民用建筑自備發電機設計探討

吳友發

(福州市建筑設計院　福建福州　350011)

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民用建筑自備發電機設計探討

吳友發

(福州市建筑設計院福建福州350011)

主要針對民用建筑中自備發電機設計的若干注意點，如關于民用建筑是否需設置自備發電機、關于自備發電機房布置的注意點、關于自備發電機房的儲油間、關于自備發電機容量的計算方法、關于自備發電機的參數選擇等等，進行分析和探討。

民用建筑；發電機

0　引言

隨著社會的發展，科技水平和生活水平的提高，對供電可靠性的要求越來越高。一些重要負荷一旦中斷供電對人身安全、經濟損失可能造成重大影響。因此，規范規定對于一些重要負荷除應由雙重電源供電外，尚應增設應急電源。可作為應急電源的除了蓄電池、干電池、獨立于正常電源的專用的饋電線路外，最常用的是采用自備柴油發電機組。本文試對民用建筑中自備柴油發電機組的設計的注意點進行總結和分析。

1　關于民用建筑是否設置自備發電機

民用建筑中設置自備發電機遵循的規范是《供配電系統設計規范》及其他相關規范，簡單來說，民用建筑需要設置自備柴油發電機常見的有以下4種情況[1]：

(1)當建筑中有較大容量的特別重要負荷時，例如國家級會堂、特級體育場館等；

(2)高層建筑當市政供電條件不能滿足一級負荷供電要求時；

(3)建筑高度為100m或35層及以上的住宅建筑宜設置(《住宅建筑電氣設計規范》JGJ242-2011第5.0.1)[2]；

(4)其他大型、人員密集、性質重要、需要加強消防措施的公共建筑，例如大型交通樞紐、會展中心、150m及以上的超高層建筑等。

另外，由于民用建筑中設置自備發電機主要是作為消防負荷的備用電源，因此對于民用建筑是否設置自備發電機還需遵循各地消防部門的意見。例如對于福建省內工程，福建省住建廳省消防總隊關于《福建省高層建筑防火設計指導意見》[3]的通知(2011-8-1)中第6.1條要求：消防用電按一級負荷供電的高層建筑，其供電要求除應符合現行的《供配電系統設計規范》GB50052規定外[4]，尚應符合福建省地方標準《10kV及以下電力用戶業擴工程技術規范》DB35/T1036關于增設用戶自備電源的有關規定[5]。而在福建DB35/T1036中規定：一級負荷的用戶應增設自備應急電源，二級負荷的在市電沒有提供應急電源的情況下用戶應配置自備應急電源。所以對于福建省內工程，消防用電按一級負荷供電的高層建筑常規都需設置柴油發電機來滿足消防自備電源的要求。

2　關于民用建筑中自備發電機房的布置

2.1關于發電機房布置的位置[6]

民用建筑自備柴油發電機房的布置常見有兩種做法：一是室外獨立設置發電機房，二是附設在民用建筑內。對于第二種做法，國標GB50016-2014《建筑設計防火規范》中第5.4.13條對于布置在民用建筑內的柴油發電機做出了設計要求，其中第5.4.13.1條要求柴油發電機房宜布置在首層或地下一層、二層[7]。對于這一條，還需注意遵循各地不同要求，例如在福建省內由于臺風時常會造成水澇影響，對發電機房的布置位置有特殊要求，已出的地方法規有以下3個要求：

(1)福建省地方標準《10kV及以下電力用戶業擴工程技術規范》DB35/T1036中第7.4.1條要求：省市機關、防災救災、電力調度、交通指揮、電信樞紐、廣播、電視、氣象、金融、計算機信息、醫療等重要建筑和生命線工程的設計，要確保在城市超設防標準情況下的應急防澇排澇能力；其變配電所用房、備用發電機房應設置在地面一層及一層以上(取20 年一遇的內澇水位與主體建筑物的設計基準大者)[5]。

(2)FZ00118-0200-2015-00106 關于實施《福州市中心城區建筑變配電房設置若干規定》中要求：對于福州市中心城區建筑，重要建筑和生命線工程的新建變配電站房、備用發電機房等，應設于地面一層或一層以上，中心城區新建住宅小區的變配電用房、備用發電機房，在內澇高風險區域內，應設于地面一層或一層以上[8]。

(3)福建省閩政辦〔2016〕29號文要求：新建住宅小區室外地面±0.00標高低于城市防澇用地高程或當地歷史最高洪水位的，其變配電站房、備用發電機用房、消控中心、開關站、環網室等10kV公共網絡干線節點設備應設置在地面一層及一層以上，并高于當地防澇用地高程；重要建筑、生命線工程、商業、辦公、寫字樓、醫療建筑等其他民用建筑地下配電站房、備用發電機用房等配電設施的建設、遷移、改造和地下室的加固改造，依照本措施執行。

由以上規定可看出，福建省內考慮到水澇的影響，對許多場所和建筑都要求發電機房應設置在地面一層及以上，對于這些場所和建筑的發電機房設計時除滿足國家規范的要求外，還應滿足這個地方法規的要求。對于其他省份，由于各地的情況不同，設計時應事先了解當地的地質、水文等情況，這些要求常規會體現在各地的地方法規中，設計前最好要先搜集了解當地的相關法規要求。

2.2關于發電機房布置的注意點

國標GB50016-2014《建筑設計防火規范》中第5.4.13條第2款～6款為發電機設計中的強制性條文，其中需要特別注意以下幾個要求：

(1)第5.4.13.2條要求柴油發電機房不應布置在人員密集場所的上一層、下一層或貼鄰[7]。這條為強制性條文,設計中應特別注意。按《建筑設計防火規范》的國標圖集的圖示理解，這里指的應是發電機房的房間范圍的正上方、正下方或貼鄰，而非泛指的上一層整層及下一層整層。例如：發電機房上一層為商場時，在確實為難的情況下，可考慮把上一層中局部發電機房范圍對應的上方部分改為非人員密集的房間，如辦公儲藏等；而上一層的其他部分可依舊為商場，以滿足規范的要求。當然在可行的情況下，盡量還是上下層的整層都避免設置人員密集場所，從而盡可能保證人身安全。

(2)第5.4.13.5條強條要求發電機房應設置火災報警裝置[7]，這里應注意不管建筑本身是否需設計火災自動報警系統，按這款強條規定對于布置在民用建筑內的柴油發電機房都要設置火災報警裝置。對于室外獨立設置的非布置在民用建筑內的發電機房則沒有這個要求。

在發電機房布置時，除上述規范的兩點強制性條文要求外，還應滿足JGJ16《民用建筑電氣設計規范》及GB500352《民用建筑設計通則》中對發電機房的要求，柴油發電機運行時會產生電磁干擾屬于強電設備房，因此發電機房不應設在消控安控中心、通信機房、網絡機房等弱電機房附近，且不應設在廁所、浴室、廚房或其他經常積水場所的正下方，也不宜與上述場所貼鄰[9-10]。在常規設計中采用的是低壓柴油發電機，因此發電機房一般應設置在負荷中心盡量與變電所靠近，以減少供電距離。在超高層建筑中，當低壓柴油發電機供電距離超過250m時可考慮采用10kV高壓發電機。

在發電機房布置時，設計還應考慮各地環保部門的要求，例如在福建省內環保部門常規會要求發電機的排煙口宜內置排煙道至屋頂高空排放，當采用無煙發電機時需事先與當地環保部門溝通以免造成設計后期增補高空排放的排煙道導致破壞建筑立面。每臺發電機的排煙管宜各自獨立，排煙管水平管道盡量短，轉彎盡量少，以免影響發電機的輸出功率。

在考慮發電機房位置時，還需要特別注意發電機的設備搬運問題并體現在建筑圖上。按JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規范》要求發電機房應有兩個出入口，其中一個應滿足搬運機組的需要[9]。除設置兩個出入口外，發電機由室外搬運到機房途經的走道、房間、坡道等都應考慮設備的高度寬度的需求。例如當柴油發電機房設置在地下一層時，如考慮發電機經由地下室坡道搬運到機房，則該地下室坡道的最低凈高及途經的走道寬度等需復核是否滿足設備高度和寬度的需求，必要時需把部分建筑墻體標明為設備進場后再砌，當以上路徑不能滿足搬運要求時可考慮在樓板上預留設備搬運口，待設備進場后再澆搗該部分樓板。

3　關于民用建筑自備發電機房的儲油間

對于發電機房的儲油間，在現行設計時需要注意相關防火規范和爆炸危險環境規范的更新，且JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規范》中對發電機房的一些要求已經被新建規GB50016-2014《建筑設計防火規范》中的要求所替代。

國標GB50016-2014《建筑設計防火規范》第5.4.13.4條要求其總儲存量不應大于1m3[7]。對于這條規范有以下幾種情況需注意：

(1)根據相關規范要求，當消火栓等消防設備最小持續供電時間為3h時，若以柴油發電機組作為自備應急電源，則柴油機房供油時間不應小于3h且應同時滿足儲油間儲油量不大于1m3。因此應根據發電機參數計算1m3的柴油能否滿足持續發電時間，例如某品牌柴油發電機組，當其供電容量為1200kW時，每小時耗油量為0.31m3,3h耗油量為0.93m3<1m3滿足要求，當選用容量大于1200kW時，則應增設室外儲油罐。

(2)對于醫療建筑，根據JGJ312-2013《醫療建筑電氣設計規范》第4.4.5條規定：對于柴油發電機組的供油時間，三級醫院應大于24h，二級醫院宜大于12h。此時一般需考慮增設室外儲油罐才能滿足供油時間同時滿足建筑內儲油間的儲油量不大于1m3的要求[11]。

對于需設置室外儲油罐的工程，需注意柴油儲油間和室外儲油罐的進出油路管道的防火設計應滿足GB50016-2014《建筑設計防火規范》第5.4.14條、第5.4.15條(強條)的要求，對設置在建筑內的柴油發電機的燃料供給管道在進入建筑物前和設備間內的管道上均應設置自動和手動切斷閥，儲油間的油箱應密閉且應設置通向室外的通氣管，通氣管應設置帶阻火器的呼吸閥，油箱的下部應設置防止油品流散的設施[7]。

另外對于儲油間還應注意以下2點：

(1)根據國標GB50016-2014《建筑設計防火規范》第5.4.13條的條文解釋，對于設在建筑內的柴油設備或柴油儲罐，柴油的閃點不應低于60°[7]。這條與舊規中對于柴油閃點的要求不同，設計中應注意按此新規執行。

(2)在以往設計中常規把儲油間按火災爆炸危險21區來設計，而根據新版GB50058-2014《爆炸危險環境電力裝置設計規范》，儲油間已經不需按爆炸危險環境來考慮[12]。

4　關于民用建筑自備發電機容量的計算

關于發電機容量的計算，在JGJ16《民用建筑電氣設計規范》的條文說明中有詳細敘述，也可參考國標圖集12SDX101-2《民用建筑電氣設計計算及示例》1頁～15頁及9頁～6頁。在方案或初步設計階段可按配電變壓器容量的10%～20%進行估算，建筑規模大時取下限，規模小時取上限[13]。

在施工圖階段應根據以下3種方法計算并選擇其中容量最大者：

(1)按穩定負荷計算發電機容量；

(2)按最大的單臺電動機或成組電動機啟動的需要計算；

(3)按啟動電動機時，發電機母線允許壓降計算。在民用建筑的實際計算中常用第1種方法來計算容量，同時用第2種和第3種方式來復核校驗。

用第1種方法計算發電機用量時，對于單棟建筑，應急負荷的需要系數取值為1，對于具有多棟塔樓的建筑或多棟建筑的住宅小區。由于不考慮多棟塔樓或建筑同時發生火災的情況，柴油發電機的容量應不小于應急負荷最大塔樓及地下車庫和設備層應急負荷的計算容量(除備用負荷外)。實際計算中由于柴油發電機需考慮在火災時為消防負荷，平時為重要負荷提供備用電源，因此柴油發電機的容量應考慮穩定計算負荷包括消防負荷和保證負荷兩部分。計算中可參考采用以下這種計算方法[2]：

(1)消防負荷

平時備用火災時才啟用的專用消防設備計算負荷(Pj1)。如一般按最不利的一個防火分區發生火災時考慮需開啟的消防水泵、排煙風機、正壓風機、電動防火卷簾、電動防火門、消防新風機等。同層有幾個防火分區時，若某一個防火分區著火，所開啟的防排煙最大負荷為本著火分區及相鄰的兩個防火分區的防排煙設備。

火災或停市電時，必須由發電機供電的計算負荷(Pj2)。如應急照明(包括備用照明、疏散照明、安全照明)、消防電梯、消防控制室、通信機房、安防監控機房、大中型計算機房等重要設備用電，特別重要負荷，一級負荷中的部分或全部負荷。

(2)保證負荷

停市電非火災時，宜由發電機供電的重要計算負荷(Pj3)。如部分或全部客梯、生活水泵、廚房動力、餐廳1/4～1/3照明、商場1/4～1/3照明、賓館鍋爐房、星級客房照明等，宜將大型封閉式商場中的空氣處理機、新風機作為重要負荷。

發電機組的額定功率(PH)應大于或等于1.1倍的計算功率(Pj)：PH≥1.1Pj。

(1)當Pj1>Pj3時，應選PH≥1.1(Pj1+Pj2)。為充分利用發電機，應把重要負荷接到發電機母線上。

(2)當Pj3>Pj1時，應選PH≥1.1(Pj2+Pj3)。這樣既能滿足消防負荷用電，又能向保證負荷供電。

例如計算某住宅小區的柴油發電機組，其火災時消防負荷Pj1為以下消防用量：上部最大一個塔樓的消防用量、最不利防火分區為地下室第2、3、4這3個貼鄰的防火分區消防用電、消防泵房用電，合計安裝容量為446kW，取需要系數1后Pj1=446kW；必供負荷Pj2為：應急照明、消防電梯、消控中心、安控中心、通信機房等安裝容量合計226kW，取需要系數后為Pj2=144kW；宜保的重要負荷Pj3為：客梯、生活水泵、地下室排水泵用電等安裝容量合計645kW，取需要系數后Pj3=322kW；因此發電機容量為PH≥1.1(Pj1+Pj2)=649kW，按穩定負荷計算為選擇一臺常用功率為650kW的柴油發電機組。

用計算方法2最大的單臺電動機或成組電動機啟動的需要、計算方法3啟動電動機時發電機母線允許壓降進行發電機容量的復核校驗，計算方法可參考國標圖集12SDX101-2《民用建筑電氣設計計算及示例》9頁～6頁。

5　關于民用建筑自備發電機的參數選擇

低壓柴油發電機組參數一般為電壓0.4/0.23kV、頻率50Hz，并注明常用功率和備用功率。對于柴油發電機，在我們國內是用常用功率即連續功率來標稱的，連續功率是指發電機組能夠在24h之內連續使用的最大功率，備用功率是指每12h之內有1h可在連續功率的基礎上超載10%的機組功率。例如某工程設計選用400kW發電機未標明為常用功率，實際訂貨中有可能購買的是備用功率為400kW的機組，此時如果機組平時都開在400kW那就是處于超載狀態，因為該機組實際額定功率只有360kW，這對機組是非常不利的，將會縮短機組的壽命和造成故障率增高。因此，設計中應明確標明常用功率和備用功率，以保證發電機選購正確。

6　結語

本文主要針對民用建筑中自備發電機設計在2016年止的常見注意點進行個人總結和分析。設計師在自備發電機設計時應做到以下3點：一是理解和領會當前實施的關于自備發電機的規范的意圖并在設計中遵循；二是熟悉了解當前技術條件下發電機的相關數據以便具體應用于設計中；三是詳細了解工程所在地的消防環保等相關部門對自備發電機設計的要求和地質條件對發電機設計的影響。未來隨著技術的先進和規范的相應更新，對于自備發電機的設計也應與時俱進。

[1]建筑電氣設計疑難點解析及強制性條文[Z].ISBN978-7-112-18656-3.

[2]JGJ242-2011 住宅建筑電氣設計規劃[S].

[3]福建省住建廳消防總隊.福建省高層建筑防火設計指導意見[Z].2011.

[4]GB50052 供配電系統設計規范[S].

[5]DB35/T 1036 10kV及以下電力用戶業擴工程技術規劃[S].

[6]鄧琪瑜.民用建筑中柴油發電機組的選擇與機房設計[Z].中小企業管理與科技,2010(6).

[7]GB50016-2014 建筑設計防火規劃[S].

[8]FZ00118-0200-2015-00106 福州市中心城區建筑變配電房設置若干規定[Z].

[9]JGJ116 民用建筑電氣設計規范[S].

[10]GB500352 民用建筑設計通則[S].

[11]JGJ312-2013 醫療建筑電氣設計規范[S].

[12]GB50058-2014 爆炸危險環境電力裝置設計規范[S].

[13]12SDX101-2 民用建筑電氣設計計算及示例[S].

Discussion on the design of the self-contained generator in civil buildings

WU Youfa

(Fuzhou Architectural Design Institute, Fuzhou 350011)

Essential of self-contained generator was summarized and analyzed for design of civil buildings in this paper, whether the self-contained generator was needed for design of civil buildings，essential of layout of self-contained generator room，oil storage room of self-contained generator room，calculation method of self-contained generator capacity，parameters selection of self-contained generator.

Civil buildings；Generator

吳友發(1975.1-)，男，高級工程師。E-mail:413501394@qq.com

2016-08-02

TU96+3

A

1004-6135(2016)09-0091-04