揭阳潮汕民用机场航站楼及配套工程节能设计

何 花

( 广东省建筑设计研究院，广州 510370 )

引言

目前我国建筑能耗约占社会总能耗的35%,随着建筑物面积的快速增长以及人们对环境舒适度要求的提高，这一比例还会增大。而在建筑能耗中，中央空调能耗又占建筑能耗的70%[1]。空调能耗与建筑物围护结构的热工性能、电气的照明功率、电器的设备功率以及建筑物业管理水平息息相关，要降低建筑能耗，必须从多方面进行节能减排。

1 工程概况

揭阳潮汕民用机场航站楼及配套工程建筑规模为5.7万平方米，地上三层(局部四层)，地下局部一层,建筑高度30.17米。航站楼由主楼、东指廊、西指廊、中指廊、设备中心及设备管沟组成，在主楼和指廊之间精心布置了室外景观花园，为旅客提供全新的绿色生态花园式航站楼空间体验(详见图1)。本工程于2009年9月动工，2011年10月竣工，2011年12月15日成功转场投入使用。

图1 揭阳潮汕民用机场航站楼及配套工程效果图

2 建筑节能设计

潮汕地区地处低纬度，北回归线横贯其中部，面向热带海洋，属亚热带季风气候，年主导风向为偏东风，夏季多台风。北部高山绵亘，阻挡寒潮南侵，故常年气温较高，夏湿热，冬干冷，夏长冬短，春秋相连，呈现出“夏季温高无酷暑，冬天和暖有阵寒”的特点。在这样的气候条件下，隔热、遮阳、自然采光和自然通风是建筑节能的主要手段。

2.1 采用节能的外围护材料

建筑外围护结构，直接承受外界热辐射，其选材和热工性能对建筑节能起着至关重要的作用。我们利用清华斯维尔软件科技有限公司开发的建筑节能设计分析软件TH-BECS2006，通过对航站楼全日及全年航站楼各朝向日照和热辐射情况的模拟分析，计算得出各围护结构的热工参数需求。根据计算结果，日照辐射最大的主楼西侧山墙选用保温性能好的加气混凝土墙加蜂窝铝板饰面或内外蜂窝铝板中间夹保温棉的围护结构;山墙局部的小面积玻璃幕墙选用灰蓝绿色Low-e中空钢化夹胶玻璃(6+1.14pvb+6Low-e+12A+6)；航站楼主楼正立面及空侧三层指廊幕墙，因有悬挑大屋面遮盖，受较少的阳光直接照射，选用灰蓝绿色Low-e中空钢化夹胶玻璃(6+1.14pvb+6Low-e+12A+6);指廊二层到达走廊玻璃幕墙，上方有三层结构楼板遮盖，不受自然光直接照射，选用灰蓝绿色中空玻璃(8+12A+8)；室外中庭花园幕墙较少受太阳直接照射，选用灰蓝绿色Low-e中空钢化夹胶玻璃(6+1.14pvb+6Low-e+12A+6)。本工程东朝向外窗平均传热系数为3.44 W /(2K)，平均综合遮阳系数为0.284；南朝向外窗平均传热系数为3.25 W/(2K)，平均综合遮阳系数为0.243;西朝向外窗平均传热系数为3.36 W/(2K)，平均综合遮阳系数为0.278;北朝向外窗平均传热系数为3.24 W/(2K)，平均综合遮阳系数为0.24。

航站楼屋顶面积大且全天受太阳光直射，其隔热性能尤为重要。通过计算分析，航站楼屋顶选用了金属屋面加100厚单面防潮贴面玻璃纤维隔热棉和30厚玻璃纤维吸音棉的隔热措施，同时在屋面金属板固定座下部设置绝缘防冷桥的隔热垫，以减少屋顶受热辐射对室内造成能源的浪费。

图2 主楼正立面檐口悬挑剖面图

2.2 设置外遮阳措施——减少太阳光直接热辐射对室内能耗的影响

由于航站楼的建筑特点和使用功能需要，主楼正立面、指廊空侧以及中庭花园采用了大面积的横明竖隐的玻璃幕墙，以保证视觉的通透性。设置外遮阳是减少太阳光对玻璃直接热辐射的最有效措施。本工程屋面檐口设置了较长的悬挑对其下方的幕墙玻璃进行遮盖，其中主楼正立面檐口悬挑长达25米，可完全遮盖其下方首层至屋顶的幕墙玻璃(详图2)；空侧三层指廊楼板较二层悬挑5米，对二楼玻璃幕墙立面有很好的遮阳作用；三层指廊玻璃幕墙上方的屋顶檐口悬挑近7米，对减少东、西向太阳光进到室内的热辐射有很大的作用；在中庭花园三层的玻璃幕墙顶部的屋顶檐口悬挑近5米，降低了因采光带来的不利热辐射。

我们采用由上海华电源信息技术有限公司和上海现代建筑设计集团有限公司联合开发的HDY-SMAD暖通空调负荷计算和分析软件V1.66.12，对航站楼设置外遮阳前后的区域进行逐项逐时夏季冷负荷计算并分析，当设置外遮阳后，这些区域的总冷负荷将减少12%左右，这对于减少空调设备的装机容量及日常空调运行能耗有明显的作用。

2.3 设置室外中庭花园及屋顶采光天窗——引自然光入室内，降低人工照明能耗

花园式设计概念使得整个航站楼充满生机的同时，也减少了建筑进深，使得主楼和绝大部分指廊进深的前后两个方向都有自然光照射；在指廊中部和主楼中部三层自然侧光无法到达的区域，在屋顶均匀设置了十几个采光天窗，天窗下悬挂白色内遮阳张拉膜；张拉膜在减少太阳辐射的同时可允许自然光透射进各部分空间的最中心处，提高了室内自然光的照度，可使来来往往的旅客享受到优雅自然的候机环境，同时也降低了人工照明需求，节约了照明能耗。

2.4 设置电动窗——利用自然通风减少春、秋过渡季节空调能耗

航站楼主楼幕墙顶部、中庭花园幕墙顶部、空侧指廊幕墙顶部及屋顶采光天窗均匀设置了几十个可电动开启的排烟窗；这些排烟窗在南方的春、秋过渡季节电动控制开启，根据室内外压差把热气排出室外，利用自然通风减少空调能耗实现节能目的。

3 空调系统节能设计

3.1 冷源系统设计

根据建筑物各功能区域的使用时间及空调负荷特性，旅客值机大厅、候机厅、到达厅、餐厅、商业和办公等区域(空调总面积约38470平方米)设置夏季水冷中央空调系统；特殊功能用房如头等舱、贵宾、母婴等候机室设置全年风冷智能多联中央空调系统；登机桥固定端及需要24小时制冷的弱电控制中心等房间设置夏季风冷智能多联空调系统。本文将着重介绍水冷中央空调系统的设计。

本工程采用HDY-SMAD暖通空调负荷计算和分析软件V1.66.12，对航站楼进行逐项逐时夏季冷负荷计算,对设置夏季水冷中央空调系统的区域，夏季总冷量的逐时综合最大值为9600kW，制冷主机配置为：两台3692kW(1050RT)的水冷离心式冷水机组和一台2286 kW(650RT)的水冷离心式冷水机组；制冷机房设在设备中心的负一层，冷却塔放在设备中心屋面。制冷机组采用了两大一小的配置形式，制冷机组制冷效率高，当冷却水进水温度为32℃时主机的COP≥5.6(W/W)；机组调节性能好能有效地适应部分负荷例如晚间航班减少冷负荷相应减少的变化要求。

冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的容量与冷水机组容量相匹配。冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、电动水阀一一对应联锁运行，冷源系统根据冷量(用自动监测流量、温度等参数计算出冷量，自动发出信号)控制冷水机组的启停数量及其对应水泵、冷却塔的启停台数。制冷系统的群控系统由专业控制公司或主机厂家设计，对制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及其相关水路电动阀进行群控；制冷系统的群控系统外留接口可纳入大楼的BAS系统管理。

3.2 冷水参数的选取及水系统布置

本工程空调冷冻水系统为一次泵末端变水量双管制系统，由于制冷机房距离航站楼有370米远，冷冻水管通过不通行管沟(管沟顶板为活动预制板)接到航站楼空调末端；如果冷冻水采用常规的5℃温差(即供回水温度分别为7℃/12℃),则冷冻水的输送能耗会比较大。为了减少输配系统能耗和降低管网初投资，本工程冷冻水系统采用8℃大温差[2]，其供回水温度分别为6℃/14℃；冷却水进出水温度分别为32℃/37℃。但是，当制冷机组出水温度降低时，其制冷效率随之下降。制冷主机冷冻水出水温度比常规出水温度7℃低1℃时，其能耗将增加3%左右[3]，以此为依据我们计算出系统满负荷运行时，三台主机(总冷量为9670kW)在7℃出水时总输入功率为1727kW(COP=5.6)，在6℃出水时(冷却水进出水温度不变)总输入功率约增加1727kW·3%=52kW；而三台冷冻水泵从5℃温差变为8℃大温差(水泵扬程相同,且忽略水温不同造成的水密度的差异)时水量减少了37.5%，水泵的总输入功率(水泵对应工作点的效率参考厂家样本)从287kW减少到186kW，即减少了101kW。综上所述，采用8℃大温差后，在满负荷工况下，主机及水泵的总输入功率(1965kW)比采用常规5℃温差时主机及水泵的总输入功率(2014kW)减少49kW，约节能2.5%。冷冻水采用8℃大温差后，空调末端的产冷量会有所减少，但末端初投资的增加对总投资的影响不大。

航站楼内冷冻水立管及各层水平干管布置成异程式,每个回水立管及水平总分支处设置静态平衡阀以保证水系统的水力平衡。

3.3 风系统设计

值机大厅、候机厅、旅客到达厅等大空间的空调末端设备采用全空气系统(风柜系统)，低速风道送风，回风则利用侧墙百叶加内壁贴30mm厚的水泥酚醛复合保温板砖砌回风道回风；对于高度大于六米的空间采用分层空调(空调送风口约3.5～4米高)，以保证人员活动区空调的舒适度，降低空调能耗。在供冷期可根据室内外空气的焓值确定新风量，当室外空气焓值高于室内空气焓值时，采用最小新风量运行；当室外空气焓值低于室内空气焓值时尽量采用全新风运行,以减少制冷机组的开启。大空间的顶部同时设有排风系统。

本工程中空调器的风量最大有90000CMH，为了节约风机能耗，对于风量大于等于30000CMH的空调器，其风机配置变频控制器。空调季节的负荷控制是根据回风温度Tr的变化与设定的回风温度(26℃)进行比较分析确定的；当Tr≤26℃时，利用风机变频器调小风量，当风量调至设计风量的70%(设计风量的70%为满足送风射程所需要的最小风量)仍未能达到设定的室内温度时，关小冷冻水管上的比例积分式电动二通阀以减少空调器的冷冻水量；当Tr≥26℃时，开大冷冻水管上的比例积分式电动二通阀以增加空调器的冷冻水量，当仍未能达到设定的室内温度时，再利用风机变频器调大风量。电动二通阀与风机联锁，并具有断电自动复位功能。

办公等小房间的空调末端设备采用风机盘管加新、排风方式，提高房间使用的灵活性。部分办公区还设置了全热回收新风换气机，提取排风中的余冷，以达到节能的目的。

3.4 其它的节能措施

1)按国家及地方节能规范选用空调房间的室内温度、湿度、风速设计参数及设计新风量。

2)风冷智能多联中央空调机组的室外机采用变输出容量控制；额定工况下的能效比满足规范的要求。

3)冷冻及冷却水系统的输送能效比(ER)<0.0241；空调风机单位风量耗功率<0.42；普通风机单位风量耗功率<0.32，均满足国家及地方节能规范的要求。

4)风机盘管采用电动温控阀和三挡风速结合的控制方式，先控制风量再控制水量，达到节能的目的。

5)风机盘管、空调器、室内机均安装回风箱，节约能耗。

6)风管和水管的绝热材料的厚度符合节能规范的要求；空调供冷水管与风管的绝热层外设置隔汽层。

7)平时排风系统与排烟系统(或事后排风系统)相结合，节省初投资。

4 电气节能措施

照明设计采用自然光与人工光相结合，室内照明与室外照明相结合，局部照明与基础照明相结合，正常照明与应急照明相结合，直接照明与间接照明相结合，广告照明与功能照明相结合的照明方式，最大限度地避免重复用光。精确计算，准确配光，避免多余用光。采用高效、节能的光源、灯具和电器配件，在降低灯具本身能耗的同时，还有效地降低了因光源产生的热量而造成空调制冷的负担。采用智能照明控制系统，对航站楼所有公共区域的照明进行集中监测与控制。

5 智能化物业管理

采用建筑设备自动监控系统(BAS)对制冷系统的群控、空调通风系统、给排水系统、电梯等机电设备进行自动监测或控制，实现实时节能。

6 结语

(1)民用机场航站楼普遍呈现大面宽、长进深、面积较大的特点，日常运行需要消耗巨大的能源，因此绿色节能设计是航站楼不可缺少的重要部分，它对航站楼日常运营成本控制起着非常重要的作用，是航站楼可持续发展的动力之一。本工程从外墙及屋面的设计及选材开始，就兼顾到采光、通风、节能和经济等综合因素的作用。

(2)电气的照明功率、电器的设备功率应严格按照节能规范的要求选型，不追求奢侈的装修标准。

(3)现有的空调系统还有优化的空间，例如空调冷冻水泵及冷却塔风机可采用变频调速控制。

(4)建筑设备采用集中控制的方式以减少人为室温调节过低的行为。

(5)航站楼从2011年12月15日开始使用到现在，空调系统已经运行了两个制冷季，各区域的空调通风环境满足使用要求，业主反馈意见良好。明年夏季各专业的设计团队将对工程进行回访，进一步收集设计及运行管理经验。

[1] 于少杰，张羽.浅谈中央空调系统的节能与优化[J].科技向导，2014,(9)：267

[2] 陈少玲，屈国伦，黄伟，等.空调冷水大温差技术工程应用分析[J].暖通空调，2012,42(6)：20-23

[3] 陈敏华.中央冷水主机变冷冻水温对系统节能的影响分析[J].建筑热能通风空调，2012,31(4)：64-66

[4]李司秀.广州新白云国际机场一期航站楼空调负荷分析[J].制冷，2011，(2)：44-50

[5]罗奕臻，宣永梅.国内机场航站楼空调系统初探[J].制冷，2013，(4)：63-66