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柴油发电机在民用建筑中的应用

2020-06-10
来源: 礼德动力

1 引言

近年来,随着社会的飞速发展,城市建设也日新月异。涌现出大批的高层建筑及高层建筑群,包括大型住宅小区,高级商务办公楼,集购物、餐饮、娱乐于一体的大型商场等建筑;以及新建、改建、扩建的学校、医院、体育馆、法院等各部门的办公大楼。在这些新兴的大型建筑物中,一级用电负荷及以上占很大比例。而在很多情况下,当地供电部门并无法保障一级负荷的两路独立供电电源,此时为了保证供电可靠性,设计人员通常采用自备柴油发电机组作为应急电源。另外由于国家人防建设的要求,防空地下室结合城市建设大范围开展起来。在一些人防工程内部根据需要也要设置柴油电站。因此柴油发电机在目前的电气设计中越来越普遍起来。以下笔者简单介绍两种柴油发电机的设计方案。

2 自备应急电源

2.1 规范要求

根据《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008中6.1.1第1条:“符合下列情况之一时,宜设自备应急柴油发电机组:1)为保证一级负荷中特别重要的负荷用电时;2)用电负荷为一级负荷,但从市电取得第二电源有困难或技术经济不合理时。”的规定,明确了柴油发电机组的应用范围。应急柴油发电机组确保的供电范围一般为:1)消防设施用电:消防水泵、消防风机、消防电梯、火灾自动报警、应急照明等;2)保安设施、通信、航空等障碍灯等;3)航空港、星级饭店、商业、金融大厦中的中央控制室及计算机管理系统;4)大、中型电子计算机室等用电;5)医院手术室、重症监护室等用电;6)具有重要意义场所的部分电力和照明用电。

2.2 柴油发电机组的容量选择

在方案阶段,柴油发电机组的容量可按全工程总变压器容量的10% ~20%进行估算(根据我国现实情况,建筑物规模大时取下限,建筑物规模小时取上限)。在初步设计及施工图阶段,应根据一级负荷、消防负荷及重要的二级负荷进行计算。当柴油发电机组除为消防、安防等负荷供电,同时还为其他非消防重要负荷供电时,该非消防重要负荷宜由单独母线供电,在火灾发生时,应自动切除该段母线,以保证消防负荷的供电。发电机的容量应按消防负荷及非消防负荷之间的较大者确定发电机容量。

2.3 柴油发电机组的选择

宜选用高速柴油发电机组及无刷励磁交流同步发电机,配自动电压调整装置,并装设快速自启动装置和电源自动切换装置。机组应处于常备启动状态,对于一类高层建筑及火灾自动报警系统保护对象为一级的建筑物中的发电机组,启动装置应保证在市电中断后15s内立即启动,并具有三次自启动功能,其总计时间不大于30s。自启动方式为电启动(启动电源为直流电压24V或12V的蓄电池组);当采用自启动有困难时,二类高层建筑及二级保护对象建筑物的发电机组,可采用手动启动装置。机组应与市电联锁,不得并列运行。启动时,各用电设备应具有不同延时,错开启动时间,且宜先启动重要性强及容量大的负荷。

设计时宜选用单台机组,且额定容量不宜超过2000kVA。当应急负荷较大时,可采用多机并联运行,机组台数宜为2~4台,此时单台机组的额定容量不宜超过1000kVA。选用多台机组时,应选择型号、规格和特性相同的机组和配套设备。当机房内有设置进、排风通道的条件时,通常选用封闭式水循环风冷的冷却方式。

2.4 柴油发电机房的设计

柴油发电机房应靠近一级负荷或变配电室,可设置在建筑物的首层、地下一层或地下二层,不应布置在地下三层及以下。设置于地下时,不应设在四周无外墙的房间,应该为热风管道和排烟管道排出室外创造条件;尽量避开建筑物的主入口、正立面等部位,以免排风、排烟对其造成影响;不应设置在潮湿场所的正下方或相邻。

机房应包括发电机间、控制室、储油间、备品备件储藏室等用房,设计时可根据工程具体情况进行取舍、合并或添减。单机容量不大于500kW的单台机组可不设控制室。机房内应设置储油间,其总存储量不应超过8h的燃油量,储油间内照明灯具、开关、火灾报警探测器采用防爆型。

柴油发电机房应设有进风口、热风出口、排烟管。机房应有足够的新风补充,进风一般为自然进风方式,进风口的面积应为散热器面积的1.6倍,且进风口宜正对发电机端或发电机两侧。发电机组的热风出口应靠近并正对柴油机散热器,热风出口的面积应为散热器面积的1.5倍。进风口与出风口宜分别设在机房两端,以免形成气流短路,影响散热效果。柴油发电机组燃烧时除了会产生大量热气外,还会产生大量燃烧废气。这些废气必须经过专门处理后,才能由专用的排烟竖井排至空气中。每台柴油机的排烟管应单独引至排烟道,宜架空敷设,也可敷设在地沟里。排烟管与柴油机排烟口连接处应装设弹性波纹管,排烟管穿墙处加消声阻燃套管。机房不宜放在人员密集或大楼主出入口正下方,机房排烟应避开居民敏感区,排烟口宜内置排烟道至屋顶。当排烟口设置在裙房屋顶时,以检验其处理后再行排放。

发电机间宜有两个出口,其中一个出入口的大小应满足搬运机组的需要。门是甲级防火门,向外开启。发电机间与控制室之间的隔墙上设置防火门及防火观察窗,并开向发电机间。机组的基础采用钢筋混凝土,基础各边应超出机组最宽处300mm,高出室内地坪且大于150mm。基础深度根据以下公式确定:

式中:B——基础深度,m;

M——机组质量,kg;

L——机组长度,m;

W——机组宽度,m;

d——混凝土密度,2322kg/m3

基础四周应设计100mm的油槽,可以方便清理设备滴漏的燃油或润滑油。在机组纵向中心线上方预留2~3个起重吊钩,其高度应能吊出活塞及连杆组件。机房内应设置地沟,以便于敷设电缆及水、油管道。

柴油发电机房一般应有三种接地:工作接地:发电机中性点接地;保护接地:电气设备正常不带电的金属外壳接地;防静电接地:燃油系统的设备及管道接地。各种接地与建筑物的其他接地共用接地装置,即采用联合接地方式。设计时应在机房设接地预埋件。应急柴油机房按三类防雷建筑物设置防雷措施,当发电机房附设在主体建筑物内或地下室时,防雷类别应与主体建筑相同。

3 人防柴油电站

3.1 规范要求

根据《人民防空地下室设计规范》GB 50038-2005中7.2.10:“内部电源的发电机组应采用柴油发电机组,严禁采用汽油发电机组”。7.2.11:“下列工程应在工程内部设置柴油电站:1)中心医院、急救医院;2)救护站、防空专业队工程、人员掩蔽工程、配套工程等防空地下室,建筑面积之和大于5000m2”。的规定,明确了人防柴油电站的应用范围。

3.2 人防柴油电站的分类

柴油电站按其设置的机组情况,可分为固定电站和移动电站。固定电站是指发电机组固定设置,且具有独立的通风、排烟、贮油等系统的柴油电站;移动电站是指具有运输条件,发电机组可方便设置就位,且具有专用通风、排烟系统的柴油电站。

由于中心医院、急救医院在战时的重要性,要求设置固定电站。救护站、防空专业队工程、人员掩蔽工程、配套工程的电站类型可根据柴油发电机组的容量决定。当大于常用功率120kW时设置固定电站,在120kW及以下时可设置移动电站。另外对于规模大,用电量大的工程,为了提高供电可靠性,简化供电系统,减少建设初投资,可按防护单元组合,根据用电量设置多个移动电站。固定电站内设置的柴油发电机组的台数为2~4台,单机容量不宜超过300kW。移动电站内宜设置1~2台柴油发电机组。固定电站应设控制室。由于固定电站比移动式电站的技术要求较高,通风冷却设施也较复杂,初投资和运行费用较移动电站高。而移动电站较灵活,辅助设备也较简单,以风冷为主。因此在设计中,移动电站的设置比较普遍。以下笔者主要就移动电站的设计作简单介绍。

3.3 移动电站的设计

移动电站设置于染毒区,并通过防毒通道与人防掩蔽部清洁区相通。战时,人员掩蔽室清洁区的电气工作人员可通过防毒通道进入移动电站并安全返回。移动电站应设独立的进风、排风、排烟系统,但不作独立的防护单元。

设计中移动电站可结合人防工程口部设置,电站内设置由发电机间,进风扩散室、排风扩散室、排烟扩散室以及排烟排风竖井,储油间,战时水箱,污水集水井。进、排风扩散室尽量设置于机房的两端,通风效果好,管道布置无交叉。机房内设置一个不小于2m3的水箱,供柴油机组散热器水箱的补充水量。发电机间应向工程口部设置一个防护密闭门,门的大小应满足搬运机组的需要。进风扩散室也应向工程口部设置一个防爆波活门,通过此门,可获取新风,以及供人员检修。排风、排烟竖井合用至地面后,应与环境结合。

柴油发电机组的容量应按战时和平时供电容量的较大者确定。规范中有详细的规定,此处不再复述。

4 总结

柴油发电机组不论是应用于自备应急电源,还是人防工程的战时电源,设计上有相同的部分,也有各自的特点。设计人员在设计时应注意以下几点:

1)机房应靠近负荷中心,节省电能消耗,确定电压质量。机组尽量选择外形尺寸小、结构紧凑、重量轻且耗油和辅助设备少的产品,以减少机房的面积及高度。机房内设备布置应符合运行工艺要求,力求紧凑、保证安全及便于维护。

2)机房有良好的采光及通风。柴油发电机组使用时应满足环保部门的要求,排烟管道应引至高空排放,或经过消烟除尘处理后再行排放,以免污染空气。进、排风道,排烟管装设消声器;机房四周墙体及天花板作吸声体,吸收部分声能,减少由于声波反射产生的混响声;以降低机房噪音。机组基础应采取减震措施,当机组设置于主体建筑内或地下层时,应防止与房屋产生共振。

3)设置在高层建筑内的柴油发电机房应设置火灾自动报警系统和除卤代烷1211、1301以外的自动灭火系统。除高层建筑外,火灾自动报警系统保护对象为一级和二级的建筑物内的柴油发电机房,应设置火灾自动报警和移动式或固定式灭火装置。