地下柴油发电机房通风问题的探讨

地下柴油发电机房通风问题的探讨

重庆市设计院　唐晓智☆

提要　采用热平衡方程式推导出地下柴油发电机房通风量的计算公式,并根据其不同冷却方式的特点,提出了改善机房热环境的措施和方法。

关键词　柴油发电机　机房　通风　热平衡

V e ntil a ti o n i n u n d e r gr o u n d di e s e l e n gi n e2g e n e r a t or r o o m s

By T ang X iaozhi★

A b s t r a c t　D e d u c e s f o r mul a s of v e n t i l a t i n g vol ume i n un d e r g r oun d di e s e l

e n gi n e2g e n e r a t o r r o oms

f r om t h e r ma l b a l a n c e r e l a t i o ns hi p s,p r e s e n t s me a s u r e s

a n d w a ys of i mp r ovi n g t h e r ma l e nvi r o nme n t i n t h e r o om a c c o r di n g t o t h e

dif f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c s of e a c h c o ol i n g mo d e.

Ke yw o r d s　di e s e l e n gi n e2g e n e r a t o r,ma c hi n e r o om,v e n t i l a t i o n,t h e r ma l

b a l a n

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★Chongqing Architectural Design Institute

Ξ 柴油发电机作为高层建筑供电电源最重要的补充起着十分重要的作用。当柴油发电机运行时,需不断地对机组补充燃烧所需的空气,同时,为降低机房的温度,还需对机房进行全面通风。

当机房处于地面以上时,其通风问题比较容易解决,但由于柴油发电机所产生的噪声对周围环境影响较大,加之城市用地寸土寸金,故机房多设于地下室,此时的通风问题就变得比较复杂。由于机房相对较小,而机组的散热量又相对较大,所以,必须对机房进行有效的全面通风,并进行合理的气流组织,以改善操作条件。

1　冷却方式与散热量

目前,柴油发电机的冷却系统通常包括两部分:内冷却系统和外冷却系统。冷却方式的分类以外冷却循环为准,分为风冷和水冷,图1,2是两种典型冷却方式的原理图。

由于水的冷却性能大大高于空气(20℃水的比热容为空气的4.16倍),因此,

当柴油发电机安

图1　水冷方式原理图

装于地下室时,应优

先选用水冷式,这样

将有利于减少外冷却

循环所消耗的动力,

降低噪声,同时也有

利于减小管道断面,

提高机房空间的有效

利用程度。

柴油发电机组散发的热量主要由以下几部分组成:

气缸传递给冷却水的热量Q s,柴油发电机向尾气的传热量Q f,柴油机对周围空气的传热量Q c,发电机对周围空气的传热量Q d,保温后的排

・

9

4

・

暖通空调HV&AC 设计参考

Ξ

☆唐晓智,男,1963年8月生,硕士,高级工程师

400015重庆市渝中区人和街31号

(023)63621164

收稿日期:1997-11-10

稿件修回日期:1998-04-30

图2　风冷方式原理图烟管向室内的散

热量Q g 。

根据上述冷却方式的特点,传递给冷却水的热量将由外冷却循环的水或空气带

走,而传递给尾气

的热量由尾气带走后高空排放,故柴油发电机组散入机房内的总热量Q z :

Q z =Q c +Q d +Q g (1)2　通风量计算公式

2.1　公式推导前提

容量(功率)一定的柴油发电机正常运行时,其

散入机房内的热量基本不变,但其由静止到正常运

转期间,机房内温升是一个不稳定过程,由于影响温度升高的原因很多,为突出重点,特作如下假设:

①机组向室内空气的散热量是基本稳定的;②燃烧所需空气量按6.67m 3/(kW ・h )计算。2.2　

水冷基本方程式

图3　水冷式柴油发电机

机房通风示意图

当柴油发电机采用水冷时,在d τ时间内,室内工作区得热量与失热量之差应等于整个工

作区内热量的增加,因此:[c t i G i +m Q z -c t n 6.67N ρn

3600

-c t n G p ]d τ

　=c ρn V n d t n

(2)式中c 为空气比热容,kJ /(kg ・℃

);t i 为进风温度,℃,t n 为工作区温度,℃;m 为有效散热系数;G i 为送风量,kg/s ;G p 为排风量,kg/s ;ρn 为工作区空气密度,kg/m 3;V n 为工作区体积,m 3;τ为发电机运行时间,s ;N 为发电机功率,kW 。

根据连续性方程则有:

G i =G p +6.67N ρn

3600

=G p +0.00185N ρn

(3)

将式(2)整理并根据式(3)得cG i t i +m Q z c ρn V n -G i ρn V n t n =

d t n

d τ(4)由于工作区温度的上升对空气密度的影响较

小,故ρn 可近似视为常数,若设τ=0时,室内工作

区温度为t 0,则解式(4)得:

t n =t i +

m Q z cG i -(m Q z

cG i

+t i -t 0)・exp [-G i

ρn V n

τ](5)

2.3　

风冷基本方程式

图4　风冷式柴油发电机

机房通风示意图

当柴油发电机

采用风冷时,为排出水套冷却水带出的热量,需将大量室内空气直接由风管排至室外,考虑到机组排风量很

大,没有必要在机房上部排风。

同样,对整个机房列非稳定热平衡方程得:

c t i G i +Q z -c t n G pf -c t n

6.67N ρn

3600

　=ρa V c d t a

d τ

(6)式中ρa 为室内平均空气密度,kg/m 3

;t a 为室内平均温度,℃。

由于机房上部无排风,室内温度及空气密度将更加趋于均匀,因而ρa ≈ρn ;t a ≈t n ,将式(6)整理并根据式(3)得:

t n =

Q z cG i +t i -(Q z cG i +t i -t 0)exp [-G i

ρn V τ](7)

2.4　通风量简化计算公式

由式(5)或式(7)可知,t n 与τ成指数关系,当

t n 趋于稳定时,必须有τ→∞。事实上,当G i

ρn V n

τ>

G i

ρn V

τ≥4时,exp (-4)=0.0183ν1,因此,可近似认为t n 已趋于稳定。因为高层建筑采用的柴油发电机容量一般在200kW 以上,相应的通风量也在8000m 3/h 以上,室内温度t n 即可在10min 之内趋于平衡。由于柴油发电机运行时间大都超过10min ,式(5)和(7)可简化为:

t ∞n =m Q z

cG i +t i

(8) t ∞n =

Q z

cG i

+t i (9)

因此,柴油发电机通风量计算公式可简化为:对水冷式:　G i =

m Q z c (t ∞

n -t i )

(10)

・05・设计参考

1999年第29卷第4期