人民防空地下室柴油发电机房通风设计分析

110建筑建材装饰2014年第1期应用研究人民防空地下室柴油发电机房通风设计分析智凯峰（沈阳煤业集团工程设计有限公司，辽宁沈阳110122）摘要：本文结合以下实际工程，分析柴油发电机房风冷通风设计。关键词：人防工程；柴油发电机房；风冷；余热量；散热量中图分类号：TU99文献标志码：A文章编号：1674-3024（2014）1—110—03前言人民防空工程是战时掩蔽人员、保护物资的重要场所，也是实施人民防空的首要物质基础。在现代战争条件下，防护核、生、化和常规武器对工程的破坏已成为防护重点。由于战时外部电力供应很容易遭到敌人破坏，因此根据《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005以下简称《规范》）要求，在人防重点工程设置自备电源——柴油发电站，其设置的目的是当外部电源遭到破坏后依靠内部电源保障工程内部动力等设备的正常运转。柴油发电机要正常运行须有适宜的温湿度环境，否则将影响发电机组的发电效率，《规范》中对柴油发电机房的温湿度要求为当人员直接操作设备时，机房内温度不高于35℃，当人员隔室操作时温度不大于40℃，电站控制室温度不高于30℃，相对湿度不大于75%。电站的通风降温系统是为柴油发电机提供适宜的空气环境而设置的，是保障电站正常运转的必要设施。战时清洁通风时，柴油发电机房的进排风量规定如下：当柴油发电机房采用空气冷却时，按消除柴油发电机房内余热计算进风量；当柴油发电机房采用水冷却时，按排除柴油发电机房内有害气体所需的通风量经计算确定。1工程概况本工程为沈阳市某商业体的地下人防地工程，平战结合，战时为核六级、常六级二等人员掩蔽所，平时为地下车库，停车位118个，属于三类地下车库。本工程人防建筑面积6325m²，层高4.2m。根据建筑专业的分隔，战时人防划为三个防护单元，每个防护单元的有效人员掩蔽面积和掩蔽人员数量分别为第一单元1924m²，1347人；第二单元1996m²，1398人；第三单元1789m²，1253人。在第一防护单元中设有移动式电站，该电站中有移动式发电机，作为战时的备用电源，发电机组参数如下：柴油机的发电额定功率为120KW，燃烧空气量425m³/h，柴油机机头风扇转速2200r/min，排风量为13258m³/h，排烟管道保温材料采用矿渣棉管壳，保温厚度60mm。系统图见图1-1，机房的平面布置见图1-2。2柴油发电机房风冷余热计算2.1柴油发电机房余热量的计算范围柴油机的内部水循环大致可分为三类，即闭式水循环、开式水循环和混合水循环。其中闭式水循环的冷却又可分为闭式风冷和闭式水冷。所谓的闭式风冷是指通过空气冷却闭式循环的冷却水，柴油机冷却水在柴油机前部的表面式空气——水换热器和柴油机内部的冷却系统组成的封闭管路内循环，散热器与柴油机组成一个整体，如图1-3所示。《规范》规定：柴油发电机房内的余热量应包括柴油机、发电机和排烟管道的散热量。笔者认为这种说法不严密，因为当柴油机为闭式水循环风冷时，如果空气——水换热器排出的热量直接散入机房内，则此部分冷却排热量也应计入到机房的余热量中。因为冷却排热量值较大，一般为柴油机和发电机散热量的3.5倍左右，设计中需对这部分热量采取有效的方法进行控制和排除。图1-1移动式电站通风系统图1-2移动式电站通风平面布置图1-3闭式水循环冷却原理图2.2柴油机散热量根据《全国民用建筑工程设计技术措施——防空地下室》（以下简称《技术措施》）和《防空地下室设计手册——暖通、给水排水、电气分册》，计算公式如下：111建筑建材装饰2014年第1期应用研究Q1=1.5×10-4η·Ne·Kb·q·B（1-1）式中Q1—柴油机散热量，kW；η—柴油机工作时散向周围空气的热量系数，可查《技术措施》；Ne—柴油机的发电额定功率，kW；q—柴油机燃料热值，可取41.87MJ/kg；B—柴油机的耗油率，kg/（kWh）；Kb—考虑散热损失的安全系数。经过量纲分析和公式的验证可知，用公式3-1计算得出的Q1非常小，与《手册》查得的值13kW差别很大，明显不合理。《人民防空工程通风空调设计》给出公式如下：Q1=0.278·η·Ne·Kb·q·B（1-2）本工程的移动式柴油机发电机组的Ne=100kW，则Q1=0.278·4%·100·0.23·41.87=10.7kW结果与《手册》查得的值13kW比较接近。2.3发电机的散热量《技术措施》、《手册》及《人防设计》给出的公式如下：Q2=P（1/η2-1）（1-3）式中Q2—发电机的散热量，kW；P—发电机的额定输出功率，kW；η2—发电机的效率，通常为80%～94%，可查样本取值。查样本得知，当Ne=100kW时，P=84kW；η2取90%，代入式3-3，得Q2=9.3kW。2.4柴油机散热量和发电机的散热量的修正根据《手册》和《人防设计》，当柴油机工作地点的大气压不是标准大气压或相对湿度大、温度高时，柴油机的输出功率会发生变化，需对其输出功率进行修正，修正系数可查《手册》。本工程位于沈阳，海拔38m，当温度为20℃，大气压力为101325Pa，相对湿度为60%时，修正系数β=0.968，所以柴油机组修正后的发热量Q'=19.4kW。查《手册》得22.4kW，可见与用公式计算得到的值比较接近。2.5排烟管散热量（1-4）Q3=qcl/1000（1-5）式中Q3—排烟管的散热量，kW；qc—保温排烟管单位长度散热量，W/m；D—排烟管道保温外径，mm；d—排烟管道外径，mm；λ—保温材料的导热系数，W/（m.℃）。α—保温管道外表面向周围空气的放热系数，W/（m².℃），一般取11.63W/（m².℃）；ty—排烟管外壁面温度，一般取300～400℃；tn—电站机房内的空气温度，一般取35～40℃；l—保温排烟管在机房内架空敷设长度，m。本工程排烟管道直径为150mm，长l=9m，采用矿渣棉制品保温λ=0.053W/（m.℃），保温层厚度为60mm，机房设计温度tn=35℃，排烟管外壁面温度ty=400℃，qc=196W/m，代入式（1-4）和（1-5）得Q3=1.76kW。2.6柴油机废热水热量在《手册》中，余热量还包括柴油机废热水热量，而此项在《规范》和《技术措施》中均未提及，那么这一项究竟有多大，又是否该计入呢？《手册》中关于废热水热量的计算公式如下：Qf=1.5×10·ε·Ne·Kb·q·B（1-6）式中Qf—废热水热量，kW；ε—柴油机汽缸冷却水含热量占燃料发热量的百分比，柴油机满负荷时ε=25%～30%，一般取30%。Kb—考虑散热损失的安全系数，一般取0.85。将本工程的数据代入式（1-6）得出的值很小，可忽略不计。2.7柴油机冷却排热量根据《人防设计》，柴油机冷却排热量公式Q4=0.278·η·Ne·Kb·q·B（1-7）式中Q4—柴油机冷却排热量，kW；η—柴油机汽缸冷却水带走的热量占燃料发热量的比例，一般取30%。将本工程的数据代入式（1-7）可得Q4=68.3kW，可见此值还是很大，设计中必须采取有效的方法进行控制和排除。在本工程设计中，将专设风管接到了柴油机空气——水换热器上，用以排除此部分热量。1.2.2.8柴油发电机房（风冷）余热量总和当柴油机的冷却排热量直接排到机房内时，机房余热量为Q=（Q1+Q2）β+Q3+Q4=19.4+1.76+68.3=89.5kW此值很大，排除该热量所需的进风量也很大，所以笔者建议将柴油机冷却排热量通过专用风管直接排到室外，如此柴油发电机房的余热量将大大减少，变为Q=（Q1+Q2）β+Q3=19.4+1.76=21.2kW3柴油发电机房（风冷）进风量计算3.1按照消除余热计算电站进风量（1-8）式中L1—电站进风量，m³/h；tw—室外夏季通风计算温度，℃；cp—空气比定压热容，kJ/（kg·℃）；ρ—空气的密度，kg/m³。本工程进风量为3.2柴油机冷却排热量由专用风道排到室外时进风量因为本工程柴油机采用闭式风冷循环，散热器排出的热风直接从专用风道排到工程外，根据风量平衡原理，其进风量公式为L'j=max｛（LC+LY+LK），LJ｝（1-9）式中L'j—计算进风量，m³/h；LC—通过柴油机空气——水换热器的排风量，m³/h；LY—柴油机燃烧空气量，m³/h，LK—油库排风量，m³/h，按油库的通风换气次数6次/h计算。查样本得知，风扇转速为，2200r/min，风量LC=11628m³/h，燃烧空气量LY=396m³/h。油库通风量LK=12.91m²x4.5mx6h-1=348.6m³/h，见LC+LY+LK〈LJ，所以本工程的计算进风量为L'j=13187m³/h。（下转113页）113建筑建材装饰2014年第1期应用研究问题，由此引发的问题会对人们的日常生活造成影响，有几个方面需要注意。（1）防止建筑用水和施工过程中引起的土壤污染。（2）充分利用当地丰富资源，将环境影响减到昀小，这样做的好处还在于可以支持地方经济。（3）应该注意建筑材料的回收再利用。在建筑材料选择的时候，应该选择可以回收的或者说机会大的建筑材料。加强并增强对材料的回收利用，这是令人鼓舞的也是有效的节能措施。（4）应注意提高建筑物的使用寿命。要本着以人为本的基本原则，应将同时满足物质需要和精神需要。将注意生态环境的保护意识融入到自己的建筑设计中，并应考虑到人类未来的生活条件。4节能设计在建筑中的应用设计是建筑工程项目中一个重要的环节，它是项目建设的依据，节约建筑能耗，需要从设计源头入手。4.1整体规划节能设计建筑项目在设计规划之初，就应该本者节能环保的意识，尽量利用自然界可再生能源。首先要谨慎考虑建筑物的朝向、体型、楼间距、周围配套设施及绿化景观等因素对于建筑节能的影响。北方住宅建筑以南北通透（一南一北卧室，南向客厅）为正房，就是很好的利用了太阳的直射时间以及南北窗户自然风的对流，依靠自然资源来达到室内通风、保暖及采光的功效。对于一些不能设置为南北向的建筑，则至少应保证将昀为主要的房间设置在冬季朝阳且背风的部位，减少围护结构的散热量。对于楼间距的问题，目前的建筑设计中已有严格规定，应保证冬季采暖期内建筑南墙的太阳辐射面积不会受到其它建筑的遮挡。建筑配套的景观绿化对于节能也同样有着重要意义。合理的树木、植被、花卉以及景观水系的维护管理，可以有效净化周围空气，降低外部噪音、风沙等影响，平衡周围环境中的温度、湿度等等。4.2建筑外墙及门窗的节能设计墙体是连接室内外环境的部位，昀容易造成室内热能量的损耗。墙体设计除了正常的保温、防潮、隔热措施以外，还应该多推广一些国内外的新型工艺，如寒冷地区的夹心复合墙体设计、被动式太阳房中各种蓄热墙体（如水墙）设计以及国外较常采用的导风墙体设计等，通过设计可以控制室内环境的自然通风。建筑的门窗设计上，主要是针对其密封性做一些补救措施。如门窗框与墙体之间的缝隙应采用硬泡聚氨酯发泡剂、聚氯乙烯泡沫塑料等软质保温材料填补，而不得采用普通水泥补缝。门窗四周与抹灰之间，应采用保温材料和嵌缝密封膏密封。避免不同材料界面开裂，影响门、窗的热工性能。4.3环保节能材料的推广新型环保节能材料对于建筑的节约能耗有着重要的意义，作为建筑设计者，也应该以节能环保理念，大力推广和普及新型的节能材料。建筑材料的选择应以健康、高效、经济、节能为原则。如节能建筑涂料、节能木地板、节能化学建材等，这类材料兼具装饰美观与节能环保的双重功效，应当是未来建筑装饰材料的重点发展方向。又如新型隔热玻璃和框体材料在建筑外门窗中的应用，起到了更好的隔热降耗果；应有在墙体、屋面结构中的新型保温、防水建材，除了能正常的保温、防水效果之外，这些材料从生产到使用，再到回收利用等一系列过程中均不会对环境造成污染。5结语我国正在建设资源节约型和环境友好型社会，居住建筑节能设计符合这一理念。居住建筑是耗能大户，在居住建筑设计中加入节能设计，开展节能活动，符合城市未来健康、绿色的发展方向。参考文献：[1]王剑波.绿色建筑在我国建筑设计中的重要性分析[J].广东科技报，2010（8）[2]许文颖.浅析绿色建筑设计的重要规律[J].广东建