机场航站楼暖通空调系统的节能运行分析

李 梅，杨松礼

（北京首都机场动力能源有限公司，北京 100621）

随着社会经济的发展，人们对室内环境的要求不断提升。建筑内部设置暖通空调系统，可以对室内温度进行更加精确的控制，为人们提供更加舒适的室内环境[1-3]。但是，暖通空调需要消耗大量能源，在保证暖通空调系统运行效果的情况下，降低能源消耗非常重要。机场作为大型交通运输综合建筑，航站楼的暖通空调系统需要满足更多人群的需求，所以航站楼暖通空调系统较为复杂，能耗非常大，这就需要在保证旅客舒适度的情况下采取有效的措施降低暖通空调的能耗，实现暖通空调系统的节能运行。

1 机场航站楼的能耗

航站楼是机场中非常重要的组成部分，是城市的标志性建筑物，也是城市重要的交通枢纽。通常，机场航站楼的占地面积较大，建筑规模也非常大。为了满足人们的出行需求，航站楼的结构和功能均较为复杂，机场的旅客流量也较大，大量的客流会导致航站楼内部的发热量增加，航站楼的能耗非常大。研究表明，机场的单位能耗为140～285 kW·h/a，占机场总能耗的25%～35%，这样的能耗量远远高于其他公共建筑的能耗[4-5]。暖通空调系统的能耗量约占航站楼能耗的35%，所以，航站楼暖通空调节能运行具有非常重要的意义。

2013—2015年，某机场航站楼的单位面积耗冷量分别是0.386 GJ/m2、0.358 GJ/m2和0.336 GJ/m2，整体呈下降趋势。逐年同比下降率分别为7.2%和6.1%，这说明航站楼的单位供冷量呈下降趋势，但是下降趋势正逐渐减缓，即节能降耗空间不断缩小。如表1所示，2013—2015年，该航站楼的耗冷量呈逐年下降趋势，三年实际耗冷量都未超过上一年的指标值。该航站楼的供冷能耗整体呈下降趋势，暖通空调系统的调控力度不断上升，系统节能空间越来越小，降耗压力不断增加。

表1 2013—2015年航站楼耗冷量

2 机场航站楼暖通空调系统节能运行措施

2.1 分时段变流量输送冷热量

暖通空调系统中，冷冻水的流量和温度决定供冷量，降低冷冻水的温度能够有效提升暖通空调的制冷效果，但是冷冻水的温度会对暖通空调系统机组的运行效率产生影响。研究表明，暖通空调系统中，每提升1 ℃冷水机组的水温，就可以使冷水机组的运行效率提升3%[6-8]。较低的冷水温度会导致热交换效率下降。所以，要根据室外天气环境和室内负荷，对暖通空调系统的水温和流量进行调整。负荷较小时，可提升出水温度，从而提升暖通空调系统的运行效率，降低系统能耗。根据运行负荷，该航站楼供冷期间可以分为初期、前中期、高峰期、后中期和末期5 个阶段，然后根据暖通空调系统的回水温度来对供水温度进行调整，从而提升整个系统的制冷效果。航站楼供冷期间阶段划分和冷冻水流量如表2所示。

表2 航站楼供冷期间阶段划分和冷冻水流量

2.2 根据区域功能调整空调设备温度

人体对环境舒适度的感知是由空气温度、湿度、含氧量以及风速等因素共同决定的。同时，在一定范围内，空气的温度和湿度不会影响人体对环境舒适度的感知。但是，航站楼室内温度和湿度会直接影响暖通空调系统的能耗。研究表明，暖通空调系统供暖期间，每降低1 ℃室内温度，可以降低5%～10%的能耗；暖通空调系统供冷期间，每提升1 ℃室内温度，可以降低10%～20%的能耗[9-10]。所以，根据人体舒适度的感知，合理设置航站楼的环境温度，能够有效实现暖通空调系统的节能运行。通过对人体的环境舒适度感知进行分析，对航站楼内部不同区域的温度进行调整。走廊和迎客厅人流量较大，暖通空调系统的温度设置为26 ℃±1 ℃，候机厅、安检和边检区旅客集中，暖通空调系统的温度设置为25 ℃±2 ℃。这样的设置可以使暖通空调系统满足人体舒适度需求，同时实现约15%的节能效果。

2.3 制定空调设备节能运行控制策略

2.3.1 实现空调设备与航班信息的联动

暖通空调系统运行过程可以与航班信息进行联动，根据航班信息对航站楼内的旅客情况进行分析，以旅客情况来对暖通空调系统的运行情况进行调整，在保证旅客活动区环境舒适度的情况下有效降低无旅客活动区域的能耗。机场航站楼按照功能来进行区域划分，区域划分方式与航班信息有密切的联系，所以通过航班信息可以对航站楼各个区域的旅客数量进行确定，从而对各个区域的环境温度进行调整，实现节能运行。若某个时间段国内航班较多，国际航班较少，则可以在保证国内航班区域环境舒适度的情况下，降低国际航班区域环境舒适度，实现降低暖通空调系统能耗的目的。

2.3.2 分区域分系统开启空调设备

机场航站楼室内多属于高大空间，会导致楼内温度呈垂直梯度分布，使得航站楼内部各楼层之间的环境温度出现一定差异。暖通空调系统运行期间，可以对航站楼内部进行分层、分系统的控制，使温度呈垂直梯度分布的情况得到改善。航站楼冬季供暖时，供暖初期可以启动入口自动门的热风幕来阻挡室外冷空气的进入，然后开启航站楼底层外围的空调来隔断围护结构的热负荷，最后根据室内热负荷开启内部空调系统，在保证航站楼内部温度的情况下降低暖通空调系统的能耗。

2.4 对航站楼内部进行节能改造

2.4.1 光源设计

航站楼内部的冷负荷主要由人体、照明设备以及机械设备等的散热产生[11-13]。人体散热无法避免，而机械设备散热是固定的，所以可以通过降低照明设备的散热来降低航站楼内的冷负荷。可以将航站楼内部的照明设备全部设置为发光二极管（LED）光源，有效降低航站楼的冷负荷，低功率的LED 光源还能有效地减少照明设备的用电量，提升航站楼的节能效果。

2.4.2 新风路由设计

机场航站楼室内各区域的新风量是按照建设时期的标准来进行设计，但是随着民航业务的发展，航站楼内新风需求量远远超过航站楼建设时的新风设计值，所以要结合当前航站楼的新风需求来对新风路由进行改造，满足当前航站楼内各区域的新风需求。同时，新风路由的改造不仅可以更好地满足航站楼内部的新风需求，还能采用更加先进的设计方式来提升新风效果，降低新风能耗，提升暖通空调系统的节能效果。

2.4.3 二次温水循环泵的变频设计

暖通空调系统中，水循环泵耗能非常大，能够占暖通空调系统能耗的10%。航站楼内各种情况下水循环的需求是不同的，所以可以对水循环泵进行变频设计，对水循环进行准确控制，满足航站楼空调系统供水需求，同时降低循环泵的频率，从而降低暖通空调系统的能耗。可以详细整理暖通空调系统的循环泵运行数据，然后选择可以满足暖通空调需求的水循环方式，实现节能运行。

3 结语

本文结合机场航站楼的能耗，分析暖通空调系统节能运行措施。总体来说，可分时段变流量输送冷热量，根据航站楼区域功能进行温度设定，降低暖通空调系统的能耗，同时将暖通空调系统与航班信息联动，分层分系统开启空调设备，对暖通空调系统进行节能改造，进一步实现节能运行。