万科彩园工程中应急柴油发电机房的设计

水位电极

杨明柯

随着社会的发展，人民生活水平的提高，在现代民用建筑当中，用电设备的种类与数量都越来越多，在这些用电设备当中，不仅有消防泵，喷淋泵，消防电梯等消防设备，还有需要可靠供电的生活泵，电梯等用电设备，上述用电设备无疑对供电的可靠性提出了很高的要求。而且对于房地产开发商来说，其所开发的项目具有供电可靠性甚至可以成为其所销售楼盘的一个卖点。目前在深圳地区，为了提高建筑物的供电可靠性，普遍采用的一种方法就是以自备应急柴油发电机组来提供应急电源。由于存在着地区差异，各地的供电网络不尽相同，所以笔者在北京所做的工程中还没有遇到要安装应急柴油发电机组的，本文是笔者在深圳万科彩园工程设计过程中，对该工程中自备应急柴油发电机房设计的体会，敬请批评与指正。
一、工程概况：
万科彩园工程是深圳万科房地产有限公司于深圳市东城区东门晒布路开发的一栋高层住宅。该楼盘是万科公司购买另一房地产公司的料尾楼进行改造的项目，原设计用途为写字楼。万科公司接手时该项目己停工两年，施工已到三层顶板处。该工程改建完成后，建筑高度为97.7米，地下两层，地上三十一层，屋顶有电梯机房与水箱间。从四层到三十一层均为复式住宅，二层三层为会所与商业，首层除大堂外一律架空作为停车场。地下二层层高4.5米，为设备泵房和停车库;地下一层层高5.2米，局部层高3.6米，为电气专业变配电室，应急柴油发电机房与停车库。在原设计当中，变配电室和应急柴油发电机房被布置于地下二层。
二、设置应急柴油发电机组的必要性：
根据《高层民用建筑设计防火规范》第3.0.1条规定“居住建筑中十九层及十九层以上的普通住宅属于一类建筑”，那么因为彩园项目地上三十一层，所以彩园工程属于一类建筑。又根据《高层民用建筑设计防火规范》第9.1.1条规定“高层建筑的消防控制室，消防水泵，消防电梯，防烟排烟设施，火灾自动报警，自动灭火系统，应急照明，疏散批示标志和电动的防火门，窗，卷帘，阀门等消防用电，应按现行的国家标准《工业与民用供电系统设计规范》的规定进行施工，一类高层建筑应按一级负荷要求供电，二类高层建筑应接二级负荷要求供电”。那么彩园工程中的消防设施应按一级负荷供电，并且应在最末一级配电处进行自动切换。根据《民用建筑电气设计规范》第3.1.9.1条规定“一级负荷应有两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。一级负荷容量较大或有高压用电设备时，应采用两路高压电源。如一级负荷容量不大时，应优先采用从电力系统或临近单位取得第二低压电源，亦可采用应急发电机组，……”实际上，即使我们采用两路高压进线，在很多时候我们也无法保证这两路电源是严格意义上的两个独立电源，因此当电网故障时，有可能造成两路进线全部失电。但是当我们采用自备应急柴油发电机组时，其又不与市电并列运行，我们也就获得了两个严格意义上的独立电源。手指灯
根据《民用建筑电气设计规范》第6.1.1.2条规定“符合下列情况之一时，宜设自备应急柴油发电机组：
(1)略。
(2)有一级负荷，但从市电取得第二电源有困难或不经济合理时。
(3)略。”
深圳东门属于深圳老城区，从市政取得两路高压进线没有保证，深圳市供电局也不愿意提供两路高压进线，万科甲方也不愿支付第二路高压进线的电贴费，所以在彩园工程中我采用了深圳地区的一种普遍做法，即一路市政高压进线加自备应急柴油发电机组，这也就满足了上述各条规范的要求。
我们知道应急柴油发电机组自启动的时间一般为15s左右，考虑到彩园工程中需要可靠供电的用电设备中，并没有允许停电时间仅为毫秒级的特别重要的用电负荷，停电时间超过15s并不会导致较大损失，所以采用带有自动启动设备的应急柴油发电机组是可行的。发电机组应始终处于准备起动状态，当从低压主进线柜获得市电中断信号后，机组立即起动，于15s内投入正常带负荷运行，机组与市电联锁，不得并列运行。当市恢复时，机组自动退出运行，延时一段时间后停机。发电机组的起动设备选用电起动设备。
三、应急柴油发电机组容量的选择
在彩园工程中，需要可靠供电的消防负荷包括消防泵，喷淋泵，消防电梯，正压送风机，排烟风机，事故照明灯，防火卷帘门，消防值班室，火灾自动报警装置，自动灭火装置等；其它也需要可靠供电的设备有生活泵，客梯，污水泵。上述各种用电设备均包括在应急柴油发电机组的供电范围内。
其具体电量如上表：
由于市政停电与消防没有必然联系，当市政停电时，需要使用的用电设备负荷量小于消防时的消防用电设备负荷量，而当消防时，生活泵等负荷将被切除，两者不同时使用，故计算应急柴油发电机组容量时，仅考虑消防用电设备即可。又因为设备专业考虑消防用水量时是按照一处着火点考虑的，那么我专业考虑消防设备用电量时也只按高区或低区下处着火时消防设备使用情况计算，经过计算，消防时消防设备最大用电量约为400KW，在考虑到各用电设备效率，故可以考虑选用一台连续发电功率超过450KW的整体风冷却方式的柴油发电机组。而这也满足了我院所出的《建筑电气专业设计技术措施》中的第2.5.2条中的第三点，即机组的额定功率大于或等于1.1倍的计算功率。
根据《民用建筑电气设计规范》，第6.1.2.3条规定，计算柴油发电机组容量共有三种方法，即
(1)按稳定负荷计算发电机容量。
(2)按最大的单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量。
(3)按起动电动机时母线容许电压降计算发电机容量”。
在计算完毕后，按其最大者选择柴油发电机组。
在上面，我已经用方法一计算了发电机容量，在这里再用起动最大一台电动机来校验一下，以满足后两点的要求，按《建筑电气专业设计技术措施》中公式2.5.2 PH≥K·P其中， PH—发电机组的额定功率(KW) K－最大一台电动机的起动倍数，可由该书表2.5.2查得P—最大一台电动机的额定功率（KW）
本工程中，最大的电动机为高区消防泵， 100KW，查表得到在Y—△起动方式下，当母线允许电压降为20％时，K值为1.9，则PH=1.9x100=190KW。所以，所选柴油发电机组容量是满足要求的。
在选择机组时，除其容量应满足要求外，还应满足《民用建筑电气设计规范》中对机组的起动方式，起动时间，发电机励磁方式等一系列的要求，在此不再一一列举。 27gan
四、发电机房位置的选择与布置
虽然柴油燃点较低，发生火灾危险性相对较小，但是将柴油发电机房布置在建筑物主体内从理论上来说肯定还是有危险性的，再考虑到机组运行过程中的通风，噪音，振动等问题，无疑需要我们全面考虑并采取充分的防范措施。
我们知道机组运行时，机房需要大量的新风以满足机组燃烧和维持机房温度所需要的风量，从保证机组有良好的工作环境考虑，最好将机房布置在建筑物的首层。但对于彩园这个工程来说，无论是从其商业价值还是从甲方对立面的考虑，将机房布置在首层是不可能的，只能将发电机房布置在地下一层。此时，我们必须遵循《高层民用建筑设计防火规范》中第4.13条的规定，即“柴油发电机房可布置在高层建筑裙房的首层或地下一层，并应符合下列规定：
(1)柴油发电机房应采用耐火极限不低于2.00h的隔墙和1.50h的楼板与其它部位隔开。
(2)柴油发电机房内应设置储油间，其总储存量不应超过8.00h的需要量，储油间应采用防火墙与发电机间隔开；当必须在防火墙上开门时，应设置能自行关闭的甲级防火门。
(3)应设置火灾自动报警系统和自动灭火系统”。
在彩园工程中，为了节省有金属和电能消耗，确保电压质量，我将柴油发电机房布置于变电室旁边，如附图一所示。这也同时符合了《民用建筑电气设计规范》中第6.1.1.3条，第6.1.1.7条和第6.1.3.5条的规定。当然如此布置后也带来了通风，排烟，消音，减振等一系列问题，需要我们认真加以解决。
彩园工程原设计中，原设计人将柴油机房和变电室布置于地下二层，这是违反规范的，但是因停工时，土建己出地面，通风井，设备吊装孔，烟道等己按原图施工，考虑到该建筑外墙的厚度，剔凿起来的难度，施工进度等具体问题，实际上进行大的改动是不可能的，我们只能利用原有条件，再符合规范的前提下，尽可能少改。最后的结果是将机房位置由地下二层搬至地下一层，而这带来了大量的土建工作量。其中原设计中柴油发电机组的运输是从通风井吊入，从原地下二层外墙上的预留洞送入发电机房，而在重新设施过程中，在地下一层的外墙上，土建专业无法开出满足机组进出所需尺寸的洞，而且地下一层楼板不足以承受水平运送机组的荷载，这也就意味着我们无法从汽车坡道将机组送到地下一层，所以土建专业将机房顶板豁开，重新做了一个设备吊装孔。
在机房具体布置时，考虑了利用原有通风井，排烟井，以及气流方向，所以机房具体布置如附图一。
但这样布置时，我们无法满足《民用建筑电气设计规范》中表6.1.3.2里面对于机组背面距墙距离的规定。通过对深圳地区类似工程的了解，及向相关厂家咨询，我认为具体到彩园工程中应急柴油发电机房这么布置还是可行的。
五、柴油发电机房内设备安装
1.柴油发电机组的安装
我们知道，一台容量500KW左右柴油发电机组重约八吨，而其中的柴油机转速一般为1500转／分，这么沉重的东西在运行起来的时候，如果不采取一定的减振措施，其振动是很可怕的。在彩园工程中，为了减低振动，根据一般的柴油机组尺寸，预留了一个20cm的混凝土基础，其尺寸比机组尺寸稍大，将来进行机组安装时，在基础相对于机组底架上的固定螺栓位置钻孔，然后用膨胀螺栓将机组固定。通过采用这一措施，机组的振动被混凝士基础所吸收。当然，电气专业向结构专业提荷载时，除了要提供机组的静负荷，混凝土基础的体积，还应该考虑机组的动负荷。按我院结构专业编制的技术措施中要求，结构专业在考虑荷载时要根据机组转速来将静负荷乘以一个动力系数。其中动负荷等资料可以向相关厂家索取，但当相关情况未定时，可以按机组静负荷的150％考虑。机组在运行过程中，燃油能量的一部分转化为热能，这一部分热能被机组自身的封闭式的冷却水吸收带走，为了使冷却水循环使用，必须对其进行降温处理。其原理是使高温冷却水进入散热器，由柴油机所带风扇对其吹风散热，将散热器中的热水热量通过热风管排到室外通风井。机组安装时，应将机组散热器与热风出口对正，热风管与散热器连接处采用软接头。其出风口面积可由相关厂家样本查出。
2.排烟设备的考虑：
电热丝切割机柴油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，才能由专用排烟竖井排至空气中。据有关资料显示，柴油发电机组在运行过程中，每产生1千瓦小时的电能，大约会产生二氧化硫3.7克，一氧化氮1.5克，二氧化碳860克，这还不包括因为燃烧不充分所产生的积碳。具体到彩园工程，燃烧废气无法实现高空排放，只能从设备层排放到大气中去，如果不对燃烧废气加以处理而任由其排放，无疑会对空气造成污染，也会对建筑外装墙面造成破坏，影响立面效果。根据环保方面的规定，居民区的烟尘浓度应小于等于200毫克/立方米，林格曼黑度等级应小于等于一级，在彩园工程中，选用了一套一体化的烟尘净化器来进行消烟除尘，其原理是将烟气分两级通过净化器中的雾状水幕，使废气达到林格曼一级标准后由排烟并排放。500KW发电机组的排烟量约为9000立方米/小时，经计算采用自然排烟的排烟井最小截面积约为1平方米，因为原土建预留烟道尺寸己满足要求，故可以利用原有条件，发电机组运行时，排烟管温度温度可达500℃ ，为避免这一热量向机房内散发和保护工作人员，所以排烟管应采取保温措施，以石棉绳包扎50mm厚，再外涂15mm厚石棉灰。虽然烟气在经过烟尘净化器时温度会下降，但为稳妥起见，排烟井还是应该采用耐热材料，即烟道内衬材料采用耐火粘土砖，从底到顶，这样烟道就可以承受400℃以上的高温。为保证除尘设备用水，机组冷冻液补水，以及冲洗机房地面用水，发电机房内设置有给水点和地漏。
3.油箱间的布置：
因为在彩园工程中柴油发电机房机房位于建筑物的地下一层，考虑到事故时机组用油的消耗量，建筑物防火的要求，储油量不宜过多，而且彩园工程的位置也不属于运输不便的地点，同时按《民用建筑电气设计规范》第6.1.9.1条中第二点规定：“按柴油发电机运行3～8h设置日用燃油箱，但油量超过消防有关规定时，应设贮油间，并采取相应防火措施”。500KW柴油发电机组的耗油量大约是150公升/小时，故在柴油发电机房内设置油箱问，其中油箱体积为0.7立方米，日常储油量500公升，可以满足事故时三小时用油量。油箱顶盖有两根DN32钢管通至首层;钢管外涂防火涂料。其中一根通过截止阀后露出室外地坪1m，用做日后用手摇泵向日用燃油箱内加注燃油使用，钢管顶部用带锁铁箱保护，铁箱外涂防火涂料。另一根钢管露出室外地坪4m，顶部安装防火通气帽，以便日用油箱受热时，膨胀油气可以从顶部泄漏出去，以降低危险性。为确保油箱出油口高于柴油机的高压射油泵，日用油箱安装于1.5m高支架上，支架地脚通过钢板与地板牢固连接。虽然油箱于高位安装可以确保油箱出油口高于柴油机的高压射油泵，但其最高油面也不应比机组底座高出2.5m，以免送油压力过大损坏机组。油箱出油口应比油箱底面高，以避免将沉淀物送入机组。因为机组的油泵压力有限，油箱回油口也不应比机组底座高出2.5m。本工程中油箱高0.7m，所以满足对出油口与回油口高度的要求。另外，油箱顶部应带检查口，以便检修。在油箱底部用混凝土作了一个盛油盘，以收集泄露的柴油。整个柴油发电机房的地面都应采取防止油，水渗入地面的措施。送油管与回油管采用DN25钢管，与机组连接处采用金属软管过渡。因为有化学反应，所以所有油路管道都不采用镀锌管，以免损害机组。燃油管路应可靠接地，其始端，未端，分支处均与就近接地装置可靠连接。油箱间的门为防火门，开向发电机间。油箱间内灯具采用防爆型。油箱间设置日常通风。油气原理见附图二。光栅单元
4.通风设备的考虑
彩园工程中，柴油发电机房中设置了两台风机。一台小容量排风机负责平时油箱问和机房的排风，新风靠自然补风。一台大容量风机为机组运行时补风用，其补风风量为燃烧用风量与机房降温所需风量的总合，该数值可由相关厂家样本查出。经设备专业核算后，确定为一台15KW风机。为保证通风效果，保证气流合理分布，新风经风道室引至发电机端再吹入机房内。新风机组的运行应与发电机组的运行连锁。
5.相关电气设备的安装
从发电机端到低压柜事故母线段采用1600A密集母线供电，密集母线与发电机端连接处采用过渡软接线片过渡。机组起停控制信号，机组运行状况的远传信号等弱电信号穿金属线槽分别与变电室和消防值班室相连。为降低系统的内部过电压倍数，保证电力与照明负荷由同一发电机母线供电，柴油发电机组中性点直接接地，与整个建筑物的联合接地接为一体，接地电阻小子1欧姆。
六、柴油发电机房的消声降嗓
按国标《城市区域环境噪声标准》规定，居民，文教区在白天噪音标准为50dBA,夜间为40dBA评价点是受影响者的居住或建筑物外1米处。为符合这一规定，柴油发电机房内部必须进行消声降噪声处理。柴油发电机组运行时产生的噪声主要包括机组振动产生的噪声，排烟噪声，柴油机和发电机的机械噪声，风机的噪声。其中排烟噪声是最强烈的一种噪声，其频谱连续，强度最高可达1300dBA,所以排烟管道上应安装消声器。机组的振动由混凝土基础来吸收。新风机加进风消声器，百叶采用吸声百叶。所有机械噪声由机房墙面吸声材料吸收，采用穿孔铝板内填离心玻璃棉毡。机房门采用消音门，阻隔噪声传播。
七、柴油发电机房的消防
彩园工程中，柴油发电机房的消防设计与整个工程的消防设计一起由甲方委托与专业消防公司进行，故在此仅介绍其主要特点：
1.在柴油发电机房内设置气体灭火，出于对环境保护的考虑，应选用CO2气体全淹没系统。其具体管网设计由消防公司结合其产品进行设计施工。
2.在柴油发电机房内应设置感烟与感温两种探测器，这样可以提供两个独立的火灾报警信号。
3.在柴油发电机房内部应设置紧急报警广播，以便在气体释放前让机房内人员疏散。
4.机房气体灭火系统除有自动控制功能外，机房外应设置就地手动控制装置并应有防止误操作装置，气体释放时，机房门外应有明显显示。
5.气体释放前应联锁停止发电机组运行，停止机房内凤机，关闭机房新风百叶，使机房内未封闭的开口面积不超过防护区总内表面积的3％。
6.消防控制室内具有远距离遥控功能，并应有气体灭火系统运行状态显示。
数字模型通过彩园发电机房的设计，使我深切的感受到了在进行建筑电气设计时，不仅要有丰富的专业领域的知识，还应该对于专业有密切的了解。在彩园工程柴油发电机房的设计中，肯定存在着一些不完善的地方，这需要各位专家批评指正，以便使我更好的积累经验，总结教训，不断充实自己的专业知识。

本文发布于:2024-09-22 22:38:06，感谢您对本站的认可！

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