談民用建筑自備柴油發(fā)電機(jī)組的選用

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內(nèi)容提要：柴油發(fā)電機(jī)組是民用建筑中常用的應(yīng)急電源，本文結(jié)合工程實(shí)例，談民用建筑中備用發(fā)電機(jī)組的選型及機(jī)房設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

　　選用恰當(dāng)?shù)暮髠潆娫磥?lái)滿足緊急情況下消防負(fù)荷及其它重要負(fù)荷的供電要求，是民用建筑電氣設(shè)計(jì)中一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，目前我們一般采用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急交流電源，那么選用自備柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)應(yīng)注意哪幾方面的問(wèn)題呢？筆者認(rèn)為應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

　　1 設(shè)置原則

　　　《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ／T16—92 3.1條規(guī)定：民用建筑中的消防水泵、消防電梯、防排煙設(shè)施、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火裝置、火災(zāi)應(yīng)急照明、電動(dòng)防火門窗、卷簾、閥門等消防用電的負(fù)荷等級(jí)，應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的規(guī)定。

　　根據(jù)《高層建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045（2001年版）9.1規(guī)定：一類高層建筑應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷要求供電，二類高層建筑應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷要求供電。《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ／T16—92 3.1條規(guī)定：一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞；二級(jí)負(fù)荷條件允許時(shí)，也宜采用二路電源來(lái)供電，特別是消防用的二級(jí)負(fù)荷，更應(yīng)該按兩個(gè)回路要求供電；一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，除上述兩個(gè)電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。根據(jù)這些規(guī)定，筆者總結(jié)了自備柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)置原則：

　?。?）當(dāng)民用建筑需按一級(jí)負(fù)荷要求供電時(shí)，若城市電網(wǎng)能提供二路獨(dú)立電源（一用一備或相互備用），則可不設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組；但當(dāng)一級(jí)負(fù)荷中有特別重要的負(fù)荷時(shí)，則一般應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源。

　　（2）當(dāng)電網(wǎng)只能提供一路電源時(shí)，為滿足對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷的供電要求，一般應(yīng)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，此時(shí)機(jī)組將作備用電源及應(yīng)急電源使用。

　?。?）大、中型商業(yè)建筑中為確保市電中斷時(shí)不造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，也宜設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組。由于城市電網(wǎng)不可能完全獨(dú)立，有時(shí)一個(gè)電源故障或檢修時(shí)，另一電源有可能同時(shí)故障，因此，即使有兩路或以上電源供電，為確保民用建筑中消防及其他重要設(shè)備（如智能化設(shè)備、通訊設(shè)備等）的可靠供電，一般都設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組。

　　2 容量選擇

　　自備發(fā)電機(jī)組容量的選擇，目前國(guó)家尚無(wú)統(tǒng)一的計(jì)算公式，因此設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中所采用的方法也不相同：有的簡(jiǎn)單地按電力變壓器容量的10％-20％確定；有的按消防設(shè)備的容量相加；有的則根據(jù)投資者的意愿選擇，造成了自備發(fā)電機(jī)組容量選擇的不準(zhǔn)確性，若容量選擇太大造成一次投資浪費(fèi)，選擇太小則在事故時(shí)滿足不了使用要求。那么，如何選擇自備發(fā)電機(jī)組的容量呢？筆者經(jīng)過(guò)查閱資料和參考同行各種經(jīng)驗(yàn)做法后，歸納出如下幾點(diǎn)：

　?。ㄒ唬┓桨富虺醪皆O(shè)計(jì)階段

　　自備發(fā)電機(jī)的容量按供電變壓器總?cè)萘康?0％-20％計(jì)算。

　?。ǘ┦┕D階段

　?。?）按計(jì)算負(fù)荷選擇發(fā)電機(jī)容量我們知道，建筑物的用電負(fù)荷可分為三類：第一類為保安型負(fù)荷，即保證大樓內(nèi)人身及設(shè)備安全和可靠運(yùn)行的負(fù)荷，如消防水泵、消防電梯、防排煙設(shè)備、應(yīng)急照明、通訊設(shè)備、重要的計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備等；第二類為保障型負(fù)荷，即保障大樓運(yùn)行的基本設(shè)備負(fù)荷，主要是工作區(qū)照明、部分電梯、通道照明；第三類為一般負(fù)荷，即除了上述負(fù)荷以外的其它負(fù)荷，例如：空調(diào)、水泵及其他一般照明、動(dòng)力設(shè)備。計(jì)算自備發(fā)電機(jī)組的容量時(shí)，第一類負(fù)荷必須考慮在內(nèi)，第二類負(fù)荷則根據(jù)大樓功能及電網(wǎng)情況來(lái)定，若大樓功能要求較高或城市電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，則應(yīng)將第二類負(fù)荷考慮在內(nèi)，但若將第一類、第二類負(fù)荷簡(jiǎn)單相加來(lái)選擇發(fā)電機(jī)容量，則所選容量偏大，因?yàn)樵谙罓顟B(tài)時(shí)，只需保證消防設(shè)備的運(yùn)行，第二類負(fù)荷不使用；而在非消防狀態(tài)下電網(wǎng)停電時(shí)，消防設(shè)備不使用。所以，筆者認(rèn)為可以選擇兩者中較大者作為發(fā)電機(jī)組的容量。

　　設(shè)備容量統(tǒng)計(jì)出來(lái)后，根據(jù)實(shí)際情況選擇需要系數(shù)K_x（一般取0.85-0.95），計(jì)算出計(jì)算容量P_j=K_xP∑，自備發(fā)電機(jī)組的功率按下式計(jì)算P=kP_j／η式中：
 

　　P—自備發(fā)電機(jī)組的功率kw；

　　P_j—負(fù)荷設(shè)備的計(jì)算容量kw；

　　P∑—總負(fù)荷kw；

　　η—發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行不均勻系數(shù)一般取0.9，單臺(tái)取1；

　　k—可靠系數(shù)，一般取1.1。

　　（2）按最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的需要，計(jì)算發(fā)電機(jī)容量P=（P∑-P_m）／η∑+ P_mKCcosψm（KW）

　　P_m—起動(dòng)容量最大的電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)的容量（kw）；

　　η∑一總負(fù)荷的計(jì)算效率，一般取0.85；

　　cosΨm —電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率因數(shù)，一般取0.4；

　　K—電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)倍數(shù)；

　　C—全壓起動(dòng)C=l.0，Y—△起動(dòng)C=0.67，自耦變壓器起動(dòng)50％抽頭C=0.25，65％抽頭C==0.42，80％抽頭C=0.64。

　?。?）按起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)母線容許電壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量P=P_nKCX_d″（1／△E-1）（kw）

　　P_n一造成母線壓降最大的電動(dòng)機(jī)或成組起動(dòng)電動(dòng)機(jī)組的容量（kw）

　　K—電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)；

　　X_d″—發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗，一般取0.25；

　　△E—母線允許的瞬時(shí)電壓降，有電梯時(shí)取0.20，無(wú)電梯時(shí)取0.25.在實(shí)際工作中，也可用系數(shù)法估算柴油發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)能力，表1列出了不同起動(dòng)方式下所需的發(fā)電機(jī)功率為被起動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的最小倍數(shù)，供參考。

　　近年來(lái)，變頻起動(dòng)裝置在民用建筑中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，變頻起動(dòng)與其它起動(dòng)方式相比，起動(dòng)電流小而起動(dòng)力矩大，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊電流，引起的母線電壓降也很小，因此，筆者認(rèn)為，當(dāng)電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速起動(dòng)時(shí)，可以只考慮用計(jì)算負(fù)荷來(lái)計(jì)算發(fā)電機(jī)的容量，而不用考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的因素。

　　工程實(shí)例：筆者設(shè)計(jì)的某工程為例，該工程建筑面積10000m²，12層，為二類高層，保安性負(fù)荷主要為消防負(fù)荷，其容量為191kw，最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為噴淋泵37kw，采用自耦降壓80％抽頭降壓起動(dòng)。

　?。?）按計(jì)算負(fù)荷計(jì)算P=kP_j／η=1.1×191／1kw=210.1 kw

　?。?）最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的需要計(jì)算P=（P∑-P_m）／η∑ +P_mKCcosΨm =（191—37）／0.85+37×6×0.64×0.4 =238.0 kw

　?。?）按起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)發(fā)電機(jī)母線允許電壓降計(jì)算P=P_nKCX_d″（1／△E-1）

　　=37×6×0.64×0.25（1／0.20-1）

　　=142.08 kw

　　根據(jù)以上計(jì)算，應(yīng)選擇≥238.0 kw的發(fā)電機(jī)組一臺(tái)，因此可選一臺(tái)250kw機(jī)組。

　　3 機(jī)組的選擇

　　（一）臺(tái)數(shù)的選擇當(dāng)用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)容量來(lái)選擇發(fā)電機(jī)組的容量時(shí)，發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)不能多，因?yàn)榕_(tái)數(shù)增加，單機(jī)容量小，有可能滿足不了電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求。一般當(dāng)容量不超過(guò)800kw時(shí)，選用單機(jī)為好，當(dāng)容量在800kw以上時(shí)，宜選擇兩臺(tái)，且兩臺(tái)機(jī)組的各種物理參數(shù)應(yīng)相同，便于機(jī)組并車運(yùn)行。

　?。ǘ┢渌δ艿倪x擇民用建筑備用應(yīng)急發(fā)電機(jī)組宜選用高速柴油發(fā)電機(jī)組和無(wú)刷型自動(dòng)勵(lì)磁裝置。選用的機(jī)組應(yīng)裝快速自動(dòng)起動(dòng)及電源自動(dòng)切換裝置，并應(yīng)具有連續(xù)三次自起動(dòng)的功能。不宜采用壓縮空氣起動(dòng)，一般采用24V蓄電池組作為起動(dòng)電源。

　　4 柴油發(fā)電機(jī)房的平面布置、通風(fēng)、排煙及噪聲處理

　?。ㄒ唬C(jī)房的平面布置選擇機(jī)房的平面位置時(shí)，應(yīng)盡可能與變配電室相鄰，因?yàn)檫@樣便于接線，減少材料、電能的損耗，同時(shí)也便于管理。如果條件允許，機(jī)房最好設(shè)于首層，這樣便于通風(fēng)，散熱，排煙，但在高層建筑和大中型商業(yè)建筑中，首層通常作為商業(yè)用房，業(yè)主一般不會(huì)同意此方案，而往往把機(jī)房設(shè)于地下室，此時(shí)，在選擇機(jī)房位置方面應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　（1）機(jī)房要有一面靠外墻，這樣設(shè)備通風(fēng)、排煙比較容易處理。

　　（2）應(yīng)注意機(jī)組的吊裝，搬運(yùn)和檢修方便。一般利用停車庫(kù)出入通道作為搬運(yùn)通道，但若通道太小，應(yīng)考慮吊裝孔的位置。

　?。?）應(yīng)避開潮濕之處，不要設(shè)在廁所，浴室，水池等經(jīng)常積水場(chǎng)所的下面或隔壁，避免因廁所檢修或樓板滲水影響機(jī)組的運(yùn)行。

　?。ǘC(jī)組的通風(fēng)散熱柴油機(jī)，發(fā)電機(jī)及排煙管在運(yùn)行時(shí)均散發(fā)熱量，使機(jī)房溫度升高，溫度升高到一定程度將會(huì)影響發(fā)電機(jī)的出力，因此，必須采取措施來(lái)保證機(jī)組的冷卻。在有足夠的進(jìn)風(fēng)，排風(fēng)通道的情況下，一般采用閉式水循環(huán)及風(fēng)冷的整體式機(jī)組，否則可將排風(fēng)機(jī)，散熱管與機(jī)組主體分開，單獨(dú)放在室外，用水管將室外散熱管與柴油主機(jī)連接。

　?。ㄈ┡艧熢谠O(shè)計(jì)排煙管系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

　?。?）使排煙系統(tǒng)盡量減少背壓，因?yàn)閺U氣阻力的增加將導(dǎo)致柴油機(jī)出力的下降及溫升的增加。因此排煙管設(shè)計(jì)得越短越直越好。

　?。?）排煙管宜進(jìn)行保溫處理，以減少燙傷和減少熱輻射使機(jī)房溫度升高。

　?。?）應(yīng)設(shè)消聲器，以減少噪音。

　?。ㄋ模┰肼暤奶幚硪话忝裼媒ㄖ兴x機(jī)組為高速機(jī)組，噪聲比較大，為達(dá)到環(huán)保要求，機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)置吸聲材料和采取消聲措施。

　　由于各個(gè)工程的實(shí)際情況千差萬(wàn)別，因此在選用應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，除應(yīng)滿足規(guī)范要求外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)置，才能達(dá)到令人滿意的效果。