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人防固定柴油电站风冷通风设计

责任编辑:礼德动力    发布时间:2020-09-09     【

摘要:对某战时设置人防固定柴油电站,通过余热量及送排风量的理论计算,给出了设置风冷冷却的可行性。风冷冷却极大地减少人防固定电站占地面积,降低初投资,由此为类似的工程设计提供参考。

关键词:固定电站;余热量;送风量;排风量;工程设计

0 引言

具有防护功能的人防柴油发电机房(以下简称人防电站)在战时外部电源遭破坏时能提供可靠的不间断电源,供战时应急照明、通信和警报设备使用。人防电站可分为移动电站和固定电站。移动电站内发电机总容量一般不超过120kW。总容量超过120kW的电站应采用固定电站。人防电站的冷却降温是战时发电机能否正常运行的至关重要因素。常规电站的冷却系统有水冷和风冷两种方式[1-2]。水冷冷却是利用可靠的内部深井或机房内水库水做冷源,通过冷却器降低机房及柴油机头温度,这种方式设置的进排风量小,但受水源影响,水库占地面积大,冷却设备多,用水量、排水量大。而风冷冷却是以工程外部空气作为电站冷却冷源,这种方式设置简单,占地面积小,不受水源和水温影响,但通风量大,受外部环境温度影响大。

在国家建筑标准设计图集中,发电机功率不超过120kW的人防移动电站推荐的是风冷冷却方式,2台发电机功率200kW的人防固定电站推荐的是风冷与水冷相结合冷却方式,对于固定电站设置风冷冷却方式的设计未列出。从图集中可见,与风冷电站相比,水冷或风冷水冷相结合的电站设置相对复杂得多[3-4]。有文献提出应该出台相应的风冷固定电站设计,然而目前固定电站设置风冷冷却的设计参考几乎没有[5]

如果能控制通风量在合理的范围内,固定电站的风冷冷却不失为一种简单易行的实用性设计。本文通过一个工程实例设计,提出了设置2台发电功率120kW的人防固定电站设置风冷冷却的可行性,此处列出来希望对类似的工程设计有所帮助。

1 工程概况

工程位于浙江台州玉环市,地下一层建筑面积21144m2;地上有一座16层的五星级酒店及一座4层的购物中心,酒店建筑面积约47174m2,商场建筑面积约29000m2。地下人防建筑面积7815m2,为乙类人防工程,抗力级别为核6级常6级,防化级别为丙级。划分为六个二等人员掩蔽所、一个人防物资库及一个人防固定电站,电站内设有2台发电功率为120kW的柴油发电机。

2 冷却方案

柴油发电机房的冷却包括两部分:柴油机机头的冷却与机房内空气的降温。机房内空气降温所涉及的余热量包括柴油机、发电机和排烟管向机房内空气的散热量[1-2]

柴油机机头散热可采用水冷和风冷两种方式。柴油机水冷系统又称为柴油机的冷却水开式循环系统,储水库的冷却水通过混合水池进入柴油机,吸收柴油机热量后,一部分水排掉,一部分重新回到水库和冷水混合或者经冷却塔降温后再进入柴油机。柴油机的风冷系统又称柴油机的冷却水闭式循环系统,柴油机的热量由机头自带风冷散热器冷却闭式循环水将热量散发到空气中。

机房内空气冷却一般常用的也是水冷和风冷两种方式。风冷式机房是通过引入室外较低温度空气来对机房内空气进行降温。一般情况下机头散热器的排风通过管道直接排出工程外,考虑到机头风扇压头不足,很多情况下将通过接入机房排风系统排出工程外,机头散热器的排风来自机房,机房空气来源是室外引入的新风。水冷式机房是用水作冷媒,通过表面式或淋水式冷却器与机房内空气进行热交换来实现对机房内空气的降温。水冷式柴油发电机房的进风系统除为柴油机提供燃烧空气外,主要作用为排除发电机房内的有害气体,同时也可吸收部分机房余热量。

图1 人防固定电站通风平面图

如图1所示,为设置2台单机发电功率120kW柴油发电机的人防固定电站,其中柴油机机头排风接入机房排风管统一经过扩散室排出室外。本文对机房及柴油机头余热量、机房送排风量进行了详细理论计算,并校核了机房及排风系统实际温度,阐述了设置2台单机发电功率为120kW发电机的人防固定柴油电站设置风冷冷却系统的可行性。与常规的水冷冷却电站相比,节约了占地面积,没有水冷电站所需的深井、水库、混水池及水泵房等设置,电气、给排水及通风系统设计都大大简化。

3 余热量计算

3.1 柴油机散热

柴油机向机房内空气的散热量可按下式计算[2]

得到:

式中Q1—柴油机向机房内空气的散热量,kW;

η1—柴油机工作时间向周围空气散热的热量系数,%,可取0.04[2]

q—柴油机燃料热值,kJ/kg,可取41870[2]

η2—发电效率,%,通常为80%-94%,此处取90%;

P—发电机额定输出功率,kW,此处总量为240;

Ne—柴油机额定功率,kW,由发电机额定输出功率换算得来,Ne=P/η2

B—柴油机耗油率,kg/(kW·h),可取0.23[2]

3.2 发电机散热

发电机向机房内空气的散热量可按下式计算[2]

得到:

式中Q2—发电机向机房内空气的散热量,kW。

3.3 排烟管散热

排烟管向机房内空气的散热量可按下式计算[2]

得到:

式中Q3—排烟管向机房内空气的散热量,kW;

L—排烟管在机房内敷设长度,m;

qe—排烟管单位长度散热量,kW/m;

d—排烟管外径,m,为0.3;

D—排烟保温管外径,m,为0.5,保温层为

100mm厚的玻璃纤维;

α—保温管外表面向周围空气的放热系数,W/(m·℃),取11.63[2]

ty—管内烟气温度,℃,取350℃[2]

tn—室内空气温度,℃,人员隔室操作的机房可取40℃[2-3]

λ—保温材料导热系数,W/(m·℃),玻璃纤维保温材料,取0.065[2]

3.4 柴油机机头散热

柴油机机头散热量可按下式计算:

得到:

式中Q4—柴油机机头的散热量,kW;

ε—风冷散热器的散热量占燃料发热量的百分比,一般可取30%[2]

3.5 发电机房的余热

当柴油机机头散热量直接排出工程外时,发电机房的余热量可按下式计算:

得到:

式中Qyu—发电机房的余热量,kW。

3.6 发电机房及柴油机机头总散热

发电机房及柴油机机头总散热量可按下式计算:

得到:

式中Q′—发电机房及柴油机机头总散热量,kW。

4 排风量计算

4.1 计算参数

人员间接操作发电机房室内温度可按≤40℃设计[2-3],台州气象台站(玉环)的夏季通风室外计算温度为28.9℃[6],则发电机房室内外温差为11.1℃,储油间建筑面积为15m2,体积为54m3,考虑储油间换气次数不小于5次/h。

4.2 排除发电机房余热的排风量

排除发电机房余热的排风量可按下式计算:

得到:

式中Lyu—排除发电机房余热的排风量,m3/h;

tw—夏季通风室外计算温度,℃,取28.9;

c—空气比热容,取1.01;

ρn—40℃排风空气密度,kg/m3,取1.12。

4.3 储油间、油泵间排风量

储油间、油泵间排风量可按下式计算:

得到:

式中L1—储油间、油泵间排风量,m3/h;

n—储油间、油泵间换气次数,h-1,取5;

V—储油间、油泵间体积,m3,取54。

4.4 带走柴油机机头散热量所需的排风量

带走柴油机机头散热量所需的排风量可按下式计算:

得到:

式中L2—带走柴油机机头散热量所需的排风量,m3/h;

ρp—60℃排风空气密度,kg/m3,取1.05;

因所有电站排风的来源都是室外新风,温度取28.9℃;

tp—机头散热器排风温度,℃,此处取60℃[7]

4.5 柴油机机头散热实际排风量

实际上,查询某品牌发电机样本,单台120kW功率的柴油发电机机头散热器的排风量为12600m3/h,则实际排风量可按下式计算:

由上计算可见,L2′>Lyu>L2,设计排风量应取L2′。

如此大量的实际排风L2′能带走的热量可按下式计算:

可得:

式中L2′—柴油机机头散热实际排风量,m3/h;

Q″—实际排风量能带走的热量,kW。

可见Q″远大于Q4,甚至大于Q′,表示柴油机机头散热器的排风不仅能带走机头散热,甚至同时将整个机房余热量完全带出工程外都没有问题,此处只要机头排风直接排出工程外而不排在机房内,这一点在技术措施[2]或其他文献[7,8]的有关计算中都没有讨论或讨论不详细。

由上述计算方法,通过机房实际排风量及机房温度和散热量经过几次试算,最终可得到机房内温度约为36.6℃,机头散热器排风温度为57.7℃,完全能满足设计要求。

4.6 电站排风量

采用风冷方式的电站总排风量应同时能满足机房内空气降温以及柴油机机头散热,本例中实际机头散热排风量L2′大于机房余热排风量Lyu,且机头散热的排风同时满足了带走机头散热及机房余热,所以电站冷却排风量取机头散热排风量,即Lp′=L2′=25200m3/h。

人防电站设置的排风除排除机房内余热及柴油机机头散热外,还应该考虑排除储油、油泵间的废气,电站总排风量Lp计算如下:

可得:

式中Lp—电站总排风量,m3/h。

5 送风量计算

柴油机燃烧空气量可根据机组实际参数计算确定,当缺少相关计算参数时,可按柴油机额定功率,取经验数据7m3/(kW·h)计算[2],则燃烧空气量:

发电机房总进风量Lj按下式计算:

可得:

式中LR—燃烧空气量,m3/h;

Lj—发电机房总进风量,m3/h。

6 结语

对于设置2台120kW发电功率的人防固定电站,本文讨论了风冷冷却的可行性,与国家标准图集相辅相成,提出了一种简易又经济的实用性设计。当进、排风量不超过29000m3/h时,固定电站的通风设计只需要在扩散室与通风竖井间设置2个HK800的防爆波活门即可满足战时通风量需求,与移动电站设置几乎相同,与水冷电站相比,没有庞大的冷却水库与水泵房设置,不需要打深井取水,也不需要排废水,节约了相当大的占地面积;同时风冷系统的设置也简化了通风与给排水专业的设备、管路系统,因而也极大地降低了初投资。