高层建筑中柴油发电机组的选择与机房设计.docx

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高层建筑中柴油发电机组的选择与机房设计

高层建筑中柴油发电机组的选择与机房设计

一、设置原则

　　在高层建筑供电设计中，首先必须明显什么情况下应设置柴油发电机组，我们先从高层建筑的负荷等级谈起：

　　①高层建筑中的消防水泵、防排烟设施、消防电梯、应急照明等消防用电，按照《高层民用建筑设计防火规范》（gb50045-95）9.1.1条规定，一类高层建筑应安一级负荷要求供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。

　　②按《民用建筑电气设计规范》（jgj/t16-92）3.1条规定，高层建筑中许多部位的负荷为一级负荷，如一、二级旅馆的宴会厅、娱乐厅、高级客房、厨房，重要办公建筑的客梯电力、主要办公室、会议室照明，大型百货商店的营业厅照明；还有一些部位的负荷为二级负荷，如百货商店的自动扶梯、客梯电力，部、省级办公建筑的主要办公室、会议室照明等。

一级负荷中还含有特别重要负荷，如重要的交通枢纽、通讯枢纽以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷。

　　一级负荷应由两个电源共电。

二级负荷当条件允许时也宜由两个回路供电，特别是属于消防用电的二级负荷，应按二级负荷的两个回路要求供电。

由此可见，高层建筑对供电的可靠性要求较高，都要求两个电源供电。

因此，考虑设置柴油发电机组的原则如下：

　　①对电网能够提供二个独立电源的高层建筑，按规范已经满足了一、二级负荷的要求，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），其内部含有特别重要负荷，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严重情况，此时一般应设柴油发电机组做应急电源。

　　②对于当地电网只能提供一路电源、或取得第二电源有困难或不经济合理的高层建筑，应设柴油发电机组提供第二电源。

此时，柴油发电机组是作为备用电源使用，不仅仅是应急用。

　　③按照我国旅游饭店星极标准，四星级及五星级宾馆应设自备发电系统。

以上是设置柴油发电机组的基本原则。

值得一提的是，在国内外一些高层建筑中，即使市网供电相当可靠，可以满足规范要求，但也都设置了自备应急发电机组，以便当市网万一中断供电，一方面能保证停电期间消防用电的需要，同时也能使大厦的基本秩序得以维持。

     二、柴油发电机组容量的选择（略）

     三、机组型式选择

     1.起动方式

　　柴油机在起动时，必须依靠外力驱动曲轴旋转，当达到一定转速时，气缸内的空气被压缩到

　　一定的压力和温度，使喷进气缸的燃油开始燃烧，柴油机才开始正常地运转起来。

柴油机的起动方式有三种，①手摇起动，通过手摇装置把柴油机起动起来；②电动起动：

利用电动机作为动力，通过传动机构来驱动曲轴旋转，从而使柴油机起动起来，电起动所用的电源为蓄电池，电压一般为24v；③压缩空气起动，把压缩空气导入柴油机气缸中，利用它的压力来推动活塞，使柴油机曲轴旋转，当达到一定转速时停送空气，而向燃烧室喷入燃油，便可把柴油机起动起来。

　　当采用自动信号控制起动电动机或控制压缩空气阀，并对润滑系统和冷却系统采取措施后，便可实现机组自起动。

　　在高层建筑中宜采用电起动方式，避免采用压缩空气起动方式。

一类高层建筑中一定要选择带自起动装置的柴油发电机组，一旦市网供电中断，必须在15秒内供电（高规要求30秒）。

二类高层建筑中有条件时，也宜采用带自起动装置的机组，有困难时也可采用手动起动装置。

     2.转速

　　柴油发电机组按转速分高、中、低三类。

高速转速≥1000转/分；中速转速在300～1000转/分；低速转速≤300转/分。

　　在高层建筑中应选用转速1000～1500转/分的高速机组。

此种机组具有体积小、重量轻、运行可靠等优点。

     3.冷却方式

　　柴油机在运行中由于柴油的燃烧产生高温，为保证柴油机受热机件及增压器外壳等部分不受高温的影响，并保证各工作面的润滑，就要在受热部分进行冷却。

柴油机冷却不良、机件温度过高时，将会引起一些故障。

柴油机机件也不能过度冷却，机件温度太低也会造成不良后果。

由此可见，冷却系统的功用是从各受热机件传走部分热量，使机件保持正常的工作温度。

柴油机的冷却方式有水冷和风冷两种。

水冷方式即用水冷却气缸，风冷方式即用风冷却气缸。

水冷机组中一种为封闭式自循环水冷却机组，它是由散热水箱水泵柴油机体的水冷腔，再返回到散热水箱，而散热水箱是利用机组上的风扇进行冷却的，另一种为开式循环冷却机组。

在高层建筑中，一般情况下应选择闭式水循环冷却的整体机组，此种机组所占面积和空间较小。

     4.励磁系统

　　励磁系统是发电机的主要组成部分。

励磁系统调节的主要任务是维持电压于一定水平、增加输送功率和输送距离、提高系统的动态稳定性等。

励磁装置有很多种，高层建筑中一般选择无刷型自动励磁装置。

采用此种励磁方式的发电机组特点是：

当与自动电压调整装置配套使用时，其静电压调整率可保证在±2.5%以内，这种类型机组能适应各种运行方式，易于实现机组自动化或对发电机组的遥控。

     四、机房设计

     1.柴油发电机房的选址

　　考虑到柴油发电机组的进风、排风、排烟等情况，如果有条件时机房最好设在首层。

但是，高层建筑造价昂贵，特别是首层通常用于对外营业，属黄金地带，因此机房一般都设在地下室。

由于地下室出入不宜、自然通风条件不良，人机房设计带来一系列不利因素，设计中要注意处理好。

机房选址时应注意以下几点：

①不应设在四周无外墙的房间，为热风管道和排烟管道导出室外创造条件；②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注意噪音对环境的影响；④宜靠近建筑物的变电所，这样便于接线，减少电能损耗，也便于运行管理。

     2.通风

　　柴油发电机房的通风问题是机房设计中要特别注意解决的问题，特别是机房位于地下室时更要处理好，否则会直接影响柴油机发电机组的运行。

机组的排风一般应设热风管道有组织地进行，不宜让柴油机散热器把热量散在机房内，再由排风机抽出。

机房内要有足够的新风补充。

柴油机在运行时，机房的换气量应等于或大于柴油机燃烧所需新风量与维持机房室温所需新风量之和。

维持室温所需新风量由下式计算：

c=0.078pt

     式中：

c——需要的新风量（m3/s）

     p——柴油机额定功率（kw）

     t——机房温升（¬c）。

　　维持柴油机燃烧所需新风量可向机组厂家索取，若无资料时，可按每千瓦制动功率需要0.1m3/min算（柴油机制动功率按发电机主发电功率千瓦数的1.1倍配备）。

柴油发电机房的通风一般采取排风设置热风管道，进风为自然进风的方式。

热风管道与柴油机散热器连在一起，其连接处用软接头，热风管道应平直，如果要转弯，转弯半径尽量大而且内部要平滑，出风口尽量靠近且正对散热器热风管理直接伸出管外有困难时可设管中导出。

进风口与出风口宜分别布置在机组的两端，以免形成气流短路，影响散热效果。

     机房的出风口、进风口的面积应满足下式要求：

     s1≥1.5ss2≥1.8s

     式中：

s——柴油机散热面积；

               s1——出风口面积；

               s2——进风口面积；

　　在寒冷地区应注意进风口、排风口平时对机房温度的影响，以免机房温度过低影响机组的起动。

风口与室外的连接处可设风门，平时处于关闭状态，机组运行时能自动开启。

      3.排烟

　　排烟系统的作用是将气缸里的废气排放到室外。

排烟系统应尽量减少背压，因为废气阻力的增加将会导致柴油机出力的下降及温升的增加。

排烟管敷设方式常用的有二种：

①水平架空敷设，优点是转弯少、阻力小，缺点是增加室内散热量，使机房温度升高；②地沟内敷设，优点是室内散热量小，缺点是排烟管转弯多，阻力相对较大。

高层建筑中常用的是水平架空敷设。

排烟管应单独引出，尽量减少弯头。

排烟温度在350～5500c，为防止烫伤和减少辐射热，排烟管宜进行保温处理。

排烟噪声在机组总噪声中属

　　最强烈的一种，应设消音器以减少噪音。

     4.基础

　　基础主要用于支撑柴油发电机组及底座的全部重量，底座位于基础上，机组安装在底座上，底座上一般都采取减震措施。

　　在高层建筑中一般采用高速柴油发电机组，当机组安装在楼板上即不在最底层时，都注采用重混凝土基础，以免基础过重而增加楼板荷重，设计时需把机组荷栽提供给结构专业。

当机组位于建筑物底层时，应按机组要求设置混凝土基础。

底角螺丝可预埋，也可以等机组到达后在用电钻打孔安装。

     5.机房接地

　　柴油发电机房一般应用三种接地：

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。

各种接地可与高层建筑的其它接地共用接地装置，即采用联合接地方式。

     6.燃油的存放

　　机房内需设置3～8小时的日用油箱，其容积可按下式计算：

　　v=g·γ·a·τ

　　式中：

v——日用油箱容积（m3）；

　　g——柴油机燃油消耗量（kg/h），由样本查出；

　　γ棗燃油重度（kg/m3），轻柴油为810～860kg/m3；

　　a——油箱充满系数，一般取0.90；

　　τ棗供油时间，一般取3～8小时。

     当机房设在高层建筑内时，日用油箱应设专用房间，用防火墙与柴油发电机隔开。

发电机房的降噪处理 　   

     柴油发电机组运行时，通常会产生95～128db（a）的噪声。

如果不采取必要的降噪措施，机组运行的噪声将对周围环境造成严重损害。

为了保护和改善环境质量，必须对噪声进行控制。

     柴油发电机组的主要噪声源均为柴油机产生，包括排气噪声、机械噪声和燃烧噪声、冷却风扇和排风噪声、进风噪声、发电机噪声、地基振动的传递所产生的噪声等：

     1、排气噪声。

排气噪声是一种高温、高速的脉动性气流噪声，是发动机噪声中能量最大的一种，其噪声可达100db以上，是发动机总噪声中最主要的组成部分。

发电机工作时产生的排气噪声通过简易排气管（发电机组原配排气管）直接排出，并且随气流速度增加，噪声频率也显著提高，这样对邻近居民的生活，工作造成严重的影响。

     2、机械噪声和燃烧噪声。

机械噪声主要是发动机各运动部件在运转过程中受气体压力和运动惯性力的周期变化所引起的震动或相互冲击而产生的。

它具有噪声传播远、衰减少的特点。

燃烧噪声是柴油在燃烧过程中产生的结构震动和噪声。

     3、冷却风扇和排风噪声。

机组风扇噪声是由涡流噪声、旋转噪声以及机械噪声组成。

排风噪声、气流噪声、风扇噪声、机械噪声会通过排风的通道传播出去，从而对环境造成噪声污染。

     4、进风噪声。

进风通道的作用是：

保证发动机的正常工作以及给机组本身创造良好的散热条件。

机组的进风通道必须能够使进风顺畅进入机房，但同时机组的机械噪声、气流噪声也会通过这个进风通道辐射到机房外面。

     5、地基振动的传递噪声。

柴油机强烈的机械振动可通过地基远距离传播到室外各处然后通过地面再幅射噪声。

     柴油发电机房降噪处理的原则是在确保柴油发电机组通风条件即不降低输出功率的前提下，采用高效吸音材料和降噪消声装置对进、排风通道和排气系统进行降噪处理，使之噪声排放达到国家标准（85db（a））。

     发电机降噪最根本的办法是从声源着手，采用一些常规的降低噪声的技术；如消声器、隔声、吸声、隔振等乃是最有效的办法。

     1、降低排气噪声。

排气噪声是机组最主要的噪声源，其特点是噪声级高，排气速度快，治理难度大。

采用特制的阻抗型复合式的消声器，一般可使排气噪声降低40-60db（a）。

     2、降低轴流风机噪声。

降低发电机组冷却风机噪声时，必须考虑两个问题，一是排气通道所允许的压力损失。

二是要求的消声量。

针对上述两点，可选用阻性片式消声器。

     3、机房的隔声、吸声处理和机组隔振

（1）、机房隔声。

机组的排气噪声和冷却风机噪声降低之后，剩下来的主要噪声源是柴油机机械噪声和燃烧噪声。

采用的方法是除必要的与观察室相连接的内墙观察窗之外，其余窗户均除去，所有孔、洞要密实封堵，砖墙墙体的隔声量要求要40db（a）以上。

机房门窗采用防火隔声门窗。

（2）、进风和排风。

机房隔声处理之后，要解决机房内通风散热问题。

进风口应与发电机组、排风口设置在同一直线上。

进风口应配以阻性片式消声器，由于进风口压力损失亦在容许范围之内，可以使机房内进出风量自然达到平衡，通风散热效果明显。

     （3）、吸声处理。

机房内除地面外的五个壁面可作吸声处理，根据发电机组的频谱特性采用穿孔板共振吸声结构。

     （4）、室内空气的交流，机房的良好隔声，会使闭式水冷发电机组停机时机房内的空气得不到对流，房内的高温亦不能及时降下来，可采用低噪声轴流风机，再配上阻性片式消声器就可以解决问题。

     （5）、机组隔振。

发电机组安装前，应严格按厂家提供的有关资料进行隔振处理，避免造成结构声的远距离传播，并在传播中不断幅射空气声，无法使厂界噪声级达标。

对因超标而要求治理的现有发电机组，必须实测机组附近地面的振动情况，如果振感明显，则先要对发电机组进行隔振处理。

     在有效的降低噪声后，为使机房环境更加美观及实用，通常墙面及吊顶的吸声层外还以微孔铝塑冲孔板装饰，同时合理配置照明系统等    

柴油发电机的消音处理 　   

     一台发电机组当其运行转速在1500rpm时，在距离机组一米处将会产生105分贝的噪音，为避免噪音传出机房，消音工程应包括以下几个环节。

     1、机房出入门的消音：

     每个机房至少有一个以上出入门，从消音角度看，机房大门不应设置过多，一般情况下设置一个大门，一个小门，面积尽可能不超过3平方米，结构方面以金属为框架，内部附设高强度隔音材料，外部为金属铁板，消音门与墙壁及门框上下紧密配合。

     2、柴油机进风系统的消音：

     柴油机工作时，须有足够的进气才能维持的正常运行，一般进气系统应设置在机组风扇排风口的正对面，依据我们的经验，进风采用强制进风方式，进风经过消音风槽被鼓风机抽入机房内。

     3、柴油机排风系统消音：

     柴油机采用水箱风扇系统进行冷却肘，必须将水箱散热器量排出机房外，为避免噪音传出机房外，必须对排风系统设置排风消音风槽。

     4、机房外柴油机排风系统消音：

     柴油机排风经排气消音风槽进行消噪后排出机房外仍有较高的噪声，排风必须经过机房外设置的消音风槽进行消音，从而将噪声降到最低限度，该消音风槽外部为砖墙结构，内部为吸音板。

     5、柴油机废气消声系统：

     柴油机工作所排放的废气产生一定的噪音，我们在机组的废气排放系统增设一个消音箱，同时对于排气消声管道均采用防火岩棉材料予以包扎，既可以减少机组热量散发到机房内，又可以降低机组的工作震动，从而达到衰减噪音的目的。

冷却塔的安装参考 　   

     一、环境选择

　　1、应避免装于防水通道、易反射音量的高墙，应装于屋顶或空气流通的地方。

　　2、两台或以上冷却塔并用时，应注意塔身间距。

　　3、不应安装在四面有外墙或密不透风的地方，并应注意塔身与外墙间距。

　　4、应避免安装有煤烟及灰尘较多的地方，防上面堵塞胶片。

　　5、应远离厨房及锅炉房等到较热的地方。

     二、安装要点

　　1、基础应水平不能倾斜，冷却塔中心线垂直于不平面，否则影响布不及电机工作。

　　2、对于175t以上的冷却出入水管应调协支座。

　　3、当两台或以上菜用水泵时，应在不盆之间加一平衡水管。

　　4、循环出入水接驳，宜用避震喉连接。

　　5、冷却塔斯社风机叶片应与塔壁间隙一致，决不允许两面三刀侧间隙相差太大发现问题及时解决。

　　6、电机及减速器要定期检察院修，减速器应检查油位。

     三、启动检查

　　1、所有螺丝是否紧塔内是否有杂物。

　　2、风扇及淋水系统转动是否顺畅。

　　3、 检查电源与马达电压是否一致。

　　4、皮带组合安装是否正确。

　　5、开启补水阀将水盆及水管完全注满，水位低于满水喉25mm。

　　6、起动时，先于水泵、后开风机，检查风向、及风量，及时调整直至达到要求为止。

　　7、停止时，先停风机后停水泵。

     四、运行检查

　　1、保持水塔内清洁，定期做水质处理。

　　2、运行约60h后，须重新检查皮带拉力确保正常。

　　3、齿轮减速箱油位及运行150h后须更换润滑油。

     五、横流式冷却塔安装使用说明

  　1、按厂家所提供基础图，首先测量基础预埋否正确，基础是否水平坚固，否则，须进行相应的处理或暂停安装。

　　2、基础校验处理完好后，结合下铁框及铁件编号，在基础上完成下铁框的安装，不铁框各柱脚可能安装在预埋钢板中央，调校下铁框上面使其尽可能位于同一水平面。

　　3、安装水盆、水缸组合水盆组合整体比下铁框大15mm。

　　4、做好水盆、水缸的防漏工作，程序见安装说明。

　　5、将下铁框脚板与相应基础板调校后焊牢，同时务必做好防火安全。

　　6、按照上铁框安装图及铁件编号完成上铁框安装。

　　7、调校上铁框使各框面水平，各立柱垂直铁框组合长、宽、高、对角线符合给定尺寸，然后收紧所有螺丝。

　　8、按照填料及其它配件，最后安装风机、电机，并仔细调校直至达到设计要求。

北京王府饭店发电机房噪声治理案例 　   

     王府饭店是座落在北京王府井地区的一座五星级豪华旅馆。

饭店备有两台1250kva的柴油发电机组。

发电机房位于饭店背面一层，仅隔6米宽的消防通道就是人民日报社的宿舍区，20米外还有一幢12层的高层住宅，见图1总平面图。

     发电机组为应急之用，尽管停电的可能性极小，但机组仍需每月例行运行一次。

机组运行时，对相邻的人民日报社宿舍区和高层住宅楼的住户造成强烈的噪声干扰。

北京市环保局要求王府饭店限期治理。

图1

      一、噪声污染现状

     噪声级：

两台机组运行时现场测量，机房内噪声级为109db（a），机房门外1m处为100db（a），高层住宅一层窗外1m处为87db（a），人民日报社住宅楼三层开窗时窗内噪声级为80db（a）。

     噪声频谱：

在机房室外8m处测得的倍频程声压级如下表所示：

     中心频率（hz） 31.5      63      125      250      500      1k      2k      4k      8k      la

     lp（db）             78        83       95       101       85       83      78      71      63      95

     本底噪声：

在发电机房设备全部停开，但饭店厨房、污水处理间等的风机和设备运行情况下，高层住宅一层窗外1m处为62db（a），人民日报社住宅楼三层开窗时窗内55db（a）。

（注：

王府饭店厨房噪声污染曾引起人民日报社住户的强烈抗议，店方花费一百多万港元请香港公司治理，上述本底噪声为治理后的水平）。

     二、噪声源分析

     发电机组运行时，造成室外噪声污染如此严重，其原因如下：

（见图2发电机房现状图）

图2

     发电机房外墙上8.5m宽3.5m高的钢制百页窗口和钢板门，隔声量小，高达109db的室内噪声由此传到室外；2台柴油机组的冷却风扇直径达1.5m，没有消声器，通过百页窗口将风直接排向室外，风扇噪声也由此传出，柴油机组的燃气排放，尽管加装了消声器，但在室外排气口处仍有较高的声级，两台直径965mm的进风轴流风扇，未装消声器，噪声由进风口传出。

     三、治理标准和降噪量要求

     王府饭店所在地区由市环保局认定为商业区。

根据城市区域环境噪声标准gb3096-82，该地区的环境噪声限值是白天60db（a）。

考虑发电机组例行试车在白天进行。

由高层住宅一层窗外1m处现状噪声污染声级87db（a）,算得降噪量要求不小于30db。

     四、工程难点

     工程的难点，一是要在窄小的空间内设置高降噪量大体积的消声装置，机房内设备布置已相当拥挤，不可能在机房内设置消声器，而室外可用的空间，宽不得超过2m，不能阻挡消防通道，高不得超过7m，不能遮档上部的通风口；二是噪声治理措施不能影响机组正常运行，关键是每秒46立方米的进气量如何获得，进风消声口如何布置，此外，冷却风扇尺寸很大但压头很小，要求最大阻力损失不大于13mmh2o，这对排风消声装置设计提出了很高的空气动力性指标。

     五、方案设计

     根据现场情况与上述要求和问题所在，采用土建做法的消声夹道（见图3）。

将原有8.5m长的钢制百页窗口和门拆除，用砖砌筑2m宽的夹道，墙厚24cm，双面抹灰，内衬10cm厚玻璃棉板吸声层。

原有大门改为有双层隔声门的吸声门斗。

上述做法解决了隔声问题，有效地防止机房客观存在内噪声外传。

消声夹道最大限度地利用了机房外可用的空间，布置冷却风扇的排风和柴油机燃气排放的消声装置。

夹道外形方正，墙面粉刷和原有建筑相似，顶部排气口百页窗利用拆下的原有百页窗改制既节省投资，又保持外观的原样。

建成后，消声夹道看上去如同原来建筑的一部分，很协调。

图3

     进风由三台轴流风机强制送风。

两台是原有的φ965mm风机，现再增加一台φ1200mm的国产风机，三台风机总风量可满足两台机组运行时每秒46立方米的要求，风机安装在机房侧墙上部，开口在邻室污水处理间顶棚内。

原来顶棚空间内有四个通风系统（见图2），咖啡厅的进风管阻挡在发电机房风口前面，并占据外墙上的一个进风口，香槟厅进风管从二楼下来，占据了外墙上另一个进风口的一部分。

因为原来污水处理间顶棚不是封闭的，顶棚内有臭气，因此，一方面上述两厅的进风管不能开口在顶棚内而须占据外墙风口，另一方面顶棚内还设置了一台增压风机，以图抑制臭气上升。

这样一来，发电机房三台风机的进风就成了问题，需要对顶棚内四个通风系统统一整理。

首先把顶棚改造为密封顶棚，在原来顶棚上再增设一层玻纤水泥板，在上面用乳化沥青贴玻璃丝布，隔绝污水处理间的臭气进入顶棚。

这样可去掉增压风机，并将咖啡厅和香槟厅的进风管开口在顶棚内，让出外墙上的两个风口，一个（1.0×1.5m）让给发电机房的一台轴流风机作为进风口，并在口外加装消声器；另一个（1.5×1.5m）扩大为1.5×2.0m，作为发电机房两台风机和原有两个厅进风管共用的进风口，且将整个顶棚空间做成一个消声小室，进风口安装消声百页。

见图4。

图4

     机房内墙面做吸声处理，以降低机房内噪声级。

顶棚因施工困难，不做处理。

     六、工程做法

     排风道中消声片厚度200mm，片间间距400mm。

采用厚消声片是为了加大低频消声量，大间距是为了增加流道截面，减少气流阻力，这都是本工程特别注重的问题。

排风道内片（100mm厚）和消声片用容重为24kg/m3的玻璃棉板，外包玻璃布，钢板网罩面。

     燃气排放消声道，气流温度高，流速大，吸声材料改用岩棉板，穿孔钢板（1厚，φ3孔，间距6）罩面。

     进风消声小室吸声材料同排风道，罩面改用0.6厚穿孔钢板。