摘要：為了使暖通專業(yè)更好地滿足柴油發(fā)電機房的使用要求，從其具體使用特點出發(fā)，對柴油發(fā)電機房的設計要點進行了探討。提出在進行柴油發(fā)電機房的暖通專業(yè)設計時應同時兼顧其出現(xiàn)備用工況、使用工況、事故工況時的發(fā)電機房環(huán)境要求。另外，由于柴油發(fā)電機房出現(xiàn)工況的不同，室內(nèi)通風量會相差懸殊，因此，柴油發(fā)電機房不必進行火災工況下的排煙設計。

一、柴油發(fā)電機房的復雜性與特殊性

      在我國現(xiàn)行標準規(guī)范對柴油發(fā)電機房的設計要求尚缺乏系統(tǒng)、明確規(guī)定的前提下，暖通專業(yè)該關(guān)心哪些設計要點？施工圖設計審查與司法鑒定實踐表明，即使對于同一地域的同等規(guī)模的柴油發(fā)電機房，設計內(nèi)容常常因設計師對我國標準規(guī)范條文解讀的不同而變化。為了使暖通專業(yè)更好地服務于柴油發(fā)電機房的使用要求，本文從其使用特點出發(fā)，對暖通專業(yè)的設計要點進行有針對性的探討，以期于同行有所裨益。

      就建筑工程設計中所遇到的情況而言，柴油發(fā)電機組常常是作為應急或備用電源配備的，因為根據(jù)文獻JGJ 16－2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》（以下簡稱“JGJ 16”）[1]第3.2.9條規(guī)定“對于一級負荷中的特別重要負荷，應增設應急電源，……”。而對于一級負荷，供電設計必須滿足JGJ 16第3.2.8條（強制性條文）規(guī)定，即“一級負荷應由兩個電源供電，當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應同時受到損壞。”但即便如此，由于建筑物所在地區(qū)大電力網(wǎng)是并網(wǎng)的，所以，無論從市政電網(wǎng)取幾路電源進線，也無法得到嚴格意義上的兩個獨立電源。因此，電力網(wǎng)的各種故障，均可能引起建筑物全部電源進線同時失去電源，從而造成停電事故。而柴油發(fā)電機與市政電網(wǎng)在電氣上是完全獨立的電源，不與市政電源同時并列運行，所以實際工程中柴油發(fā)電機既可以用作一級負荷的第二回路電源（即備用電源），也可以用作一級負荷中特別重要負荷的應急電源。既然是應急使用或備用，所以大多數(shù)時間內(nèi)柴油發(fā)電機是不運行的，即處于備用狀態(tài)。

      所以，在進行柴油發(fā)電機房的暖通設計時既要考慮柴油發(fā)電機使用工況又要考慮其備用工況下的發(fā)電機房環(huán)境要求，同時還要考慮發(fā)電機房出現(xiàn)事故條件下的技術(shù)措施。這就是暖通專業(yè)設計上應該注意的復雜性與特殊性。

二、柴油發(fā)電機房的室內(nèi)環(huán)境條件

1、室內(nèi)溫度和相對濕度

      關(guān)于柴油發(fā)電機房的室內(nèi)溫度和相對濕度，JGJ 16做了兩條規(guī)定。

（1）即第6.1.13條第2款第3項以表格的形式對柴油發(fā)電機房的室內(nèi)溫濕度作了建議性的規(guī)定，部分數(shù)據(jù)如表1所示。表1中的溫濕度要求兼顧了柴油發(fā)電機組的使用工況和備用工況，但是，實際操作中要真正滿足表1中的要求，在我國目前的投入規(guī)模下，實現(xiàn)起來仍具有一定的難度。例如，對于我國嚴寒與寒冷地區(qū)（如哈爾濱、長春、沈陽、呼和浩特、烏魯木齊、蘭州、銀川、拉薩、太原、北京），在冬季室外設計條件下要同時保證發(fā)電機房室內(nèi)溫度15℃，相對濕度30%是困難的，正因為如此，JGJ 16在作此項規(guī)定時采用了“宜”的程度措辭。

表1    發(fā)電機房溫濕度要求

（2）即第6.1.13條第2款第4項規(guī)定安裝自啟動機組的發(fā)電機房，應滿足自啟動溫度的要求。一旦建筑內(nèi)發(fā)生火警，消防水泵應在火警后30 s內(nèi)啟動，所以，處于備用狀態(tài)下柴油發(fā)電機組應能快速自動啟動。各廠家提供的產(chǎn)品樣本資料均顯示，10 s內(nèi)啟動的較低溫度要求為10℃。所以，對于安裝自啟動機組的發(fā)電機房，冬季室內(nèi)較低溫度應保證10℃或以上。

2、通風要求

      柴油發(fā)電機房通風的目的有二，其一是為柴油的燃燒提供充足的氧氣；其二是需要排除柴油發(fā)電機工作時散發(fā)至室內(nèi)的熱量。對于常見的風冷柴油發(fā)電機組而言，隨機組配備的風機，其風量足以同時滿足柴油機燃燒和散熱之用，所以，在柴油發(fā)電機投入使用的情況下，僅使用機組自帶風機便可以滿足要求。關(guān)鍵是進排風口的開口面積應滿足柴油發(fā)電機組樣本中的規(guī)定。

      通過對五種主要品牌（A-康明斯、B-帕金斯，C-沃爾沃、D-卡特彼勒和E-科勒）柴油發(fā)電機組（轉(zhuǎn)速1 50 0 rpm）樣本數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)無論是機組的燃燒空氣量還是冷卻排風量均變化較大，如圖1和圖2所示。

      由圖1可見，當額定發(fā)電功率在22 kW～216 kW之間時，單位功率的燃燒風量為（3～6.5）m3/（kW·h）。

圖1  燃燒風量與柴油發(fā)電機組功率關(guān)系

      而圖2則顯示，在此范圍內(nèi)的額定發(fā)電功率之間，單位功率的冷卻風量在（54～372）m3/（kW·h）之間變化。由于風量隨機組額定發(fā)電功率、品牌的不同而變化，所以，設計時務必要事先獲得詳細的產(chǎn)品樣本資料，并對有關(guān)數(shù)據(jù)進行預先確認。柴油發(fā)電機在運行過程中，其散熱量來自以下三部分，即柴油機活塞汽缸、發(fā)電機導線繞組與排煙管。

圖2  冷卻風量與柴油發(fā)電機組功率關(guān)系

三、柴油發(fā)電機房的設計要點

1、備用工況

      嚴寒與寒冷地區(qū)應設供暖設施，使室內(nèi)溫度保持在10℃或15℃以上，同時，還要考慮必要的通風換氣，在自然通風不能滿足要求的條件下，可以按照（1～2）次/h換氣次數(shù)計算機械通風量。對于夏熱冬冷與夏熱冬暖地區(qū)，當柴油發(fā)電機房設在地下層時，還應對夏季通風時是否會出現(xiàn)結(jié)露進行驗算。

2、使用工況

（1）嚴寒與寒冷地區(qū)

① 柴油發(fā)電機房的進風口宜設電動風閥。為了保證柴油發(fā)電機組投入使用時，室內(nèi)具有足夠的通風量，進風口的開口面積一般較大，對于嚴寒與寒冷地區(qū)，如果不設風閥，則備用工況下室內(nèi)供暖負荷會太大，不利于維持穩(wěn)定的室溫，對柴油發(fā)電機組的快速啟動也十分不利，所以，宜在進風口上設置電動風閥，而且該電動風閥屬于一級負荷，應設雙路供電。

② 柴油發(fā)電機排風管上宜設旁通電動風閥。對于供暖地區(qū)（尤其是嚴寒地區(qū)，例如哈爾濱、長春、沈陽、呼和浩特、烏魯木齊等）的冬季，當柴油發(fā)電機投入使用時，會造成室內(nèi)溫度急劇下降，室內(nèi)溫度會低于0℃，為了改善發(fā)電機組的工作壞境，應將發(fā)電機組周圍的溫度控制在10℃以上，當室內(nèi)溫度低于10℃時，則應開啟機組排風管上的電動風閥，讓一部分熱氣旁通至室內(nèi)，與室外低溫的新風混合。這樣既有利于柴油發(fā)電機組使用壽命的提高，又可以提高機組的熱效率，從而節(jié)能。

（2）夏熱冬冷與夏熱冬暖地區(qū)

      對于風冷柴油發(fā)電機組，機組本身所配備的風機風量一般情況下均足以滿足其燃燒和排熱的需求，但是，對于夏熱冬冷地區(qū)（例如武漢、杭州、南昌、長沙）和夏熱冬暖地區(qū)（例如福建、海口、廣州）應對夏季工況進行驗算，以保證柴油發(fā)電機房在柴油發(fā)電機運行的情況下，室內(nèi)溫度不超過37℃。為了減少室溫超標的可能性，在設計排煙管保溫層厚度時，應按保溫后排煙管的壁面溫度不超過60℃計算。

3、火災工況

      柴油發(fā)電機房的火災危險等級尚沒有定論。文獻GB 50 0 41－20 0 8《鍋爐房設計規(guī)范》（以下簡稱“GB 50 0 41”）第13.1.1條將以煤、重油、柴油或燃氣為燃料的鍋爐間規(guī)定為丁類生產(chǎn)廠房，若照此規(guī)定，則可以將柴油發(fā)電機房也歸入丁類生產(chǎn)廠房的類別，故此，根據(jù)文獻GB 50 016－2 014《建筑設計防火規(guī)范》（以下簡稱“GB 50 016”）第8.5.2條和第8.5.4條，對于自啟動的柴油發(fā)電機房則不必設置排煙設施。

      但是，若從另一個角度來分析，結(jié)果又會不一樣。由于柴油發(fā)電機使用的液體燃料均為閉口閃點在45℃以上（國產(chǎn)柴油的閉口閃點大多為60℃~90℃)的輕柴油（即5號、0號、-10號、-20號、-35號和-50號），機內(nèi)潤滑油的閉口閃點為195℃~210℃，均屬于可燃品。根據(jù)GB 50016第3.1.1條表3.1.1，柴油發(fā)電機房又應該屬于丙類生產(chǎn)廠房。根據(jù)GB 50016第8.5.2條和第8.5.4條，對于自啟動的柴油發(fā)電機房又宜設置排煙設施。

      實際上，平時柴油發(fā)電機內(nèi)燃油存量極為有限，工作時的燃料是依靠隨機配備的燃油泵連續(xù)供應的，即使對于發(fā)電功率200 kW的機組其機內(nèi)儲存的潤滑機油也不足30 L，況且，這些儲油部位平時均是封閉的，所以，綜合分析可知，柴油發(fā)電機房的火災危險性不大。而且，按照GB 50016的規(guī)定，柴油發(fā)電機房還設有消防系統(tǒng)。此外，因為排煙系統(tǒng)是為保護人員撤離火災現(xiàn)場而設立的，既然柴油發(fā)電機房室內(nèi)一般無人，即使有人，也是工作人員，而工作人員對環(huán)境熟悉，在規(guī)定的時間內(nèi)逃離著火現(xiàn)場沒有疑義，所以，本文認為在暖通設計時無須考慮柴油發(fā)電機房火災工況下的排煙，以便節(jié)省投資。

4、事故工況

      按照GB 50736－2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（以下簡稱“GB 50736”）[4]關(guān)于“事故通風不包括火災通風”的約定，柴油發(fā)電機房的事故來源主要有兩個方面，其一，輕柴油逸散可能導致的爆炸危險；其二，鉛酸蓄電池電解液外溢可能導致的爆炸危險。

      輕柴油暴露在大氣中會出現(xiàn)逸散，當空氣中的柴油油氣體積濃度達到一定比例時，遇明火會爆炸。但對于柴油發(fā)電機房，日用油箱屬于另室設置，彼此采用防火墻或防火門隔斷，平時機內(nèi)燃油存量極為有限，且是封閉系統(tǒng)；況且輕柴油的閉口閃點溫度高，而室內(nèi)用電設備又均為防爆型；再加上備用時柴油發(fā)電機房能保持（1～2）次/h的換氣通風；所以，柴油發(fā)電機房不存在因輕柴油逸散可能導致的爆炸危險。

      鉛酸蓄電池作為自啟動柴油發(fā)電機組的啟動電源應用很廣，鉛酸蓄電池在備用充電過程中，由于電路問題，可能會導致其發(fā)熱變形，電解液外溢，同時產(chǎn)生大量的氫氣和氧氣，遇明火或電氣火花爆炸。根據(jù)GB 50736第6.3.9條第1款，對可能突然放散大量有害氣體或有爆炸危險氣體的場所應設置事故通風。

      綜上，柴油發(fā)電機房應考慮事故通風設計。

總結(jié)：

      鑒于柴油發(fā)電機在提升建筑安全性能方面的作用越來越重要，所以，在進行暖通專業(yè)設計時應同時統(tǒng)籌兼顧出現(xiàn)備用、使用、事故工況下的發(fā)電機房環(huán)境要求，不可偏廢。同時也應該看到因柴油發(fā)電機房在保有過程中出現(xiàn)的工況不同，室內(nèi)通風量將相差懸殊，因此需要從安全、實用、經(jīng)濟的角度精心設計，而且柴油發(fā)電機房不必進行火災工況下的排煙設計。