人防固定柴油電站風(fēng)冷通風(fēng)設(shè)計(jì)

余紅英

（浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州310006）

人防固定柴油電站風(fēng)冷通風(fēng)設(shè)計(jì)

余紅英

（浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州310006）

對(duì)某戰(zhàn)時(shí)設(shè)置人防固定柴油電站，通過余熱量及送排風(fēng)量的理論計(jì)算，給出了設(shè)置風(fēng)冷冷卻的可行性。風(fēng)冷冷卻極大地減少人防固定電站占地面積，降低初投資，由此為類似的工程設(shè)計(jì)提供參考。

固定電站；余熱量；送風(fēng)量；排風(fēng)量；工程設(shè)計(jì)

0　引言

具有防護(hù)功能的人防柴油發(fā)電機(jī)房（以下簡稱人防電站）在戰(zhàn)時(shí)外部電源遭破壞時(shí)能提供可靠的不間斷電源，供戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急照明、通信和警報(bào)設(shè)備使用。人防電站可分為移動(dòng)電站和固定電站。移動(dòng)電站內(nèi)發(fā)電機(jī)總?cè)萘恳话悴怀^120kW?？?cè)萘砍^120kW的電站應(yīng)采用固定電站。人防電站的冷卻降溫是戰(zhàn)時(shí)發(fā)電機(jī)能否正常運(yùn)行的至關(guān)重要因素。常規(guī)電站的冷卻系統(tǒng)有水冷和風(fēng)冷兩種方式[1-2]。水冷冷卻是利用可靠的內(nèi)部深井或機(jī)房內(nèi)水庫水做冷源，通過冷卻器降低機(jī)房及柴油機(jī)頭溫度，這種方式設(shè)置的進(jìn)排風(fēng)量小，但受水源影響，水庫占地面積大，冷卻設(shè)備多，用水量、排水量大。而風(fēng)冷冷卻是以工程外部空氣作為電站冷卻冷源，這種方式設(shè)置簡單，占地面積小，不受水源和水溫影響，但通風(fēng)量大，受外部環(huán)境溫度影響大。

在國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集中，發(fā)電機(jī)功率不超過120kW的人防移動(dòng)電站推薦的是風(fēng)冷冷卻方式，2臺(tái)發(fā)電機(jī)功率200kW的人防固定電站推薦的是風(fēng)冷與水冷相結(jié)合冷卻方式，對(duì)于固定電站設(shè)置風(fēng)冷冷卻方式的設(shè)計(jì)未列出。從圖集中可見，與風(fēng)冷電站相比，水冷或風(fēng)冷水冷相結(jié)合的電站設(shè)置相對(duì)復(fù)雜得多[3-4]。有文獻(xiàn)提出應(yīng)該出臺(tái)相應(yīng)的風(fēng)冷固定電站設(shè)計(jì)，然而目前固定電站設(shè)置風(fēng)冷冷卻的設(shè)計(jì)參考幾乎沒有[5]。

如果能控制通風(fēng)量在合理的范圍內(nèi)，固定電站的風(fēng)冷冷卻不失為一種簡單易行的實(shí)用性設(shè)計(jì)。本文通過一個(gè)工程實(shí)例設(shè)計(jì)，提出了設(shè)置2臺(tái)發(fā)電功率120kW的人防固定電站設(shè)置風(fēng)冷冷卻的可行性，此處列出來希望對(duì)類似的工程設(shè)計(jì)有所幫助。

1　工程概況

工程位于浙江臺(tái)州玉環(huán)市，地下一層建筑面積21144m2；地上有一座16層的五星級(jí)酒店及一座4層的購物中心，酒店建筑面積約47174m2，商場建筑面積約29000m2。地下人防建筑面積7815m2，為乙類人防工程，抗力級(jí)別為核6級(jí)常6級(jí)，防化級(jí)別為丙級(jí)。劃分為六個(gè)二等人員掩蔽所、一個(gè)人防物資庫及一個(gè)人防固定電站，電站內(nèi)設(shè)有2臺(tái)發(fā)電功率為120kW的柴油發(fā)電機(jī)。

2　冷卻方案

柴油發(fā)電機(jī)房的冷卻包括兩部分：柴油機(jī)機(jī)頭的冷卻與機(jī)房內(nèi)空氣的降溫。機(jī)房內(nèi)空氣降溫所涉及的余熱量包括柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和排煙管向機(jī)房內(nèi)空氣的散熱量[1-2]。

柴油機(jī)機(jī)頭散熱可采用水冷和風(fēng)冷兩種方式。柴油機(jī)水冷系統(tǒng)又稱為柴油機(jī)的冷卻水開式循環(huán)系統(tǒng)，儲(chǔ)水庫的冷卻水通過混合水池進(jìn)入柴油機(jī)，吸收柴油機(jī)熱量后，一部分水排掉，一部分重新回到水庫和冷水混合或者經(jīng)冷卻塔降溫后再進(jìn)入柴油機(jī)。柴油機(jī)的風(fēng)冷系統(tǒng)又稱柴油機(jī)的冷卻水閉式循環(huán)系統(tǒng)，柴油機(jī)的熱量由機(jī)頭自帶風(fēng)冷散熱器冷卻閉式循環(huán)水將熱量散發(fā)到空氣中。

機(jī)房內(nèi)空氣冷卻一般常用的也是水冷和風(fēng)冷兩種方式。風(fēng)冷式機(jī)房是通過引入室外較低溫度空氣來對(duì)機(jī)房內(nèi)空氣進(jìn)行降溫。一般情況下機(jī)頭散熱器的排風(fēng)通過管道直接排出工程外，考慮到機(jī)頭風(fēng)扇壓頭不足，很多情況下將通過接入機(jī)房排風(fēng)系統(tǒng)排出工程外，機(jī)頭散熱器的排風(fēng)來自機(jī)房，機(jī)房空氣來源是室外引入的新風(fēng)。水冷式機(jī)房是用水作冷媒，通過表面式或淋水式冷卻器與機(jī)房內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房內(nèi)空氣的降溫。水冷式柴油發(fā)電機(jī)房的進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)除為柴油機(jī)提供燃燒空氣外，主要作用為排除發(fā)電機(jī)房內(nèi)的有害氣體，同時(shí)也可吸收部分機(jī)房余熱量。

如圖1所示，為設(shè)置2臺(tái)單機(jī)發(fā)電功率120kW柴油發(fā)電機(jī)的人防固定電站，其中柴油機(jī)機(jī)頭排風(fēng)接入機(jī)房排風(fēng)管統(tǒng)一經(jīng)過擴(kuò)散室排出室外。本文對(duì)機(jī)房及柴油機(jī)頭余熱量、機(jī)房送排風(fēng)量進(jìn)行了詳細(xì)理論計(jì)算，并校核了機(jī)房及排風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際溫度，闡述了設(shè)置2臺(tái)單機(jī)發(fā)電功率為120kW發(fā)電機(jī)的人防固定柴油電站設(shè)置風(fēng)冷冷卻系統(tǒng)的可行性。與常規(guī)的水冷冷卻電站相比，節(jié)約了占地面積，沒有水冷電站所需的深井、水庫、混水池及水泵房等設(shè)置，電氣、給排水及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)都大大簡化。

3　余熱量計(jì)算

3.1柴油機(jī)散熱

柴油機(jī)向機(jī)房內(nèi)空氣的散熱量可按下式計(jì)算[2]：

得到：

式中Q1—柴油機(jī)向機(jī)房內(nèi)空氣的散熱量，kW；

η1—柴油機(jī)工作時(shí)間向周圍空氣散熱的熱量系數(shù)，%，可取0.04[2]；

q—柴油機(jī)燃料熱值，kJ/kg，可取41870[2]；

η2—發(fā)電效率，%，通常為80%-94%，此處取90%；

P—發(fā)電機(jī)額定輸出功率，kW，此處總量為240；

Ne—柴油機(jī)額定功率，kW，由發(fā)電機(jī)額定輸出功率換算得來，Ne=P/η2；

B—柴油機(jī)耗油率，kg/（kW·h），可取0.23[2]。

3.2發(fā)電機(jī)散熱

發(fā)電機(jī)向機(jī)房內(nèi)空氣的散熱量可按下式計(jì)算[2]：

得到：

式中Q2—發(fā)電機(jī)向機(jī)房內(nèi)空氣的散熱量，kW。

3.3排煙管散熱

排煙管向機(jī)房內(nèi)空氣的散熱量可按下式計(jì)算[2]：

得到：

式中Q3—排煙管向機(jī)房內(nèi)空氣的散熱量，kW；

L—排煙管在機(jī)房內(nèi)敷設(shè)長度，m；

qe—排煙管單位長度散熱量，kW/m；

d—排煙管外徑，m，為0.3；

D—排煙保溫管外徑，m，為0.5，保溫層為

100mm厚的玻璃纖維；

α—保溫管外表面向周圍空氣的放熱系數(shù)，W/（m·℃），取11.63[2]；

ty—管內(nèi)煙氣溫度，℃，取350℃[2]；

tn—室內(nèi)空氣溫度，℃，人員隔室操作的機(jī)房可取40℃[2-3]；

λ—保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·℃），玻璃纖維保溫材料，取0.065[2]。

3.4柴油機(jī)機(jī)頭散熱

柴油機(jī)機(jī)頭散熱量可按下式計(jì)算：

得到：

式中Q4—柴油機(jī)機(jī)頭的散熱量，kW；

ε—風(fēng)冷散熱器的散熱量占燃料發(fā)熱量的百分比，一般可取30%[2]。

3.5發(fā)電機(jī)房的余熱

當(dāng)柴油機(jī)機(jī)頭散熱量直接排出工程外時(shí)，發(fā)電機(jī)房的余熱量可按下式計(jì)算：

得到：

式中Qyu—發(fā)電機(jī)房的余熱量，kW。

3.6發(fā)電機(jī)房及柴油機(jī)機(jī)頭總散熱

發(fā)電機(jī)房及柴油機(jī)機(jī)頭總散熱量可按下式計(jì)算：

得到：

式中Q′—發(fā)電機(jī)房及柴油機(jī)機(jī)頭總散熱量，kW。

4　排風(fēng)量計(jì)算

4.1計(jì)算參數(shù)

人員間接操作發(fā)電機(jī)房室內(nèi)溫度可按≤40℃設(shè)計(jì)[2-3]，臺(tái)州氣象臺(tái)站（玉環(huán)）的夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度為28.9℃[6]，則發(fā)電機(jī)房室內(nèi)外溫差為11.1℃，儲(chǔ)油間建筑面積為15m2，體積為54m3，考慮儲(chǔ)油間換氣次數(shù)不小于5次/h。

4.2排除發(fā)電機(jī)房余熱的排風(fēng)量

排除發(fā)電機(jī)房余熱的排風(fēng)量可按下式計(jì)算：

得到：

式中Lyu—排除發(fā)電機(jī)房余熱的排風(fēng)量，m3/h；

tw—夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度，℃，取28.9；

c—空氣比熱容，取1.01；

ρn—40℃排風(fēng)空氣密度，kg/m3，取1.12。

4.3儲(chǔ)油間、油泵間排風(fēng)量

儲(chǔ)油間、油泵間排風(fēng)量可按下式計(jì)算：

得到：

式中L1—儲(chǔ)油間、油泵間排風(fēng)量，m3/h；

n—儲(chǔ)油間、油泵間換氣次數(shù)，h-1，取5；

V—儲(chǔ)油間、油泵間體積，m3，取54。

4.4帶走柴油機(jī)機(jī)頭散熱量所需的排風(fēng)量

帶走柴油機(jī)機(jī)頭散熱量所需的排風(fēng)量可按下式計(jì)算：

得到：

式中L2—帶走柴油機(jī)機(jī)頭散熱量所需的排風(fēng)量，m3/h；

ρp—60℃排風(fēng)空氣密度，kg/m3，取1.05；

因所有電站排風(fēng)的來源都是室外新風(fēng)，溫度取28.9℃；

tp—機(jī)頭散熱器排風(fēng)溫度，℃，此處取60℃[7]。

4.5柴油機(jī)機(jī)頭散熱實(shí)際排風(fēng)量

實(shí)際上，查詢某品牌發(fā)電機(jī)樣本，單臺(tái)120kW功率的柴油發(fā)電機(jī)機(jī)頭散熱器的排風(fēng)量為12600m3/h，則實(shí)際排風(fēng)量可按下式計(jì)算：

由上計(jì)算可見，L2′＞Lyu＞L2，設(shè)計(jì)排風(fēng)量應(yīng)取L2′。

如此大量的實(shí)際排風(fēng)L2′能帶走的熱量可按下式計(jì)算：

可得：

式中L2′—柴油機(jī)機(jī)頭散熱實(shí)際排風(fēng)量，m3/h；

Q″—實(shí)際排風(fēng)量能帶走的熱量，kW。

可見Q″遠(yuǎn)大于Q4，甚至大于Q′，表示柴油機(jī)機(jī)頭散熱器的排風(fēng)不僅能帶走機(jī)頭散熱，甚至同時(shí)將整個(gè)機(jī)房余熱量完全帶出工程外都沒有問題，此處只要機(jī)頭排風(fēng)直接排出工程外而不排在機(jī)房內(nèi)，這一點(diǎn)在技術(shù)措施[2]或其他文獻(xiàn)[7，8]的有關(guān)計(jì)算中都沒有討論或討論不詳細(xì)。

由上述計(jì)算方法，通過機(jī)房實(shí)際排風(fēng)量及機(jī)房溫度和散熱量經(jīng)過幾次試算，最終可得到機(jī)房內(nèi)溫度約為36.6℃，機(jī)頭散熱器排風(fēng)溫度為57.7℃，完全能滿足設(shè)計(jì)要求。

4.6電站排風(fēng)量

采用風(fēng)冷方式的電站總排風(fēng)量應(yīng)同時(shí)能滿足機(jī)房內(nèi)空氣降溫以及柴油機(jī)機(jī)頭散熱，本例中實(shí)際機(jī)頭散熱排風(fēng)量L2′大于機(jī)房余熱排風(fēng)量Lyu，且機(jī)頭散熱的排風(fēng)同時(shí)滿足了帶走機(jī)頭散熱及機(jī)房余熱，所以電站冷卻排風(fēng)量取機(jī)頭散熱排風(fēng)量，即Lp′=L2′=25200m3/h。

人防電站設(shè)置的排風(fēng)除排除機(jī)房內(nèi)余熱及柴油機(jī)機(jī)頭散熱外，還應(yīng)該考慮排除儲(chǔ)油、油泵間的廢氣，電站總排風(fēng)量Lp計(jì)算如下：

可得：

式中Lp—電站總排風(fēng)量，m3/h。

5　送風(fēng)量計(jì)算

柴油機(jī)燃燒空氣量可根據(jù)機(jī)組實(shí)際參數(shù)計(jì)算確定，當(dāng)缺少相關(guān)計(jì)算參數(shù)時(shí)，可按柴油機(jī)額定功率，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)7m3/（kW·h）計(jì)算[2]，則燃燒空氣量：

發(fā)電機(jī)房總進(jìn)風(fēng)量Lj按下式計(jì)算：

可得：

式中LR—燃燒空氣量，m3/h；

Lj—發(fā)電機(jī)房總進(jìn)風(fēng)量，m3/h。

6　結(jié)語

對(duì)于設(shè)置2臺(tái)120kW發(fā)電功率的人防固定電站，本文討論了風(fēng)冷冷卻的可行性，與國家標(biāo)準(zhǔn)圖集相輔相成，提出了一種簡易又經(jīng)濟(jì)的實(shí)用性設(shè)計(jì)。當(dāng)進(jìn)、排風(fēng)量不超過29000m3/h時(shí)，固定電站的通風(fēng)設(shè)計(jì)只需要在擴(kuò)散室與通風(fēng)豎井間設(shè)置2個(gè)HK800的防爆波活門即可滿足戰(zhàn)時(shí)通風(fēng)量需求，與移動(dòng)電站設(shè)置幾乎相同，與水冷電站相比，沒有龐大的冷卻水庫與水泵房設(shè)置，不需要打深井取水，也不需要排廢水，節(jié)約了相當(dāng)大的占地面積；同時(shí)風(fēng)冷系統(tǒng)的設(shè)置也簡化了通風(fēng)與給排水專業(yè)的設(shè)備、管路系統(tǒng)，因而也極大地降低了初投資。

[1]GB50038-2005，人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]2009JSCS-6，全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施/防空地下室[S].

[3]08FJ04，國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集/防空地下室固定柴油電站[S].

[4]07FJ05，國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集/防空地下室移動(dòng)柴油電站[S].

[5]王志飛.人防通風(fēng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)常見問題探討[J].暖通空調(diào)，2014，44（3）：70-71.

[6]GB50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7]蘇航，宋永剛，等.地下風(fēng)冷式柴油發(fā)電站通風(fēng)設(shè)計(jì)[J].遼寧建材, 2008，（3）：46-48.

[8]趙超桃.某人防移動(dòng)式柴油發(fā)電站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].發(fā)電與空調(diào)，2015，36（3）：81-84.

Air-cooled Ventilating System Design of the Stationary Civil Air Defense Diesel Power Station

YU Hong-ying
（Zhejiang Institute of Architectural Design and Research，Hangzhou 310006，China）

Based on calculations ofwasteheatquantity,supplyairand exhaustairquantity,a probability ofair cooling system could beestablished for the stationary civilair defense dieselpower station.According to thenew design,the station'soccupied floorarea could be remarkably decreased,and the preliminary investmentcould alsobe reduced,moreover, thisdesign could providesome reference forothersimilarprojectdesigns.

stationary power station；waste heat quantity；supply air quantity；exhaust air quantity；project design

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.021

TU 834

B

2095-3429（2016）05-0087-04

余紅英（1970-），女，浙江衢州人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作。

2016-08-25

2016-10-10