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在高層建筑中，作為應(yīng)急電源或備用電源，幾乎毫無例外地選擇柴油發(fā)電機(jī)組，這是因柴油發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)所決定的。本文就高層建筑中柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)置原則、機(jī)組選擇、機(jī)房設(shè)計(jì)等問題提出一些粗淺的認(rèn)識。
一、設(shè)置原則
在高層建筑供電設(shè)計(jì)中，首先必須明顯什么情況下應(yīng)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，我們先從高層建筑的負(fù)荷等級談起：
①高層建筑中的消防水泵、防排煙設(shè)施、消防電梯、應(yīng)急照明等消防用電，按照《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50045-95)9.1.1條規(guī)定，一類高層建筑應(yīng)安一級負(fù)荷要求供電，二類高層建筑應(yīng)按二級負(fù)荷要求供電。
②按《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T16-92)3.1條規(guī)定，高層建筑中許多部位的負(fù)荷為一級負(fù)荷，如一、二級旅館的宴會廳、娛樂廳、高級客房、廚房，重要辦公建筑的客梯電力、主要辦公室、會議室照明，大型百貨商店的營業(yè)廳照明；還有一些部位的負(fù)荷為二級負(fù)荷，如百貨商店的自動扶梯、客梯電力，部、省級辦公建筑的主要辦公室、會議室照明等。一級負(fù)荷中還含有特別重要負(fù)荷，如重要的交通樞紐、通訊樞紐以及經(jīng)常用于重要國際活動的大量人員集中的公共場所等的一級負(fù)荷。
一級負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源共電。二級負(fù)荷當(dāng)條件允許時(shí)也宜由兩個(gè)回路供電，特別是屬于消防用電的二級負(fù)荷，應(yīng)按二級負(fù)荷的兩個(gè)回路要求供電。由此可見，高層建筑對供電的可靠性要求較高，都要求兩個(gè)電源供電。因此，考慮設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組的原則如下：
①對電網(wǎng)能夠提供二個(gè)獨(dú)立電源的高層建筑，按規(guī)范已經(jīng)滿足了一、二級負(fù)荷的要求，原則上可不設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組。但是，對于特別重要的高層建筑(如超高層建筑)，其內(nèi)部含有特別重要負(fù)荷，應(yīng)考慮一電源系統(tǒng)檢修或故障時(shí)，另一電源系統(tǒng)又發(fā)生故障的嚴(yán)重情況，此時(shí)一般應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組做應(yīng)急電源。
②對于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)只能提供一路電源、或取得第二電源有困難或不經(jīng)濟(jì)合理的高層建筑，應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組提供第二電源。此時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組是作為備用電源使用，不僅僅是應(yīng)急用。
③按照我國旅游飯店星極標(biāo)準(zhǔn)，四星級及五星級賓館應(yīng)設(shè)自備發(fā)電系統(tǒng)。以上是設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組的基本原則。值得一提的是，在國內(nèi)外一些高層建筑中，即使市網(wǎng)供電相當(dāng)可靠，可以滿足規(guī)范要求，但也都設(shè)置了自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，以便當(dāng)市網(wǎng)萬一中斷供電，一方面能保證停電期間消防用電的需要，同時(shí)也能使大廈的基本秩序得以維持。
二、柴油發(fā)電機(jī)組容量的選擇(略)
三、機(jī)組型式選擇
1. 起動方式
柴油機(jī)在起動時(shí)，必須依靠外力驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，氣缸內(nèi)的空氣被壓縮到
一定的壓力和溫度，使噴進(jìn)氣缸的燃油開始燃燒，柴油機(jī)才開始正常地運(yùn)轉(zhuǎn)起來。柴油機(jī)的起動方式有三種，①手搖起動，通過手搖裝置把柴油機(jī)起動起來；②電動起動：利用電動機(jī)作為動力，通過傳動機(jī)構(gòu)來驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，從而使柴油機(jī)起動起來，電起動所用的電源為蓄電池，電壓一般為24V；③壓縮空氣起動，把壓縮空氣導(dǎo)入柴油機(jī)氣缸中，利用它的壓力來推動活塞，使柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)停送空氣，而向燃燒室噴入燃油，便可把柴油機(jī)起動起來。
當(dāng)采用自動信號控制起動電動機(jī)或控制壓縮空氣閥，并對潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)采取措施后，便可實(shí)現(xiàn)機(jī)組自起動。
在高層建筑中宜采用電起動方式，避免采用壓縮空氣起動方式。一類高層建筑中一定要選擇帶自起動裝置的柴油發(fā)電機(jī)組，一旦市網(wǎng)供電中斷，必須在15秒內(nèi)供電(高規(guī)要求30秒)。二類高層建筑中有條件時(shí)，也宜采用帶自起動裝置的機(jī)組，有困難時(shí)也可采用手動起動裝置。
2. 轉(zhuǎn)速
柴油發(fā)電機(jī)組按轉(zhuǎn)速分高、中、低三類。高速轉(zhuǎn)速≥1000轉(zhuǎn)/分；中速轉(zhuǎn)速在300～1000轉(zhuǎn)/分；低速轉(zhuǎn)速≤300轉(zhuǎn)/分。
在高層建筑中應(yīng)選用轉(zhuǎn)速1000～1500轉(zhuǎn)/分的高速機(jī)組。此種機(jī)組具有體積小、重量輕、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。
3. 冷卻方式
柴油機(jī)在運(yùn)行中由于柴油的燃燒產(chǎn)生高溫，為保證柴油機(jī)受熱機(jī)件及增壓器外殼等部分不受高溫的影響，并保證各工作面的潤滑，就要在受熱部分進(jìn)行冷卻。柴油機(jī)冷卻不良、機(jī)件溫度過高時(shí)，將會引起一些故障。柴油機(jī)機(jī)件也不能過度冷卻，機(jī)件溫度太低也會造成不良后果。由此可見，冷卻系統(tǒng)的功用是從各受熱機(jī)件傳走部分熱量，使機(jī)件保持正常的工作溫度。柴油機(jī)的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種。水冷方式即用水冷卻氣缸，風(fēng)冷方式即用風(fēng)冷卻氣缸。水冷機(jī)組中一種為封閉式自循環(huán)水冷卻機(jī)組，它是由散熱水箱水泵柴油機(jī)體的水冷腔，再返回到散熱水箱，而散熱水箱是利用機(jī)組上的風(fēng)扇進(jìn)行冷卻的，另一種為開式循環(huán)冷卻機(jī)組。在高層建筑中，一般情況下應(yīng)選擇閉式水循環(huán)冷卻的整體機(jī)組
此種機(jī)組所占面積和空間較小。
4. 勵磁系統(tǒng)
勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的主要組成部分。勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是維持電壓于一定水平、增加輸送功率和輸送距離、提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性等。勵磁裝置有很多種，高層建筑中一般選擇無刷型自動勵磁裝置。采用此種勵磁方式的發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)是：當(dāng)與自動電壓調(diào)整裝置配套使用時(shí)，其靜電壓調(diào)整率可保證在±2.5%以內(nèi)，這種類型機(jī)組能適應(yīng)各種運(yùn)行方式，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動化或?qū)Πl(fā)電機(jī)組的遙控。
四、機(jī)房設(shè)計(jì)
1. 柴油發(fā)電機(jī)房的選址
考慮到柴油發(fā)電機(jī)組的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙等情況，如果有條件時(shí)機(jī)房最好設(shè)在首層。但是，高層建筑造價(jià)昂貴，特別是首層通常用于對外營業(yè)，屬黃金地帶，因此機(jī)房一般都設(shè)在地下室。由于地下室出入不宜、自然通風(fēng)條件不良，人機(jī)房設(shè)計(jì)帶來一系列不利因素，設(shè)計(jì)中要注意處理好。機(jī)房選址時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①不應(yīng)設(shè)在四周無外墻的房間，為熱風(fēng)管道和排煙管道導(dǎo)出室外創(chuàng)造條件；②盡量避開建筑物的主入口、正立面等部位，以免排煙、排風(fēng)對其造成影響；③注意噪音對環(huán)境的影響；④宜靠近建筑物的變電所，這樣便于接線，減少電能損耗，也便于運(yùn)行管理。
2. 通風(fēng)
柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)問題是機(jī)房設(shè)計(jì)中要特別注意解決的問題，特別是機(jī)房位于地下室時(shí)更要處理好，否則會直接影響柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。機(jī)組的排風(fēng)一般應(yīng)設(shè)熱風(fēng)管道有組織地進(jìn)行，不宜讓柴油機(jī)散熱器把熱量散在機(jī)房內(nèi)，再由排風(fēng)機(jī)抽出。機(jī)房內(nèi)要有足夠的新風(fēng)補(bǔ)充。柴油機(jī)在運(yùn)行時(shí)，機(jī)房的換氣量應(yīng)等于或大于柴油機(jī)燃燒所需新風(fēng)量與維持機(jī)房室溫所需新風(fēng)量之和。維持室溫所需新風(fēng)量由下式計(jì)算：C= 0.078P T
式中： C——需要的新風(fēng)量(m3/s)
P——柴油機(jī)額定功率(kW)
T——機(jī)房溫升(°C)。
維持柴油機(jī)燃燒所需新風(fēng)量可向機(jī)組廠家索取，若無資料時(shí)，可按每千瓦制動功率需要0.1m3/min算(柴油機(jī)制動功率按發(fā)電機(jī)主發(fā)電功率千瓦數(shù)的1.1倍配備)。柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)一般采取排風(fēng)設(shè)置熱風(fēng)管道，進(jìn)風(fēng)為自然進(jìn)風(fēng)的方式。熱風(fēng)管道與柴油機(jī)散熱器連在一起，其連接處用軟接頭，熱風(fēng)管道應(yīng)平直，如果要轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑盡量大而且內(nèi)部要平滑，出風(fēng)口盡量靠近且正對散熱器熱風(fēng)管理直接伸出管外有困難時(shí)可設(shè)管中導(dǎo)出。進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口宜分別布置在機(jī)組的兩端，以免形成氣流短路，影響散熱效果。
機(jī)房的出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口的面積應(yīng)滿足下式要求：
S1≥1.5S S2≥1.8S
式中： S——柴油機(jī)散熱面積；
S1——出風(fēng)口面積；
S2——進(jìn)風(fēng)口面積；
在寒冷地區(qū)應(yīng)注意進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口平時(shí)對機(jī)房溫度的影響，以免機(jī)房溫度過低影響機(jī)組的起動。風(fēng)口與室外的連接處可設(shè)風(fēng)門，平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，機(jī)組運(yùn)行時(shí)能自動開啟。
3. 排煙
排煙系統(tǒng)的作用是將氣缸里的廢氣排放到室外。排煙系統(tǒng)應(yīng)盡量減少背壓，因?yàn)閺U氣阻力的增加將會導(dǎo)致柴油機(jī)出力的下降及溫升的增加。排煙管敷設(shè)方式常用的有二種：①水平架空敷設(shè)，優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)彎少、阻力小，缺點(diǎn)是增加室內(nèi)散熱量，使機(jī)房溫度升高；②地溝內(nèi)敷設(shè)，優(yōu)點(diǎn)是室內(nèi)散熱量小，缺點(diǎn)是排煙管轉(zhuǎn)彎多，阻力相對較大。高層建筑中常用的是水平架空敷設(shè)。排煙管應(yīng)單獨(dú)引出，盡量減少彎頭。排煙溫度在350～5500C，為防止?fàn)C傷和減少輻射熱，排煙管宜進(jìn)行保溫處理。排煙噪聲在機(jī)組總噪聲中屬
最強(qiáng)烈的一種，應(yīng)設(shè)消音器以減少噪音。
4. 基礎(chǔ)
基礎(chǔ)主要用于支撐柴油發(fā)電機(jī)組及底座的全部重量，底座位于基礎(chǔ)上，機(jī)組安裝在底座上，底座上一般都采取減震措施。
在高層建筑中一般采用高速柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)機(jī)組安裝在樓板上即不在最底層時(shí)，都注采用重混凝土基礎(chǔ)，以免基礎(chǔ)過重而增加樓板荷重，設(shè)計(jì)時(shí)需把機(jī)組荷栽提供給結(jié)構(gòu)專業(yè)。當(dāng)機(jī)組位于建筑物底層時(shí)，應(yīng)按機(jī)組要求設(shè)置混凝土基礎(chǔ)。底角螺絲可預(yù)埋，也可以等機(jī)組到達(dá)后在用電鉆打孔安裝。
5. 機(jī)房接地
柴油發(fā)電機(jī)房一般應(yīng)用三種接地：①工作接地：發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地；②保護(hù)接地：電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼接地；③防靜電接地：燃油系統(tǒng)的設(shè)備及管道接地。各種接地可與高層建筑的其它接地共用接地裝置，即采用聯(lián)合接地方式。
6. 燃油的存放
機(jī)房內(nèi)需設(shè)置3～8小時(shí)的日用油箱，其容積可按下式計(jì)算：
V=G· γ · A ·τ
式中： V——日用油箱容積(m3)；
G——柴油機(jī)燃油消耗量(kg/h)，由樣本查出；
γ棗燃油重度(kg/m3)，輕柴油為810～860kg/m3；
A——油箱充滿系數(shù)，一般取0.90；
τ棗供油時(shí)間，一般取3～8小時(shí)。
當(dāng)機(jī)房設(shè)在高層建筑內(nèi)時(shí)，日用油箱應(yīng)設(shè)專用房間，用防火墻與柴油發(fā)電機(jī)隔開。
