地下柴油发电机房通风问题的探讨
重庆市设计院 唐晓智☆
提要 采用热平衡方程式推导出地下柴油发电机房通风量的计算公式,并根据其不同冷却方式的特点,提出了改善机房热环境的措施和方法。关键词 柴油发电机 机房 通风 热平衡
Ventilationinundergrounddieselengine2generatorrooms
ByTangXiaozhi★
Abstract Deducesformulasofventilatingvolumeinundergrounddieselengine2generatorroomsfromthermalbalancerelationships,presentsmeasuresandways
of
improvingthermalenvironment
inthe
roomaccordingtothe
differentcharacteristicsofeachcoolingmode.
Keywords dieselengine2generator,machineroom,ventilation,thermalbalance
★ChongqingArchitecturalDesignInstitute
Ξ
柴油发电机作为高层建筑供电电源最重要的
补充起着十分重要的作用。当柴油发电机运行时,需不断地对机组补充燃烧所需的空气,同时,为降低机房的温度,还需对机房进行全面通风。
当机房处于地面以上时,其通风问题比较容易解决,但由于柴油发电机所产生的噪声对周围环境影响较大,加之城市用地寸土寸金,故机房多设于地下室,此时的通风问题就变得比较复杂。由于机房相对较小,而机组的散热量又相对较大,所以,必须对机房进行有效的全面通风,并进行合理的气流组织,以改善操作条件。1 冷却方式与散热量
目前,柴油发电机的冷却系统通常包括两部分:内冷却系统和外冷却系统。冷却方式的分类以外冷却循环为准,分为风冷和水冷,图1,2是两种典型冷却方式的原理图。 由于水的冷却性能大大高于空气(20℃水的比热容为空气的4.16倍),因此,
当柴油发电机安
装于地下室时,应优先选用水冷式,这样将有利于减少外冷却循环所消耗的动力,降低噪声,同时也有利于减小管道断面,提高机房空间的有效利用程度。
图1 水冷方式原理图
柴油发电机组散
发的热量主要由以下几部分组成:
气缸传递给冷却水的热量Qs,柴油发电机向尾气的传热量Qf,柴油机对周围空气的传热量Qc,发电机对周围空气的传热量Qd,保温后的排
Ξ ☆唐晓智,男,1963年8月生,硕士,高级工程师
400015重庆市渝中区人和街31号
(023)63621164
收稿日期:1997-11-10
稿件修回日期:1998-04-30
烟管向室内的散
热量Qg。
根据上述冷却方式的特点,传递给冷却水的热量将由外冷却循环的水或空气带
图2 风冷方式原理图走,而传递给尾气
的热量由尾气带走后高空排放,故柴油发电机组散入机房内的总热量Qz:
(1)Qz=Qc+Qd+Qg2 通风量计算公式
2.1 公式推导前提
容量(功率)一定的柴油发电机正常运行时,其
区温度为t0,则解式(4)得:
tn=ti+
-(+ti-t0)cGicGi
(5)
]・exp[-ρnVn
2.3
风冷基本方程式
散入机房内的热量基本不变,但其由静止到正常运
转期间,机房内温升是一个不稳定过程,由于影响温度升高的原因很多,为突出重点,特作如下假设:
①机组向室内空气的散热量是基本稳定的;②燃烧所需空气量按6.67m3/(kW・h)计算。2.2
水冷基本方程式
当柴油发电机采用水冷时,在dτ时间内,室内工作区得热量与失热量之差应等于整个工
图3 水冷式柴油发电机
作区内热量的增机房通风示意图
加,因此:ρ.N[ctiGi+mQz-ctn-ctnGp]dτ
3600
ρ(2) =cnVndtn
);ti为进风温度,式中c为空气比热容,kJ/(kg・℃
℃,tn为工作区温度,℃;m为有效散热系数;Gi为送风量,kg/s;Gp为排风量,kg/s;ρn为工作区空气密度,kg/m3;Vn为工作区体积,m3;τ为发电机运行时间,s;N为发电机功率,kW。
根据连续性方程则有:
ρ.NρGi=Gp+=Gp+0.00185Nn
3600
(3)
将式(2)整理并根据式(3)得cGt+mQGt(4)-tn=
ρρcdτnVnnVn由于工作区温度的上升对空气密度的影响较
小,故ρn可近似视为常数,若设τ=0时,室内工作
当柴油发电机
采用风冷时,为排出水套冷却水带出的热量,需将大量室内空气直接由风管排至室外,考虑图4 风冷式柴油发电机
机房通风示意图
到机组排风量很
大,没有必要在机房上部排风。
同样,对整个机房列非稳定热平衡方程得:
ρctiGi+Qz-ctnGpf-ctn
3600
t(6) =ρaVcdτ
3
式中ρa为室内平均空气密度,kg/m;ta为室内平均温度,℃。
由于机房上部无排风,室内温度及空气密度将更加趋于均匀,因而ρa≈ρn;ta≈tn,将式(6)整理并根据式(3)得:
tn=
QQG]+ti-(+ti-t0)exp[-ρcGicGinV(7)
2.4 通风量简化计算公式
由式(5)或式(7)可知,tn与τ成指数关系,当
tn趋于稳定时,必须有τ→∞。事实上,当>
ρnVn
≥4时,exp(-4)=0.0183ν1,因此,可ρnV
近似认为tn已趋于稳定。因为高层建筑采用的柴油发电机容量一般在200kW以上,相应的通风量也在8000m3/h以上,室内温度tn即可在10min之内趋于平衡。由于柴油发电机运行时间大都超过10min,式(5)和(7)可简化为:
tn∞= tn∞=
mQ+ti
cGi+ticGi
mQc(tn-ti)
∞
(8)(9)
因此,柴油发电机通风量计算公式可简化为:对水冷式: Gi=
(10)
对风冷式: Gi=
c(tn∞-ti)
(11)
m。由于m的大小与热源的集中程度有密切关
3 有效散热量系数的确定
地下柴油发电机大多采用水冷式,而从式(10)
中可看出,影响柴油发电机机房通风量的因素较多,但对于功率一定的柴油发电机当机房进风温度(一般采用夏季通风室外计算温度)与室内允许工作区温度tn∞确定之后,其必需的通风量则只取决于m值的大小。m值的合理与否,直接关系到水冷式柴油发电机通风量计算的正确性。
m值等于散入工作区的热量与机组总散热量
之比,如何确定m值是一个很复杂的问题。m值的大小主要取决于柴油发电机在机房内布置的情况以及机房本身的几何因素等。
当无实测数据,热源又均匀布置于机房内时,可按文献[2]中的计算公式确定m值,一般情况下,m值在0.3～0.6之间。4 气流组织的安排
①对水冷柴油发电机机房,为提高其通风效果,降低必需的通风量,必须降低有效散热量系数
系,故在机房内布置柴油发电机时,应尽量集中布置(特别是多台柴油发电机并联运行时),以造成较强的上升热流,将热量更多地带出工作区。为强化这种向上热流,机房内的气流组织应该这样考虑:送风口布置在柴油发电机底部四周,排风口布置在柴油发电机顶部正上方最高处。
②对风冷柴油发电机机房,其排风主要由柴油发电机上大型轴流排风机来进行,排风口位于工作区内,且机组产生的较强上升热流与排风吸入方向垂直,排风对上升热流影响较小,加之机房上部无排风,较强热流上升后最终将全部返回工作区,从而对室内温度产生影响。因此,机房内的气流组织应这样考虑:送风口应设置在发电机的端头,以产生水平方向的吹吸式气流,将上升热流诱导后经柴油机上的排风扇加压从风管中直接排至室外。5 参考文献
1 张吉光,等.热车间内有局部排风时自然通风量的计算.
暖通空调,1996,26(3).2 陆耀庆.供暖通风设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1987.
・简讯・
来稿摘登
闸阀和截止阀在供暖中不可互换
闸阀和截止阀在建筑物供暖系统中应用相当普遍,由
于闸阀的流动阻力比截止阀小很多,因此,在设计和施工中,不可将两者互换,以免造成供暖系统阻力不平衡。
笔者从近几年设计过的工程项目中找出10项,以水平串联系统为例,按每个水平支路供回水端各设一个阀门和总供回水管各设一个阀门这种阀设置最少的系统来计算比较。原设计为闸阀,如果换成截止阀后,每一个总环路的总阻力损失增加相对较大,中间层环路增加相对较少。而且系统越大,阀门设置越多,若改变阀门,系统阻力损失增加得就越多。
根据计算结果来看,在施工时若阀门互换,就会造成环路之间的阻力损失不平衡,同时,在一个供暖区域内,各建筑物如不按图施工而改变阀门类型,也会造成建筑物之间阻力损失失去平衡,从而影响到室内供暖系统的运行效果,致使建筑内层与层之间和建筑物与建筑物之间的房间供暖温度不一致,甚至相差较大,尤其是对供暖区域内最不利点的影响最严重。
因此,笔者建议施工单位在供暖系统安装过程中,一定要按图施工,未经设计人员许可,不要擅自更换设计图纸指定的阀门。
新疆工学院设计研究所 范元筠830008 乌鲁木齐市友好北路21号
重庆市实施民用建筑
热环境节能设计标准
《重庆市民用建筑热环境与节能设计标准(居住建筑部分)》DB50/5009-1999于1999年6月1日开始实施。这是我国夏热冬冷地区(长江流域)第一个强制性的建筑热环境与节能设计的地方标准。该标准针对重庆市的气候特征,划分了供暖期、空调期和除湿期。标准综合处理建筑热环境质量、室内空气品质、节能及费用之间的复杂关系。建筑热环境质量标准分为两个等级:舒适性标准,-0.5≤PMV≤0.76;可居住性标准,室内干球温度日平均值夏季不超过30℃,冬季不低于10℃。室内空气品质要求卫生换气保证1.5h-1,并组织好气流路线。节能要求传热系数外墙不超过
),外窗不超过3.0W/(m2・),屋顶不超过1.5W/(m2・℃℃22
);夏季空调冷负荷不超过44W/m;冬季供暖热负荷1W/(m・℃
不超过37W/m2;供暖空调除湿设备(系统)能效比不低于2.7,一次能源利用率不低于81%;全年节能50%。
(本刊通讯员 付祥钊)
3 3 3
中法建筑节能技术研讨会召开
“中国—法国建筑节能技术与产品过渡地区研讨会”和“过渡地
区建筑节能技术标准研讨会”于1999年6月3～4日和5～6日先后在重庆召开。在研讨会上,中国重庆建筑大学、法国建筑贝特等单位的专家学者分别就中法两国过渡地区的建筑气候特征、建筑节能标准、建筑节能技术体系和产品系列作了学术报告。两个会议的焦点都是中国过渡地区(长江流域)的建筑节能。
(本刊通讯员 付祥钊)
地下柴油发电机房通风问题的探讨
重庆市设计院 唐晓智☆
提要 采用热平衡方程式推导出地下柴油发电机房通风量的计算公式,并根据其不同冷却方式的特点,提出了改善机房热环境的措施和方法。关键词 柴油发电机 机房 通风 热平衡
Ventilationinundergrounddieselengine2generatorrooms
ByTangXiaozhi★
Abstract Deducesformulasofventilatingvolumeinundergrounddieselengine2generatorroomsfromthermalbalancerelationships,presentsmeasuresandways
of
improvingthermalenvironment
inthe
roomaccordingtothe
differentcharacteristicsofeachcoolingmode.
Keywords dieselengine2generator,machineroom,ventilation,thermalbalance
★ChongqingArchitecturalDesignInstitute
Ξ
柴油发电机作为高层建筑供电电源最重要的
补充起着十分重要的作用。当柴油发电机运行时,需不断地对机组补充燃烧所需的空气,同时,为降低机房的温度,还需对机房进行全面通风。
当机房处于地面以上时,其通风问题比较容易解决,但由于柴油发电机所产生的噪声对周围环境影响较大,加之城市用地寸土寸金,故机房多设于地下室,此时的通风问题就变得比较复杂。由于机房相对较小,而机组的散热量又相对较大,所以,必须对机房进行有效的全面通风,并进行合理的气流组织,以改善操作条件。1 冷却方式与散热量
目前,柴油发电机的冷却系统通常包括两部分:内冷却系统和外冷却系统。冷却方式的分类以外冷却循环为准,分为风冷和水冷,图1,2是两种典型冷却方式的原理图。 由于水的冷却性能大大高于空气(20℃水的比热容为空气的4.16倍),因此,
当柴油发电机安
装于地下室时,应优先选用水冷式,这样将有利于减少外冷却循环所消耗的动力,降低噪声,同时也有利于减小管道断面,提高机房空间的有效利用程度。
图1 水冷方式原理图
柴油发电机组散
发的热量主要由以下几部分组成:
气缸传递给冷却水的热量Qs,柴油发电机向尾气的传热量Qf,柴油机对周围空气的传热量Qc,发电机对周围空气的传热量Qd,保温后的排
Ξ ☆唐晓智,男,1963年8月生,硕士,高级工程师
400015重庆市渝中区人和街31号
(023)63621164
收稿日期:1997-11-10
稿件修回日期:1998-04-30
烟管向室内的散
热量Qg。
根据上述冷却方式的特点,传递给冷却水的热量将由外冷却循环的水或空气带
图2 风冷方式原理图走,而传递给尾气
的热量由尾气带走后高空排放,故柴油发电机组散入机房内的总热量Qz:
(1)Qz=Qc+Qd+Qg2 通风量计算公式
2.1 公式推导前提
容量(功率)一定的柴油发电机正常运行时,其
区温度为t0,则解式(4)得:
tn=ti+
-(+ti-t0)cGicGi
(5)
]・exp[-ρnVn
2.3
风冷基本方程式
散入机房内的热量基本不变,但其由静止到正常运
转期间,机房内温升是一个不稳定过程,由于影响温度升高的原因很多,为突出重点,特作如下假设:
①机组向室内空气的散热量是基本稳定的;②燃烧所需空气量按6.67m3/(kW・h)计算。2.2
水冷基本方程式
当柴油发电机采用水冷时,在dτ时间内,室内工作区得热量与失热量之差应等于整个工
图3 水冷式柴油发电机
作区内热量的增机房通风示意图
加,因此:ρ.N[ctiGi+mQz-ctn-ctnGp]dτ
3600
ρ(2) =cnVndtn
);ti为进风温度,式中c为空气比热容,kJ/(kg・℃
℃,tn为工作区温度,℃;m为有效散热系数;Gi为送风量,kg/s;Gp为排风量,kg/s;ρn为工作区空气密度,kg/m3;Vn为工作区体积,m3;τ为发电机运行时间,s;N为发电机功率,kW。
根据连续性方程则有:
ρ.NρGi=Gp+=Gp+0.00185Nn
3600
(3)
将式(2)整理并根据式(3)得cGt+mQGt(4)-tn=
ρρcdτnVnnVn由于工作区温度的上升对空气密度的影响较
小,故ρn可近似视为常数,若设τ=0时,室内工作
当柴油发电机
采用风冷时,为排出水套冷却水带出的热量,需将大量室内空气直接由风管排至室外,考虑图4 风冷式柴油发电机
机房通风示意图
到机组排风量很
大,没有必要在机房上部排风。
同样,对整个机房列非稳定热平衡方程得:
ρctiGi+Qz-ctnGpf-ctn
3600
t(6) =ρaVcdτ
3
式中ρa为室内平均空气密度,kg/m;ta为室内平均温度,℃。
由于机房上部无排风,室内温度及空气密度将更加趋于均匀,因而ρa≈ρn;ta≈tn,将式(6)整理并根据式(3)得:
tn=
QQG]+ti-(+ti-t0)exp[-ρcGicGinV(7)
2.4 通风量简化计算公式
由式(5)或式(7)可知,tn与τ成指数关系,当
tn趋于稳定时,必须有τ→∞。事实上,当>
ρnVn
≥4时,exp(-4)=0.0183ν1,因此,可ρnV
近似认为tn已趋于稳定。因为高层建筑采用的柴油发电机容量一般在200kW以上,相应的通风量也在8000m3/h以上,室内温度tn即可在10min之内趋于平衡。由于柴油发电机运行时间大都超过10min,式(5)和(7)可简化为:
tn∞= tn∞=
mQ+ti
cGi+ticGi
mQc(tn-ti)
∞
(8)(9)
因此,柴油发电机通风量计算公式可简化为:对水冷式: Gi=
(10)
对风冷式: Gi=
c(tn∞-ti)
(11)
m。由于m的大小与热源的集中程度有密切关
3 有效散热量系数的确定
地下柴油发电机大多采用水冷式,而从式(10)
中可看出,影响柴油发电机机房通风量的因素较多,但对于功率一定的柴油发电机当机房进风温度(一般采用夏季通风室外计算温度)与室内允许工作区温度tn∞确定之后,其必需的通风量则只取决于m值的大小。m值的合理与否,直接关系到水冷式柴油发电机通风量计算的正确性。
m值等于散入工作区的热量与机组总散热量
之比,如何确定m值是一个很复杂的问题。m值的大小主要取决于柴油发电机在机房内布置的情况以及机房本身的几何因素等。
当无实测数据,热源又均匀布置于机房内时,可按文献[2]中的计算公式确定m值,一般情况下,m值在0.3～0.6之间。4 气流组织的安排
①对水冷柴油发电机机房,为提高其通风效果,降低必需的通风量,必须降低有效散热量系数
系,故在机房内布置柴油发电机时,应尽量集中布置(特别是多台柴油发电机并联运行时),以造成较强的上升热流,将热量更多地带出工作区。为强化这种向上热流,机房内的气流组织应该这样考虑:送风口布置在柴油发电机底部四周,排风口布置在柴油发电机顶部正上方最高处。
②对风冷柴油发电机机房,其排风主要由柴油发电机上大型轴流排风机来进行,排风口位于工作区内,且机组产生的较强上升热流与排风吸入方向垂直,排风对上升热流影响较小,加之机房上部无排风,较强热流上升后最终将全部返回工作区,从而对室内温度产生影响。因此,机房内的气流组织应这样考虑:送风口应设置在发电机的端头,以产生水平方向的吹吸式气流,将上升热流诱导后经柴油机上的排风扇加压从风管中直接排至室外。5 参考文献
1 张吉光,等.热车间内有局部排风时自然通风量的计算.
暖通空调,1996,26(3).2 陆耀庆.供暖通风设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1987.
・简讯・
来稿摘登
闸阀和截止阀在供暖中不可互换
闸阀和截止阀在建筑物供暖系统中应用相当普遍,由
于闸阀的流动阻力比截止阀小很多,因此,在设计和施工中,不可将两者互换,以免造成供暖系统阻力不平衡。
笔者从近几年设计过的工程项目中找出10项,以水平串联系统为例,按每个水平支路供回水端各设一个阀门和总供回水管各设一个阀门这种阀设置最少的系统来计算比较。原设计为闸阀,如果换成截止阀后,每一个总环路的总阻力损失增加相对较大,中间层环路增加相对较少。而且系统越大,阀门设置越多,若改变阀门,系统阻力损失增加得就越多。
根据计算结果来看,在施工时若阀门互换,就会造成环路之间的阻力损失不平衡,同时,在一个供暖区域内,各建筑物如不按图施工而改变阀门类型,也会造成建筑物之间阻力损失失去平衡,从而影响到室内供暖系统的运行效果,致使建筑内层与层之间和建筑物与建筑物之间的房间供暖温度不一致,甚至相差较大,尤其是对供暖区域内最不利点的影响最严重。
因此,笔者建议施工单位在供暖系统安装过程中,一定要按图施工,未经设计人员许可,不要擅自更换设计图纸指定的阀门。
新疆工学院设计研究所 范元筠830008 乌鲁木齐市友好北路21号
重庆市实施民用建筑
热环境节能设计标准
《重庆市民用建筑热环境与节能设计标准(居住建筑部分)》DB50/5009-1999于1999年6月1日开始实施。这是我国夏热冬冷地区(长江流域)第一个强制性的建筑热环境与节能设计的地方标准。该标准针对重庆市的气候特征,划分了供暖期、空调期和除湿期。标准综合处理建筑热环境质量、室内空气品质、节能及费用之间的复杂关系。建筑热环境质量标准分为两个等级:舒适性标准,-0.5≤PMV≤0.76;可居住性标准,室内干球温度日平均值夏季不超过30℃,冬季不低于10℃。室内空气品质要求卫生换气保证1.5h-1,并组织好气流路线。节能要求传热系数外墙不超过
),外窗不超过3.0W/(m2・),屋顶不超过1.5W/(m2・℃℃22
);夏季空调冷负荷不超过44W/m;冬季供暖热负荷1W/(m・℃
不超过37W/m2;供暖空调除湿设备(系统)能效比不低于2.7,一次能源利用率不低于81%;全年节能50%。
(本刊通讯员 付祥钊)
3 3 3
中法建筑节能技术研讨会召开
“中国—法国建筑节能技术与产品过渡地区研讨会”和“过渡地
区建筑节能技术标准研讨会”于1999年6月3～4日和5～6日先后在重庆召开。在研讨会上,中国重庆建筑大学、法国建筑贝特等单位的专家学者分别就中法两国过渡地区的建筑气候特征、建筑节能标准、建筑节能技术体系和产品系列作了学术报告。两个会议的焦点都是中国过渡地区(长江流域)的建筑节能。
(本刊通讯员 付祥钊)