談民用建筑自備柴油發(fā)電機組的選用

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內容提要：柴油發(fā)電機組是民用建筑中常用的應急電源，本文結合工程實例，談民用建筑中備用發(fā)電機組的選型及機房設計中應注意的幾個問題。

　　選用恰當?shù)暮髠潆娫磥頋M足緊急情況下消防負荷及其它重要負荷的供電要求，是民用建筑電氣設計中一個不可忽視的問題，目前我們一般采用柴油發(fā)電機組作為應急交流電源，那么選用自備柴油發(fā)電機組時應注意哪幾方面的問題呢？筆者認為應注意以下幾點。

　　1 設置原則

　　　《民用建筑電氣設計規(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、防排煙設施、火災自動報警、自動滅火裝置、火災應急照明、電動防火門窗、卷簾、閥門等消防用電的負荷等級，應符合國家現(xiàn)行《高層民用建筑設計防火規(guī)范》和《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定。

　　根據(jù)《高層建筑設計防火規(guī)范》GB50045（2001年版）9.1規(guī)定：一類高層建筑應按一級負荷要求供電，二類高層建筑應按二級負荷要求供電。《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ／T16—92 3.1條規(guī)定：一級負荷應由兩個電源供電，當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應不致同時受到損壞；二級負荷條件允許時，也宜采用二路電源來供電，特別是消防用的二級負荷，更應該按兩個回路要求供電；一級負荷中的特別重要負荷，除上述兩個電源外，還必須增設應急電源。根據(jù)這些規(guī)定，筆者總結了自備柴油發(fā)電機組的設置原則：

　?。?）當民用建筑需按一級負荷要求供電時，若城市電網(wǎng)能提供二路獨立電源（一用一備或相互備用），則可不設柴油發(fā)電機組；但當一級負荷中有特別重要的負荷時，則一般應設柴油發(fā)電機組作為應急電源。

　　（2）當電網(wǎng)只能提供一路電源時，為滿足對一、二級負荷的供電要求，一般應設置柴油發(fā)電機組，此時機組將作備用電源及應急電源使用。

　?。?）大、中型商業(yè)建筑中為確保市電中斷時不造成較大的經(jīng)濟損失，也宜設柴油發(fā)電機組。由于城市電網(wǎng)不可能完全獨立，有時一個電源故障或檢修時，另一電源有可能同時故障，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備（如智能化設備、通訊設備等）的可靠供電，一般都設置柴油發(fā)電機組。

　　2 容量選擇

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

　?。ㄒ唬┓桨富虺醪皆O計階段

　　自備發(fā)電機的容量按供電變壓器總容量的10％-20％計算。

　　（二）施工圖階段

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

　　設備容量統(tǒng)計出來后，根據(jù)實際情況選擇需要系數(shù)K_x（一般取0.85-0.95），計算出計算容量P_j=K_xP∑，自備發(fā)電機組的功率按下式計算P=kP_j／η式中：
 

　　P—自備發(fā)電機組的功率kw；

　　P_j—負荷設備的計算容量kw；

　　P∑—總負荷kw；

　　η—發(fā)電機并聯(lián)運行不均勻系數(shù)一般取0.9，單臺取1；

　　k—可靠系數(shù)，一般取1.1。

　　（2）按最大的單臺電動機或成組電動機起動的需要，計算發(fā)電機容量P=（P∑-P_m）／η∑+ P_mKCcosψm（KW）

　　P_m—起動容量最大的電動機或成組電動機的容量（kw）；

　　η∑一總負荷的計算效率，一般取0.85；

　　cosΨm —電動機的起動功率因數(shù)，一般取0.4；

　　K—電動機的起動倍數(shù)；

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

　　（3）按起動電動機時母線容許電壓降計算發(fā)電機容量P=P_nKCX_d″（1／△E-1）（kw）

　　P_n一造成母線壓降最大的電動機或成組起動電動機組的容量（kw）

　　K—電動機的起動電流倍數(shù)；

　　X_d″—發(fā)電機的暫態(tài)電抗，一般取0.25；

　　△E—母線允許的瞬時電壓降，有電梯時取0.20，無電梯時取0.25.在實際工作中，也可用系數(shù)法估算柴油發(fā)電機組的起動能力，表1列出了不同起動方式下所需的發(fā)電機功率為被起動電動機功率的最小倍數(shù)，供參考。

　　近年來，變頻起動裝置在民用建筑中應用越來越廣泛，變頻起動與其它起動方式相比，起動電流小而起動力矩大，對電網(wǎng)無沖擊電流，引起的母線電壓降也很小，因此，筆者認為，當電動機采用變頻調速起動時，可以只考慮用計算負荷來計算發(fā)電機的容量，而不用考慮電動機起動的因素。

　　工程實例：筆者設計的某工程為例，該工程建筑面積10000m²，12層，為二類高層，保安性負荷主要為消防負荷，其容量為191kw，最大一臺電動機為噴淋泵37kw，采用自耦降壓80％抽頭降壓起動。

　?。?）按計算負荷計算P=kP_j／η=1.1×191／1kw=210.1 kw

　?。?）最大的單臺電動機起動的需要計算P=（P∑-P_m）／η∑ +P_mKCcosΨm =（191—37）／0.85+37×6×0.64×0.4 =238.0 kw

　?。?）按起動電動機時發(fā)電機母線允許電壓降計算P=P_nKCX_d″（1／△E-1）

　　=37×6×0.64×0.25（1／0.20-1）

　　=142.08 kw

　　根據(jù)以上計算，應選擇≥238.0 kw的發(fā)電機組一臺，因此可選一臺250kw機組。

　　3 機組的選擇

　?。ㄒ唬┡_數(shù)的選擇當用電動機起動容量來選擇發(fā)電機組的容量時，發(fā)電機臺數(shù)不能多，因為臺數(shù)增加，單機容量小，有可能滿足不了電動機的起動要求。一般當容量不超過800kw時，選用單機為好，當容量在800kw以上時，宜選擇兩臺，且兩臺機組的各種物理參數(shù)應相同，便于機組并車運行。

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

　　4 柴油發(fā)電機房的平面布置、通風、排煙及噪聲處理

　　（一）機房的平面布置選擇機房的平面位置時，應盡可能與變配電室相鄰，因為這樣便于接線，減少材料、電能的損耗，同時也便于管理。如果條件允許，機房最好設于首層，這樣便于通風，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)主一般不會同意此方案，而往往把機房設于地下室，此時，在選擇機房位置方面應注意以下幾點：

　　（1）機房要有一面靠外墻，這樣設備通風、排煙比較容易處理。

　?。?）應注意機組的吊裝，搬運和檢修方便。一般利用停車庫出入通道作為搬運通道，但若通道太小，應考慮吊裝孔的位置。

　?。?）應避開潮濕之處，不要設在廁所，浴室，水池等經(jīng)常積水場所的下面或隔壁，避免因廁所檢修或樓板滲水影響機組的運行。

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

　　（三）排煙在設計排煙管系統(tǒng)時，應注意如下幾點：

　?。?）使排煙系統(tǒng)盡量減少背壓，因為廢氣阻力的增加將導致柴油機出力的下降及溫升的增加。因此排煙管設計得越短越直越好。

　?。?）排煙管宜進行保溫處理，以減少燙傷和減少熱輻射使機房溫度升高。

　?。?）應設消聲器，以減少噪音。

　　（四）噪聲的處理一般民用建筑中所選機組為高速機組，噪聲比較大，為達到環(huán)保要求，機房內應設置吸聲材料和采取消聲措施。

　　由于各個工程的實際情況千差萬別，因此在選用應急柴油發(fā)電機組時，除應滿足規(guī)范要求外，還應根據(jù)實際情況來設置，才能達到令人滿意的效果。