民用建筑地下室柴油发电机房设计要点与难点

随着我国城市化进程的不断推进，民用建筑的高度和建筑规模不断提升。大型公共建筑和超高层建筑一级用电负荷较多，为保证供电可靠性，应设双重电源进行供电；同时，根据规范要求，对一级负荷中特别重要的负荷，除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源。对于一些大型公共建筑，如重要体育建筑、星级酒店、超市、超高层建筑等，为保证重要保障负荷及消防负荷应急供电，业主通常要求配置应急电源。而在民用建筑中，目前广泛采用自备柴油发电机组作为应急电源，其机房通常设置在地下室，本文对民用建筑中地下室柴油发电机房设计要点与难点进行分析。

设计要点

民用建筑柴油发电机房设计主要依据GB 50352 - 2019《民用建筑设计统一标准》、GB 50016 - 2014《建筑设计防火规范》（2018年版）和 GB 51348 - 2019《民用建筑电气设计标准》等相关条文。其机房设计要点与难点主要体现在以下几个方面内容。

机房选址

a. 宜布置在首层或地下1、2层。当地下室为3层及以上时，不宜设置在最底层，数据中心的柴油发电机房不应设置于地下室最底层（如只有地下1层，则不应设置于该层；如有地下两层，则不应设置于地下2层），柴油发电机房设置位置还要满足当地供电公司的相关要求。

b. 不应布置在人员密集场所的上一层、下一层或贴邻。此条为强制性条文，当机房设置于地下1层时，重点需要核对地上首层建筑功能是否为人员密集场所，应避开主要通道、业务用房等经常有人停留的场所，宜设置于设备用房区域下方。

c. 靠近变电所，方便设备吊装运输。柴油发电机供电电源需要在变电所与市电电源进行切换供电，宜接近用电负荷中心，如果机房距离变电所较远，再加上变电所至用电设备的供电距离，有可能远大于低压供电半径，此时不仅导致供电成本、电能损耗增加，同时对供电压降、接地故障保护动作有效性也有影响，需要进行电压损失和接地故障保护动作灵敏度校验。

机组的运输条件也是容易被设计人员忽视的，大容量柴油发电机组一般体积、重量都较大，需要跟土建专业核实运输安装条件，当利用车道作为运输路径时，要考虑坡道入口处的净高和运输车道荷载是否满足要求，可考虑利用暖通专业冷冻机组等大型设备的吊装孔兼作柴油发电机组的吊装孔，不具备条件时则需要单独设置机组吊装孔和运输通道。

d. 不应设置在卫生间等经常积水场所的下一层，且不宜与上述场所相贴邻，不宜设置于智能化机房上方、下方或贴邻。此条也是容易被忽略的，根据GB 50352 - 2019《民用建筑设计统一标准》第8.3.3条第1款要求，原适用于变电所的相关要求也同样适用于柴油发电机房。

e. 宜靠建筑外墙布置，机房的进风井、排风井和排烟井应直通室外，进、排风口不宜设置在同一侧。此条要求对柴油发电机房的位置较为苛刻，建筑外墙应是指地上建筑外墙，非地下室外墙，主要是基于满足机房自然进风井、排风井设置条件。另外柴油发电机房的进风井、排风井和排烟井要避免设置在建筑主入口、正立面等部位，以免排风、排烟对其造成影响。

由于要同时满足以上条件，另兼顾建筑功能及美观要求，因此，民用建筑地下室的柴油发电机房选址条件可谓相当苛刻，需要对地下、地上建筑条件进行仔细分析，尤其在方案或初步设计阶段，建筑功能有可能不断调整，影响机房的设置，所以需要仔细分析、比选，并与其他专业沟通配合，寻找最优机房设计方案。

储油设施相关设计

柴油发电机房位置选定后，对于机房的土建功能布局也有较多要求，很多还涉及强制性条款要求，下面就机房储油设施设计中容易忽略的几个方面内容进行分析讨论：

a. 机房内设置储油间时，其总储存量不应大于1 m³。民用建筑消防负荷应急供电时间满足3 h即可，1 m³柴油基本可满足常用功率1 200 kW机组满载运行3h，当机房柴油发电机组总功率超过1 200 kW或对于医疗、星级酒店建筑等对柴油发电机组应急时间要求较高的场所，1 m³柴油存储量就不满足供油要求了，此时根据项目条件可采取预留供油接口或设置室外油罐方式解决供油问题。

当采用室外埋地油罐时，需要注意防火间距要求，柴油属于丙类液体燃料，民用建筑柴油埋地油罐一般不大于15 m³，可按GB 50016 - 2014《建筑设计防火规范》（2018年版）第4.2.1条及注释第6条要求，满足其与建筑物的防火间距要求，当满足防火间距要求较困难时，可按第5.4.14条第1款要求“当总容量不大于15 m³，且直埋于建筑附近、面向油罐一面4.0 m范围内的建筑外墙为防火墙时，储罐与建筑的防火间距不限”处理，埋地油罐尺寸和做法可参考国标图集02R111《小型立、卧式油罐图集》。另外该规范第4.2.9条还要求柴油埋地油罐与场区内道路的防火间距要满足距主要道路 ≥ 10 m，距次要道路 ≥ 5 m，在建筑总图设计当中需要引起注意，还需要注意在地下室靠埋地油罐方向的外墙上为柴油供油管及回油管预埋4SC100进线防水套管。

b. 在进入建筑物前和设备间内的管道上均应设置自动和手动切断阀；储油间的油箱应密闭且应设置通向室外的通气管，通气管应设置带阻火器的呼吸阀，油箱的下部应设置防止油品流散的设施。虽然柴油发电机房后期由柴油发电机供应商进行深化处理，此强制性条款电气设计只在机房设计说明中进行交待，但严格来说并不能满足要求，在画柴油发电机房电气大样图时还应对此条进行设计，设计实施可参考图1设计方案。

机房进风井、排风井设计

民用建筑地下室柴油发电机房设计要点与难点还在于找到合理的机房进风井、排风（烟）井及确定其面积，不同项目建筑条件均不一样，难以按统一方式进行处理，笔者根据多年来的项目设计经验，总结得出几种常用的机房进风井、排风井设置方式，其具体设计实施方案如下文所述。

进风井、排风井设计与实施方案

进风井、排风（烟）井面积

民用建筑地下室柴油发电机房的通风主要包含柴发机组的散热通风、机房环境通风以及燃烧所需空气通风，排烟主要指机组运行时的烟气排放。机房通风一般通过设置进、排风井解决，排烟需要通过专用烟井尽量高空排放。在实际工程设计过程中，需要土建专业预留进、排风（烟）井道，首先就需要确定各风井的面积。

进风井、排风井面积的确定

对于风冷冷却的发电机组，确定进、排风井的面积，首先要确定进、排风量，其中排风量G排 即为维持机房温度所需的风量，而进风量G进 等于排风量G排 和燃烧所需空气量G燃烧 之和。按照全面通风的公式，计算维持机房室内温度所需的风量：

根据式（1），t_j可以根据项目所在地的夏季室外通风温度确定，t_P实际上包含了柴油发电机组散热排风温度和机房环境排风温度两个值，而Q也包含了柴油发电机组排风带走的热量和散发到机房室内需要排风机带走的热量两个值，实际上要想准确确定上述各个参数是很难的。在工程设计中建议采用实操性较强的方式确定风量：将排风量G排 拆分为柴油发电机组本身的散热通风量G柴发排，此部分根据厂家样本取值，而机房排风量G机房排 可以参考GB 50041 - 2020《锅炉房设计标准》的要求，地下室柴油发电机房的通风换气量按照不小于12次 / h设计，将这两部分的和值确定为排风量G排；而进风量则通过式（2）计算：

G_进 = G_排 + G_燃烧    （2）

式中：G_燃烧 —— 燃烧空气量，m³ / h。

G_燃烧 可以根据7 m³ / kWh的机组额定功率计算或根据厂家样本选取。确定了机房进风量G_进和排风量G_排，则可以根据式（3）确定风井面积：

V的取值没有明确的规范规定，只有经验数据，一般来说，柴油发电机房采用自然进风方式时，进风风井的风速宜取3 ~ 5 m / s，排风风井的风速宜取4 ~ 6 m / s，如果风速取值过大，对自然进风不利，室内容易形成过度负压，影响机组运行；如果风速取值过小，则土建专业在预留风井时会有很大的难度。同时校核排风口的面积不宜小于柴油发电机组散热器面积的1.5倍，进风口面积不宜小于机组散热器面积的1.6倍，室外百叶按照遮挡系数0.6折算，加大百叶面积。如果受限于土建条件，风井风速超过上述推荐值，则需要提资暖通专业，考虑采用机械进风方式。

根据上述公式，选取常用规格柴油发电机组型号，并参考某厂家样本数据，计算进风井、排风井面积数据如表1所示。

排烟井面积的确定

确定排烟井的面积首先也要确定柴油发电机组的排烟量，柴油发电机组的排烟量一般由厂家选型样本提供，再根据排烟量和烟囱路径核算烟囱尺寸。选用的烟囱尺寸需要保证：

其中，P_背压由选型厂家提供，P_抽力由式（4）计算：

其中，t_f由选型厂家提供，而P_阻力则由式（5）计算：

其中，V_烟气、ρ分别由式（6）、式（7）计算：

假定烟囱内径d，再根据上述各公式确定是否满足机组背压与抽力之和大于烟囱总阻力，从而确定烟囱内径，同时可以得知当烟囱内径越大，弯头越少，则阻力越小，但烟囱的成本也越高，土建预留的井道也越大，因此需要合理计算。在初步设计阶段，也可以根据烟气流量及烟气流速V_烟气 = 30 m / s预估烟囱内径。

计算确定烟囱内径d后，考虑烟囱外包岩棉保温层100 mm厚，烟囱距管井各边墙面预留150 mm安装间隙（剪力墙一边留350 mm），以此确定烟井尺寸。

进风井、排风井和排烟井实施方案

根据多年来的项目设计经验，柴油发电机房的进风井、排风井和排烟井实施方案主要有以下几种类型，可适用于绝大部分项目，以供设计人员参考。

地面进风、排风实施方案

此方案进风、排风、排烟井升出地面，需要考虑管井避免影响地面道路及建筑美观，可藏于景观绿化区，进风口与排风口、排烟口分别朝相反方向，避免气流短路，实施案例如图2所示，此案例柴油发电机房设置于地下2层（最底层），因地下2层层高较低，采用地下1层、地下2层两层通高做柴油发电机房，机房烟气经处理后可满足排放要求。

中庭采光天井进风、排风实施方案

部分项目地下室设置有采光天井（无顶盖），此时可利用采光天井作为柴油发电机房的新风取风点，另在附近首层靠建筑外墙处（尽量选建筑背面）设置排风井，1层侧墙设置排风百叶口，贴邻电梯井道或垂直楼梯间设排烟井上屋面，实施案例如图3所示。

此案例柴油发电机房设置于地下2层（最底层），层高不满足机房要求，因机房面积较大，两层通高方案不适用，故设计采用降板解决层高不足；另考虑雨天采光天井易形成积水，柴油发电机房降板又是建筑最低点，故设计采取加强防水排水措施，在机房靠采光天井处设置截水沟，并设置专用排水泵，满足暴雨时的排水要求。

车道进风、排风实施方案

有些项目受土建条件限制，很难找到理想的进风、排风井，此时也可考虑利用地下车库入口车道作为柴油发电机房的进风、排风点，此方案机房一般位于车道下方，需要注意机房层高是否满足要求，实施案例如图4所示。

此案例机房进风在车道入口坡道侧墙取风，机房排风利用坡道另一侧设置排风井出1层地面侧墙开百叶，为了满足机房净高要求，机房设置位置与进风井、排风井不能贴邻，故采用设置进、排风风道作为连通机房的通道，可以满足要求，但风道不宜过长，否则进、排风阻力增大。

建筑外墙进风、排风实施方案

当利用建筑外墙区域作为进风、排风点时，很难找到不同侧进风、排风的条件，采用同侧进风井、排风井布置实施案例如图5所示。

此案例机房设置于地下2层（共地下3层），因地下室设置机械车位，层高较高，机房净高大于4.0 m，可满足要求，进风井、排风井靠建筑外墙同侧设置，为了避免气流短路，进风井、排风井间隔开分别设置于机房两端，进风口设置于排风口上风侧，同时进风井在1层侧墙开百叶取新风，排风井上到2层侧墙开百叶排风（排风口高出进风口 ＞ 6 m），机房排烟井贴邻电梯井道边设置并上裙房屋面。

远置散热实施方案

当地下室柴油发电机房具备进风井设置条件而无法找到合适的排风井时，可考虑采用远置散热设计方案。此方案建议只在上述特殊情况下采用，因为需要增加远置散热水箱及机房，建设成本超出自然排风井方式较多，约增加10 % 机组成本，且地面远置散热水箱距离机组越远，散热效果越不好，建设成本还会继续增加，实施案例如图6所示。

此方案机房设置于地下1层，机房设置进风井、排烟井和水管井，远置水箱机房设置于机房附近地面1层绿化区，由于设置两台柴油发电机组，水箱机房对应设置两台远置水箱，并设置进风、排风百叶窗和消音风槽，进行机房散热和降噪，远置散热器的冷却水通过循环水泵将冷却水送入机组配套板式换热器对机组进行散热。

本文有删减，全文载于《建筑电气》2021年第8期，详文请见杂志。

版权归《建筑电气》所有。

作者：

邹智慧，男，中信建筑设计研究总院有限公司，高级工程师，建筑科学研究院副总工程师。

李 蔚，男，中信建筑设计研究总院有限公司，正高级工程师，总院副总工程师，电气总工程师。

胡 磊，男，中信建筑设计研究总院有限公司，高级工程师，建筑科学研究院主任工程师。

胡 峻，男，中信建筑设计研究总院有限公司，正高级工程师，建筑科学研究院副总工程师。