民用柴油发电机房冷却通风竖井断面尺寸研究

民用柴油发电机房冷却通风竖井断面尺寸研究

林良正

达智咨询顾问（深圳）有限公司广东深圳518026

摘要：柴油发电机房进排风竖井断面的取值和柴油机冷却风扇的余压、竖井曲折程度有密切关系，产品技术资料提供的数据不适宜我国目前大型柴油发电机房通风设计的实际情况。风井断面设计风速需根据产品样本提供的冷却风扇余压、进排风路由的阻力经计算得到，现进行本研究分析。

关键词：冷却通风管路阻力；冷却风扇余压；风井断面尺寸

引言

柴油发电机房进排风竖井断面的取值和柴油机冷却风扇的余压、竖井曲折程度有密切关系，产品技术资料提供的数据不适宜我院目前大型柴油发电机房通风设计的实际情况。风井断面设计风速需根据样本提供的冷却风扇余压、进排风路由的阻力经计算得到。

1、冷却通风竖井断面尺寸影响因素

自带风扇的散热器冷却系统的柴油发电机组的冷却系统主要是由散热器、发动机直接驱动的冷却风扇以及进排风风道三部分组成。正常运行的冷却系统应该满足以下三个要求：

1.1散热器周围的进风温度不能超过所选择的散热器设计环境温度；

1.2进排风口不应有障碍物，进排风风道应平滑且畅通；

1.3气流阻力不能超过发电机组数据表中的规定值。

其中散热器和冷却风扇为机组自带，不属于设计范围内，进排风风道断面尺寸主要影响因素有柴油发电机组冷却通风量、机组风扇余压和消声构造。前两者主要决定风井净断面尺寸，通常还需对风井做消声处理，一般消声吸声材料厚度在100~150mm左右；因此在设计进排风风道断面尺寸时需要考虑这部分所占竖井的尺寸，以保证满足机组冷却通风量所需的竖井断面尺寸。

2、油机冷却风扇余压

不合理冷却系统会出现过冷和过热。过冷的原因是由于通风量过大或进风温度较低，热量散失太多。而过热是由于室内散热量过大，引起室温升高，导致发电机组输出功率减少；其根本原因是由于冷却系统设计不合理引起气流阻力增加，导致风扇排风量不足。因此一个合理的冷却系统设计，须保证在需求风量下风道的气流阻力值小于风扇能提供的压头。

一般冷却系统气流阻力包括散热器阻力、风道阻力以及其他局部阻力等。经过调研，不同类型柴油发电机组风扇经过散热器后能用于克服风道阻力的余压具有一定差距，不能一概而论，

3、冷却通风管路阻力计算方法

实际工程中柴油发电机房的布置千差万别，导致机组进排风系统气流行程各不相同。因此在实际工程中，用于柴油发电机冷却的进排风系统需要正确计算气流阻力，并与产品技术资料中散热器后的余压比较，确认该余压能够克服实际阻力，避免造成阻力过大，引起风扇工作状态点偏移造成风量不足，使室内温度过高，导致柴油发电机不能正常工作。

柴油发电机组冷却通风系统气流阻力主要包含散热器的阻力、进排风风道阻力。通常柴油发电机组技术资料上都会给出散热器后的余压，该余压主要是用来克服进排风风道的阻力，即风道的沿程阻力和局部阻力之和。风道阻力计算方法参照空调通风矩形风管压力损失计算方法，即根据风量和假定流速确定风井断面尺寸，计算风道沿程阻力和局部阻力，然后相加得到进排风风道的总阻力；最后将其计算结果与技术资料提供的散热器后的余压对比，若计算结果小于该余压，则风道风速选择合理。

4、典型柴油机冷却通风管路阻力计算及风速研究

目前我院在确定自带风扇以及散热器的柴油发电机组的冷却通风系统的进排风风道断面有两种情况：一是电气专业提供冷却通风量和燃烧空气量，暖通专业采用假定流速法，计算进排风风道尺寸；二是电气专业直接将产品技术资料中提供的竖井尺寸提给建筑。暖通专业在确定风道断面时，排风竖井风速通常采用4-6m/s，进风竖井风速取1m/s；其中进风风道断面计算结果与产品技术资料所给数据差别很大，长期以来受到质疑。

4.1进排风风道断面尺寸调研对比

为了对比设计计算结果与产品技术资料提供的数值，对目前常用几种品牌不同容量柴油发电机组的进排风量以及风井断面尺寸进行调研。表2列出不同容量柴油发电机组所需最小竖井面积，并根据机组所需通风量计算出风井风速。

表1不同品牌柴油发电机组进排风竖井尺寸及风速对比

从表1中可以看出，产品技术资料中不同功率柴油发电机排风风速大部分介于5-6m/s之间，部分超过6m/s，与目前设计采用假定流速法取值基本接近。进风风速与设计取值相差较大，产品技术资料范围为4.28~7.33m/s，远高于目前设计计算中的取值。

产品技术资料中提供的进排风风道断面尺寸，以及设计计算采用假定流速法计算的断面尺寸，都没有进行通风阻力计算，校核散热器后的余压是否满足压力损失；在假设散热器后的余压一定，模拟计算进排风风道不同流速取值组合，为今后进排风风道设计给出推荐流速取值。

5、小结

5.1通过计算结果与产品技术资料数据比较会发现，产品技术资料中给出的排风竖井断面尺寸与设计值相差不大，但进风竖井偏小，建议在设计过程中不宜直接采用产品技术资料所给的进风竖井尺寸；

5.2进排风风道尺寸应该先根据假定流速法计算断面尺寸，并对气流行程阻力进行复核；计算结果还需与《民用电气设计规范》[1]中所规定值进行比较，取两者大值作为设计依据。

5.3进排风风道断面尺寸计算时，风速取值组合较多，目前通常做法是排风为机械排风，风速取值相对较大，进风风速较小；若在实际过程中，排风风道更易设置时，可以将排风风道断面尺寸设计的比较大，进风风道断面尺寸设计较小；

5.4本章中给出的推荐风速基于所提四种典型房间以及相应风扇余压得出的结果，若实际机房布置情况与文中所给四种案例不符，且差距比较大，则在设计中不能采用相应取值范围。此种情况建议设计师按以下两种方法处理：

（1）计算柴油发电机房实际气流阻力，校核是否满足所采用的机组所提供的余压，不能满足则需降低风速，增大风道断面尺寸；

（2）若受到建筑内部条件、外立面或室外景观等条件的限制，当柴油机冷却风扇的余压不能满足进排风路由的阻力需求，或机组容量较大，可建议电气专业工程师采用远置式或水冷式柴油机，应优先考虑远置式；若机组类型不能更改时应采用机械通风方式，以保障柴油机组的正常运行。当采用以上冷却方案时，进排风风道断面尺寸可以减小很多。