余 理 论
(浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310007)
0 引言
随着我国经济快速发展，柴油发电机组作为大型公共建筑的应急备用电源，已得到广泛应用。当前城市寸土寸金，发电机房更多的被设置于地下1层。由于发电机运行时存在大量的散热量，地下室发电机房的散热设计成为了重要内容，本文通过对柴油发电机房的散热通风量的计算，对设置于地下室柴油发电机房的通风与冷却设计进行了分析探讨。
1 发电机通风散热形式
现阶段，柴油发电机房通风冷却系统主要有以下几种冷却方式[1]。
1.1 水冷方式
水冷方式是利用水作为介质把热量转移，水冷方式主要是利用设置于室外的冷却塔，通过冷却水系统将发电机中水—水换热器中的热量散至大气中，其设置原理如图1所示。
水冷系统由于冷却塔及部分冷却水管路设置于室外，冷却水水温受季节变化影响很大，冬季容易结冰，需要考虑冷却系统的防冻措施，否则将影响系统的正常运行。
1.2 风冷方式
风冷方式是利用风机引入室外空气，室外空气通过水—水散热器将发电机水—水换热器中的热量进行热交换，再排至大气中，其设置原理如图2所示。
其优点是由于风冷系统直接利用室外空气将水—水散热器中的热量带走，系统较水冷方式简单，管理方便，且受外界因素的影响小。缺点是发电机房内需要大量的室外空气进行散热，对发电机房的大小及位置都有较高的要求。目前工程中较多的是采用风冷散热方式的柴油发电机组。
2 风冷形式发电机房散热通风量计算
在进行发电机房通风设计时，考虑到机组水—水换热器的排风带有大量的热量，一般在设计时会将这部分的排风直接排至室外或竖井内，而非室内，因此采用风冷散热方式的柴油发电机房内的余热量包括柴油机向室内空气的散热量、发电机向室内空气的散热量、排烟管道的散热量三部分[2]。
2.1 柴油机散热量计算
柴油机的散热量可按下式计算：
Q1=η1qNeB/3 600。
其中，Q1为柴油机的散热量，kW；η1为柴油机工作时向周围空气散热的热量系数,%;q为柴油机燃料热值，可取q=41 870 kJ/kg;Ne为柴油机额定功率,kW;B为柴油机的耗油率,kg/(kW·h)，一般在设计无相关设备参数时可取0.23。
2.2 发电机散热量计算
发电机的散热量可按下式计算：
Q2=P(1-η2)/η2。
其中，Q2为发电机的散热量,kW;P为发电机额定输出功率,kW;η2为发电效率，通常为80%～94%，具体可以根据发电机型号确定。
2.3 排烟管的散热量
排烟管的散热量可按下式近似计算：
Q3=L×qe；
qe=π(ty-tn)/[1/(2λ)×ln(D/d)+1/(aD)]。
其中，Q3为排烟管的散热量,kW;L为排烟管在机房内敷设的长度,m;qe为排烟管单位长度散热量,kW/m;ty为排烟管内的排烟计算温度,℃;tn为排烟管周围空气温度,℃，即机房内温度;λ为排烟管保温材料导热系数,W/(m·℃)；D为排烟管保温层外径，m；d为排烟管外径，m；a为排烟管保温层外表面向周围空气的放热系数,W/(m2·℃)；对于架空敷设于机房内的排烟管，可取a=8.141 W/(m2·℃)。
2.4 发电机房总余热量
发电机房总余热量为：
Qy=Q1+Q2+Q3。
其中，Qy为发电机房总余热量，kW。
2.5 机房散热通风量计算
排除机房内余热的通风量可按下式计算：
L=3 600Qy/cρ(tn-tw)。
其中，L为排除机房内余热所需通风量，m2/h；Qy为发电机房总余热量,kW;tn为机房内温度,℃;tw为夏季通风室外计算温度,℃;c为空气比热容，1.01 kJ/(kg·℃)；ρ为空气密度，kg/m3。
通过以上机房余热量和通风量计算公式，结合某厂家的柴油发电机样本，以杭州室外通风计算温度为例，计算几个较为常用的发电机额定功率下机房所需的散热排风量和所需总进风量，如表1所示(燃烧空气量和换热器排风量为样本数据)。
表1 风冷柴发换热器排风量直接排至机房外时排风量计算表
3 地下室发电机房通风系统设计
对设置于地下室的柴油发电机房，由于没有直接对外的墙可以作为进风或排风口，只有通过设置进风井将新风引进机房内，并通过排风井将室内热量排出。一般情况下，进风井道和排风井道的设置常用的有如下三种情况。
1)机房进排风均设置风机，换热器排风直接排入井道。
如图3所示，机房内余热通过排风风机强制排至专用的排风井道，室外新风通过进风风机引入室内，柴油发电机的换热器排风直接接至专用井道内。这种方法由于进排风均设置了压头较大的进排风风机，井道内的风速相对可以较大，一般设计时可按8 m/s考虑。换热器的排风由于换热器风机的压力较小，井道内的排风风速不宜过大，否则会由于排风阻力大而无法排至室外，一般可按2 m/s考虑。根据表1的通风量数据，计算得到在这种设置条件下各个通风井道的大小，如表2所示。
表2 方式1通风井道面积计算表
这种设置方法除换热器排风所需要的风井较大外，其余进排风井道所需要的面积均较小，适合各种功率的地下室发电机房使用，且由于均设置专用的风机，机房散热效果较好；但发电机功率较大时，由于进排风风机的风量很大，风机所需要的电量也很大，会占用一部分发电机的发电量，需要设计时综合考虑。
2)机房排风设置风机，换热器排风直接排入井道，进风采用负压通过井道自然进风。
如图4所示，这种设置方法，由于只有机房内排风是设置排风风机排至井道内，进风和换热器排风均没有另设风机。进风井道和换热器排风井道内的风速都不能过大，导致所需进风井道和换热器排风井道面积均很大。根据表1的通风量数据，计算得在这种设置条件下各个通风井道的大小，如表3所示。
表3 方式2通风井道面积计算表
这种设置方法所需要的进排风井道都很大，较为浪费面积，更适合于小功率发电机房或地下室存在下沉式庭院可以直接作为进风井道自然进风的情况。
3)机房进排风均设置风机，换热器排风也设置专用排风风机。
如图5所示，这种设置方法由于均设置了专用的进排风风机，每个风井的面积均较小。根据表1的通风量数据，计算得在这种设置条件下各个通风井道的大小，如表4所示。
表4 方式3通风井道面积计算表
这种设置方式与第一种方式相似，唯一不同在于发电机的换热器排风也在机房内设置了专用的排风风机，以减小排风井道的大小。但由于换热器自带压头较小的排风风机，一般均需厂家在安装时将换热器原自带的排风风机拆除，再连接至专用风机，安装较为繁琐，破坏了发电机的整体性，且不是所有厂家均支持此类安装。因此除非条件限制，一般不建议采用。
4 结语
设置于地下室的柴油发电机房，通风条件较差，合理的通风系统设置不但能保证柴油发电机组的高效运行，更能促进建筑面积的有效利用。因此，地下室柴油发电机房的通风系统设计应引起设计人员的充分重视。
