單上直接查到，采用上述直線(xiàn)型風(fēng)道設計時(shí)，機房的最小冷卻空氣量根據V=Q/（C·ΔT·d）計算，其中V為最小冷卻風(fēng)量（m3/min）、Q為機組總輻射熱（MJ/min）、C為空氣比熱（MJ/kg/℃）、d為空氣密度（kg/m3）、ΔT為機房進(jìn)、排風(fēng)口容許溫升（℃）。

（3）進(jìn)、排風(fēng)口面積水箱遠置時(shí)

      同樣應先確定合理的進(jìn)風(fēng)速度（150～220m/min），然后由進(jìn)風(fēng)量和風(fēng)速計算進(jìn)風(fēng)面積。采用圖7所示直線(xiàn)型風(fēng)道設計時(shí)，排風(fēng)面積取決于選用的排風(fēng)機外形尺寸，而排風(fēng)機應根據冷卻風(fēng)量及可接受的室外排風(fēng)速度選型。采用其它類(lèi)型風(fēng)道設計時(shí)，進(jìn)、排風(fēng)量應由暖通專(zhuān)業(yè)資深設計師根據風(fēng)道準確計算，任何不專(zhuān)業(yè)的設計，均將導致柴油發(fā)電機降容使用。

四、柴發(fā)機房的排煙系統設計

      排煙系統的作用是將機組滿(mǎn)載運行產(chǎn)生的廢氣有效而安全地排至戶(hù)外，并將煙氣、煙灰及噪聲驅離建筑和居民。排煙的驅動(dòng)源是發(fā)動(dòng)機，阻力是發(fā)動(dòng)機排煙口后排煙回路的總阻力，故排煙系統設計首先是通過(guò)消音器等部件選型及排煙管路設計，使排煙回路的總阻力小于發(fā)動(dòng)機數據單上的背壓限值。

1、排煙系統的典型設計 

      各柴油發(fā)電機的排煙系統應相互獨立，并可參照圖7設計：發(fā)動(dòng)機排煙出口接至少610mm長(cháng)的不銹鋼無(wú)縫波紋管，隔離機組的運行振動(dòng)并吸收熱膨脹及位移，波紋管不能用于改變方向和校直；波紋管后應接消音器以降低排煙產(chǎn)生的噪聲，消音器的選型和數量取決于用戶(hù)的降噪要求，工業(yè)用、住宅用、醫院用消音器的降噪能力分別為12～18dB、18～25dB及25～35dB，消音器出口端應設冷凝水排放閥；水平安裝的排煙管應以小坡度通向室外，以免凝結水流向發(fā)動(dòng)機；排煙改變方向處須用彎頭，且盡量用內彎半徑應大于管徑3倍的長(cháng)半徑彎頭；煙管垂直爬升處應設冷凝水排放閥；排煙出口應與機房排風(fēng)口同側并順風(fēng)開(kāi)口，排煙口應盡可能高且最好高于建筑頂部，并遠離新風(fēng)入口且不能直對易燃物質(zhì)或建筑物，垂直排煙出口應設防雨帽，水平排煙口應考慮防雨并加防鳥(niǎo)網(wǎng)。

2、排煙系統阻力估算

      排煙系統阻力可分為消音器阻力與其余管路阻力兩部分，消音器阻力可咨詢(xún)康明斯供應商，其余管路阻力可按P=575·L·S·Q2/D5（kPa）估算，其中D為排煙管內徑（cm），Q為排煙流量（m3/min)，S取23/（273+T），其中T為排煙溫度（℃），L為等效長(cháng)度（m），取直管長(cháng)度與波紋管、彎頭等效長(cháng)度之和，波紋管等效長(cháng)度取其長(cháng)度的2倍，彎頭等效長(cháng)度可由其類(lèi)型和管徑從表1查取，比如管徑100mm的90°標準彎頭的等效長(cháng)度為3m。

3、排煙系統的設計優(yōu)化

      對選定的柴油發(fā)電機而言，滿(mǎn)載時(shí)的排煙流量及排煙溫度基本穩定，故排煙系統阻力與管路等效長(cháng)度成正比，與管徑的5次方成反比，因此管徑的設計優(yōu)化至關(guān)重要。為了有效減小排煙阻力，排煙管徑不能小于發(fā)動(dòng)機排煙口的直徑，但管徑過(guò)大既容易導致冷凝而腐蝕管件，也降低排煙速度，不利于排煙在戶(hù)外擴散。排煙系統優(yōu)化應在典型設計的基礎上，首先最小化管路的等效長(cháng)度，即盡量減少消音器及彎頭數量；然后在確保排煙總阻力小于發(fā)動(dòng)機背壓限值的前提下，適當減小管徑以提高排煙及擴散速度，降低冷凝對管路的腐蝕。

4、 排煙系統的安全考量

      消音器和排煙管路應用阻燃減振吊架或支架承重；除波紋管不能作保溫處理，排煙系統其余部件尤其是機房?jì)认羝?、排煙管必須?0mm厚的高密度隔熱材料外加鋁質(zhì)護套包扎隔熱，以防火警誤報、管路冷凝腐蝕以及減少輻射熱；排煙管穿過(guò)墻壁時(shí)必須使用質(zhì)量可靠的隔熱穿墻套管；煙管離地高度至少2.3m，與易燃建筑物的距離至少230mm，且所有部件應設柵欄等以防意外接觸。

五、柴發(fā)機房的燃油系統設計

      燃油系統設計的目標是滿(mǎn)足機組滿(mǎn)載運行的供油量需求，并將剩余燃油送回油箱。供、回油驅動(dòng)力分別來(lái)自發(fā)動(dòng)機供油泵及其升壓油泵，阻力分別為供、回油管路摩擦阻力及油箱與發(fā)動(dòng)機的相對位置，因而燃油系統設計是油箱的設計與安裝及供、回油管路的匹配設計，以確保柴油發(fā)電機正常運行的燃油需求。不帶中間油箱的供油系統設計參考圖5，帶中間油箱的參考圖6所示。

1、油箱的設計與安裝

      柴油發(fā)電機的油箱分機底油箱、中間中間油箱和主油罐等。油箱應配油位傳感器、排污閥、通氣管及油面指示等。機底油箱適用于小容量機組，大容量柴油發(fā)電機不宜用機底油箱時(shí)，獨立油箱的設計與安裝應滿(mǎn)足供、回油管總阻力（摩擦及靜壓）分別小于發(fā)動(dòng)機數據單明確的供油泵的提升能力及回油管的驅動(dòng)限值，任何一項不能滿(mǎn)足要求時(shí)，必須考慮中間油箱與主油罐組合設計，中間油箱應盡量靠近機組安裝，其容量應滿(mǎn)足柴油發(fā)電機滿(mǎn)載運行2～4h。燃油系統的靜壓可取相應高度差，摩擦阻力則應由暖通專(zhuān)業(yè)設計師根據流量、管徑及管長(cháng)等精確計算，任何不專(zhuān)業(yè)的設計均將導致柴油發(fā)電機降功率使用。

2、燃油系統有效設計

      柴油發(fā)電機選用機底油箱時(shí)，容量應滿(mǎn)足機組8h滿(mǎn)載運行，也可匹配手動(dòng)或自動(dòng)補油設計；采用中間油箱、主油罐時(shí)，如主油罐安裝位置高于中間油箱，應參考圖9利用溢流給中間油箱補油，供油回路設電磁閥或電動(dòng)閥，由中間油箱供油低、高液位分別控制其開(kāi)、關(guān)，中間油箱溢流由輔助油泵送回主油罐；主油罐安裝位置低于中間油箱時(shí)，可參考圖10將供油泵、電磁閥或電動(dòng)閥均配置到供油回路，中間油箱供油低液位控制開(kāi)啟閥門(mén)和啟泵，高液位控制停泵和關(guān)閥，溢流則利用重力直接流回主油罐。

      無(wú)論采用上述哪種方案，中間油箱前供油管應設100~120目過(guò)濾器。中間油箱除配置上述供油高、低液位外，還應設最低停機液位及最高報警液位，且最低液位應比發(fā)動(dòng)機油泵入口高150mm，最高液位應確保相應設計阻力小于發(fā)動(dòng)機回油驅動(dòng)能力。燃油系統可靠性要求較高時(shí)，可根據項目要求匹配手動(dòng)補油及兩套供油泵，有柴油發(fā)電機并聯(lián)運行中單機維修需求時(shí)，應在適當位置配維修隔離閥。

3、燃油管路設計要點(diǎn)

     油管應選用黑鐵管，與發(fā)動(dòng)機本體采用軟管連接；油管應設計適當支撐，以免長(cháng)期振動(dòng)受損，供應管應從上至下接入柴油發(fā)電機油泵入口，回油管禁止安裝截止閥，并獨立接入中間油箱或主油罐；油管不能靠近發(fā)動(dòng)機排煙管路、電纜及加熱管路，考慮開(kāi)機前方便管路清理、沖刷時(shí)，應采用T型接頭替代彎頭。

總結:

      柴油發(fā)電機組的應急供電是化學(xué)能向機械能和熱能轉換的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。柴發(fā)機房的有效設計，是在柴油發(fā)電機輸出其額定功率時(shí)維持上述動(dòng)態(tài)平衡，直接決定了柴油發(fā)電機的最大發(fā)電能力。本文從柴發(fā)機房的選址和地基設計、冷卻系統設計、進(jìn)排風(fēng)系統設計、排煙系統設計、燃油系統設計幾個(gè)方面探討了柴發(fā)機房的有效設計。