摘要：柴油發電是化學能向機械能和熱能轉換的動態平衡過程，即柴油發電機連續將35%的燃燒熱能切換成機械能發電的前提是通過機房設計，從排煙管路連續排出傳遞給尾氣的30%燃燒熱，從冷卻回路持續排出傳遞給缸套的25%熱能，從風道連續排出機組輻射給機房的10%燃燒熱。因此，柴油發電機房布置的有效性直接決定了柴油發電機能否發出其銘牌上標出的額定容量。柴發機房的高效布置應從機房選址與地基布置開始，首先平衡考慮冷卻裝置規劃與進排風系統規劃，然后完成排煙系統布置，最后部署燃油裝置規劃。

      柴油發電機是大電的應急后備電源，故而柴油發電機的機房應盡量遠離大電系統配電裝置，以免主、后備供電裝備同時受損，失去配置柴油發電機的意義。普通機房設計如圖1所示。

       柴油發電機的地基規劃具體考慮安裝位置及用戶的減振要求。機組底座的一級減振效率為60%~80%，一二級組合減震效率大于95%，滿足一般用戶的減振要求。因此，就一般用戶而言，機房地基可采用加強混凝土布置，但應能承載至少兩倍機組的毛重。柴油發電機地基應至少高出地面150mm，四周應比機組外圍至少超出150mm。如果用戶是醫院且柴油發電機與手術室同在一棟建筑內，則（可參考圖2）采用173kPa加強混凝土地基，確保地基承載5~10倍（至少2倍）機組凈重的同時，按圖中要求做進一步減振及隔振規劃。

       柴油發電機的冷卻裝置與其進排風裝置密切關聯，并共同危害排氣系統設計，因此柴發機房位置確定后，應首先平衡考慮冷卻裝置規劃與進排風系統方案。

      柴油發電機的起動和運行需要給充電、加熱甚至風扇等設備提供低壓輔助電源，因此如項目選取高壓機組，則應盡量采用直驅柴油發電機（冷卻風扇由發電機曲軸驅動），從而預防低壓輔助電源變配電設計。柴油發電機采用直驅水箱時，機房冷卻系統布置的作業量幾乎為零，但進排風裝置規劃必須滿足直驅機組滿載運行的大風量要求。

      如果項目須用低壓機組但無法滿足直驅機組滿載運行的大風量要求，則可采用電驅機組將水箱/散熱器（以下簡稱水箱）移至室外，以降低機房進風量要求。水箱遠置時，冷卻裝置的驅動力源自發電機水泵，阻力來自管路的摩擦阻力及水箱與柴油發電機的相對高差，故遠置水箱的冷卻裝置設計應與室外水箱的裝配位置匹配。

      若室外水箱的安裝位置距室內機組不遠，且根據其相對位置規劃的冷卻回路總摩擦阻力和靜壓均小于發電機參數單上相應限值，則（可參考圖3）用水管直接連接柴油發電機和水箱即可，但渦輪增壓單泵雙循環空水中冷機組不宜采用該冷卻裝置規劃。冷卻系統的靜壓取發電機主軸中線與水箱頂部的高度差，管路的摩擦阻力需暖通專業設計師根據管徑及流量計算，管徑由設計師決定，流量可從發電機參數單直接查到。

      若室外水箱的裝配位置離室內機組不太遠，雖然靜壓小于發電機數據單限值，但總摩擦阻力超過相應上限，則可在布置的基本上，根據摩擦阻力偏差選配水泵，安裝在圖4紅色箭頭所示位置。同樣，渦輪增壓單泵雙循環空水中冷機組不宜采用該冷卻系統。

      若水箱的裝配位置距離機組較遠，其相應靜壓和管路總摩擦阻力均超過發電機相應限值，則可參考圖4，采用熱交換器遠置水箱+冷卻塔。

      熱交換器的裝配位置應考慮發電機水泵的驅動能力，也可將熱交換器安裝在機組附近。熱交換器機組側一次冷卻裝置與水箱側二次系統互相獨立，一次系統由發電機驅動，其流量為發電機冷卻流量；二次系統需另選水泵驅動，流量可按Q/（ΔT·C）（L/min）估算，其中Q為發電機傳給冷卻系統的熱量（kJ/min），C為水的比熱（kJ/℃/L），ΔT為熱交換器二次側容許溫升。如冷卻效果因環境溫度等緣故不太理想，可以考慮用冷卻塔替代水箱，但冷卻塔不宜用于嚴冬易結冰、濕度低、灰塵大及風沙易見地區。

      如水箱位置距離機組相當遠，總摩擦阻力和靜壓超過發電機限值，且靜壓超出了熱交換器密封件的承受能力，則采用熱井遠置水箱。熱井的裝配位置應考慮發電機水泵的驅動能力，且必須確保熱井底部高于發電機水箱寶出口；熱井兩側回路屬同一密閉冷卻裝置，流量基本一致；水箱側回路需配水泵，其購買應考慮水箱位置；熱井的最小功率應包括運行時充滿所有水管的水箱寶功率、停機時水箱側流回熱井的功率及確保運轉時有效熱交換的最小功率。

      熱井運轉時的有效熱交換最小功率通常取冷卻系統總容量的5%，加上熱井兩側回路總流量的1/4。用熱井遠置水箱，發電機傳遞給冷卻液的熱量較終還需水箱的風扇冷卻，當環境溫度較高及管路過長時，其冷卻效果很可能不理想，因此該途徑實用于熱天環境溫度不高、管路不長的項目。

      柴油發電機的進排風系統規劃須與其冷卻系統匹配，冷卻裝置設計確定后，方可匹配相應的進排風系統。

      室內安裝直驅柴油發電機時，機房的進排風裝置應通過風道、風量及進、排風口的有效布置，供應柴油發電機輸出額定功率所需的較小冷卻風量。

      各機組的風道規劃應相互獨立，風道設計直接決定了進風量規劃，進而決定了進風口面積。為了有效降低風道阻力及進風量，從而較小化進風口面積，風道布置可參考圖6，將進、排風口與機組設計在一條直線上，使風道橫跨整個機房。進、排風口位置應根據室外統計風向順風設置。如果對排風口室外風向、風速沒有把握，則可參考圖7設擋風墻，以減少排風阻力并有效防范過熱排風從進風口重新進入機房。擋風墻離開排風口的距離不應小于水箱高度。

      風量須確保柴油發電機滿載運行時的冷卻效果。采用上述直線型風道規劃時，機房的進風量滿足水箱風扇的風量需求即可；采用其它類型風道布置時，應根據暖通專業資深設計師的準確計算適當增加進風量，任何不專業的布置均將引起柴油發電機降功率使用。

      進風口面積取決于進風量和進風速度。為了有效避免室外雨雪被吸入機房，進風速度應控制在150～220m/min，偏高的風速產生噪音需要進行相應的進風降噪規劃；進風面積由進風量除以風速獲得，但進風口有效面積應大于水箱有效面積的1.5倍。 采用上述直線型風道布置時，排風面積可取進風面積的2/3，但排風口高效面積應大于水箱散熱器的高效面積。進、排風口設電動百葉時，風口面積應根據百葉占用的面積適當增加；進、排風口設固定百葉時，風口面積均應增加1倍。

      項目采用電驅機組將水箱裝配在機房外時，機房的進排風裝置也應通過風道、風量及進、排風口的高效布置，供應柴油發電機輸出額定容量所需的燃燒空氣量及較小冷卻風量。

      水箱安裝在室外時，機房風道也可參考圖7盡量采用直線型布置，使風道橫跨整個機房。同樣，進風口、排風口應根據室外統計風向順風設置。

      水箱遠置時，機房的進風量需求減小，但至少保證柴油發電機滿載運轉所需的燃燒空氣量及帶走機組輻射熱所需的較小冷卻空氣量。發電機的燃燒空氣量可從其數據單上直接查到，采用上述直線型風道規劃時，機房的較小冷卻空氣量根據V=Q/（C·ΔT·d）計算，其中V為較小冷卻風量（m3/min）、Q為機組總輻射熱（MJ/min）、C為空氣比熱（MJ/kg/℃）、d為空氣密度（kg/m3）、ΔT為機房進、排風口容許溫升（℃）。

      同樣應先確定合理的進風轉速（150～220m/min），然后由進風量和風速計算進風面積。采用圖7所示直線型風道設計時，排風面積取決于選型的排風機外形尺寸，而排風機應根據冷卻風量及可接受的室外排風速度選擇。采用其它歸類風道布置時，進、排風量應由暖通專業資深規劃師根據風道準確計算，任何不專業的規劃，均將引起柴油發電機降容操作。

      排煙系統的功用是將機組滿載運行發生的廢氣有效而安全地排至戶外，并將煙氣、煙灰及噪聲驅離建筑和居民。排氣的驅動源是發電機，阻力是發電機排煙口后排氣回路的總阻力，故排氣裝置布置首先是通過消音器等部件購買及排煙管路設計，使排氣回路的總阻力小于發電機數據單上的背壓限值。

      各柴油發電機的排煙裝置應相互獨立，并可參照圖7規劃：發電機排氣出口接至少610mm長的不銹鋼無縫波紋管，隔離機組的運行振動并吸收熱膨脹及位移，波紋管不能用于改變方向和校直；波紋管后應接消音器以降低排煙產生的噪音，消音器的選取和數量取決于用戶的降噪要求，工業用、住宅用、醫院用消音器的降噪能力分別為12～18dB、18～25dB及25～35dB，消音器出口端應設冷凝水排放閥；水平安裝的排氣管應以小坡度通向室外，以免凝結水流向發電機；排煙改變方向處須用彎頭，且盡量用內彎半徑應大于管徑3倍的長半徑彎頭；煙管垂直爬升處應設冷凝水排放閥；排氣出口應與機房排風口同側并順風開口，排煙口應盡可能高且較好高于建筑頂部，并遠離新風入口且不能直對易燃物質或建筑物，垂直排氣出口應設防雨帽，水平排煙口應考慮防雨并加防鳥網。

      排氣裝置阻力可分為消音器阻力與其余管路阻力兩部分，消音器阻力可咨詢康明斯經銷商，其余管路阻力可按P=575·L·S·Q2/D5（kPa）估算，其中D為排氣管內徑（cm），Q為排煙流量（m3/min)，S取23/（273+T），其中T為排氣溫度（℃），L為等效長度（m），取直管長度與波紋管、彎頭等效長度之和，波紋管等效長度取其長度的2倍，彎頭等效長度可由其類別和管徑從表1查取，比如管徑100mm的90°標準彎頭的等效長度為3m。

      對選擇的柴油發電機而言，滿載時的排煙流量及排氣溫度基礎穩定，故排煙系統阻力與管路等效長度成正比，與管徑的5次方成反比，因此管徑的規劃優化至關重要。為了高效減少排煙阻力，排氣管徑無法小于發電機排氣口的直徑，但管徑過大既容易致使冷凝而腐蝕管件，也降低排氣轉速，不利于排煙在戶外擴散。排煙系統優化應在典型布置的基礎上，首先較小化管路的等效長度，即盡量減輕消音器及彎頭數量；然后在確保排煙總阻力小于發電機背壓限值的前提下，適當減少管徑以提升排煙及擴散速度，減小冷凝對管路的腐蝕。

      消音器和排煙管路應用阻燃減振吊架或支架承重；除波紋管無法作保溫解決，排煙系統其余部件尤其是機房內消音器、排氣管必須用50mm厚的高密度隔熱材料外加鋁質護套包扎隔熱，以防火警誤報、管路冷凝腐蝕以及減小輻射熱；排煙管穿過墻壁時必須操作品質可靠的隔熱穿墻套管；煙管離地高度至少2.3m，與易燃建筑物的距離至少230mm，且所有部件應設柵欄等以防意外接觸。

      燃油系統布置的目標是滿足機組滿載運轉的供油量需求，并將剩余燃油送回油箱。供、回油驅動力分別來自發電機供油泵及其升壓油泵，阻力分別為供、回油管路摩擦阻力及油箱與發電機的相對位置，因而燃油系統規劃是油箱的設計與安裝及供、回油管路的匹配設計，以確保柴油發電機正常運轉的燃油需求。不帶中間油箱的供油系統設計參考圖5，帶中間油箱的參考圖6所示。

      柴油發電機的油箱分機底油箱、中間中間油箱和主油罐等。油箱應配油位感應器、排污閥、通風管及油面指示等。機底油箱實用于小功率機組，大功率柴油發電機不宜用機底油箱時，獨立油箱的設計與裝配應滿足供、回油管總阻力（摩擦及靜壓）分別小于發電機參數單明確的供油泵的提升能力及回油管的驅動限值，任何一項無法滿足要求時，必須考慮中間油箱與主油罐組合設計，中間油箱應盡量靠近機組裝配，其功率應滿足柴油發電機滿載運轉2～4h。燃油系統的靜壓可取相應高度差，摩擦阻力則應由暖通專業設計師根據流量、管徑及管長等精確計算，任何不專業的規劃均將引起柴油發電機降容量使用。

      柴油發電機選用機底油箱時，容量應滿足機組8h滿載運轉，也可匹配手動或自動補油布置；采用中間油箱、主油罐時，如主油罐安裝位置高于中間油箱，應參考圖9利用溢流給中間油箱補油，供油回路設電磁閥或電動閥，由中間油箱供油低、高液位分別控制其開、關，中間油箱溢流由輔助油泵送回主油罐；主油罐安裝位置低于中間油箱時，可參考圖10將供油泵、電磁閥或電動閥均配置到供油回路，中間油箱供油低液位控制開啟閥門和啟泵，高液位控制停泵和關閥，溢流則利用重力直接流回主油罐。

      無論采用上述哪種方案，中間油箱前供油管應設100~120目過濾器。中間油箱除配置上述供油高、低液位外，還應設較低停機液位及較高報警液位，且較低液位應比發電機油泵入口高150mm，較高液位應確保相應設計阻力小于發電機回油驅動能力。燃油裝置可靠性要求較高時，可根據項目要求匹配手動補油及兩套供油泵，有柴油發電機并聯運行中單機修復需求時，應在適當位置配修理隔離閥。

     油管應選取黑鐵管，與發電機本體采用軟管連接；油管應設計適當支撐，以免長期振動受損，供應管應從上至下接入柴油發電機油泵入口，回油管禁止裝配截止閥，并獨立接入中間油箱或主油罐；油管無法靠近發電機排氣管路、電纜及加熱管路，考慮開機前方便管路清理、沖刷時，應采用T型接頭替代彎頭。

      柴油發電機組的應急供電是化學能向機械能和熱能切換的動態平衡程序。柴發機房的有效規劃，是在柴油發電機輸出其額定功率時維持上述動態平衡，直接決定了柴油發電機的較大發電能力。本文從柴發機房的選址和地基規劃、冷卻系統規劃、進排風系統布置、排氣裝置設計、燃油裝置設計幾個方面探求了柴油發電機房的有效規劃。