国内机场航站楼空调系统初探

2013-01-29罗奕臻宣永梅

制冷 2013年4期

罗奕臻，宣永梅

（1.西安工程大学，陕西西安 710048;2.西部机场集团，陕西西安 710075）

前言

随着人类生存发展和建筑科学技术的发展，越来越多的高大空间建筑服务于人们的日常生活中。机场航站楼建筑即为典型的高大空间建筑，其空间大、高度高，是一种规模宏大、系统繁多、功能复杂、设施完善、技术先进的重要特殊交通建筑类型。此外，航站楼是民用机场建筑群中的标志性建筑物，代表着所在城市的形象，是地区的空中门户，具有特殊的地位。由于机场航站楼聚集大量旅客，进行各种活动，运行各种设备，使其成为机场能耗的主要场所。近年来民用航空发展迅速，据国际航空运输协会（IATA）最新预测，至2014年国际航空旅客运输量将新增8亿人次，从2009年的25亿人次增至33亿人次。航空货运量将新增1250万吨，从2009年的2600万吨增至3800万吨。国内民航客货运量更是屡创新高，使得老的机场拥挤不堪，为缓解这一矛盾，各地纷纷新建或扩建机场，适应社会经济发展的进一步需要。新老机场航站楼在建筑方式上存在较大差异，这种差异对航站楼室内空气调节影响较大。因此，开展机场航站楼空调系统的分析研究将为机场航站楼空调系统节能和新扩建机场航站楼空调系统设计提供必要的参考和依据。

1 国内机场航站楼空调系统研究现状

1.1 国外机场航站楼空调系统分析

王钊介绍珠海机场航站楼空调系统概况和自动控制系统，讨论了制冷机房的通风、采用格栅天花装修时送风方式的考虑、冷水管的伸缩问题、空调节能设计与建筑装修的结合［1］。

姜国建介绍了建立在高寒地区的哈尔滨阎家岗国际机场航空站楼暖通空调系统设计，阐述了设计原则和设计思路。强调要根据航站楼使用功能及建筑特点，对各区域空间采用不同的空调系统方案和灵活的设计手法，认为既应考虑满足室内环境的舒适度和运行管理的便利，又要考虑节能;要针对高寒地区冬季室内外温差大的特点，采取切实可行的防寒保温措施和合理的供暖方案。在负荷计算时，出港层人数按误机2h计算［2］。

韩华刚，杨婉介绍和分析了成都双流国际机场航站楼空调系统设计。提出在采用标准节能设备选用和布置等方面的看法和建议，以利设计水平提高。该航站楼为建筑面积75000方米的二层网架式建筑。其外形为南北延伸的大厅和联廊，在南、北端和中部分别伸出三条向西延伸的指廊。整个一期工程设置30个相对独立的空调送风系统，采用了30台进组合式空调机组，分别设置在12个空调机房中，此外有的房间还设有总计99台风机盘管，在计算机房和楼宇控制中心等采用恒温恒湿机组或风冷热泵机组。供冷由设在地下室冷冻机房内的6台双效澳化锉吸收式冷水机组提供［3］。

陈家源介绍厦门机场新候机楼工程和空调系统设计着重介绍根据候机楼使用功能及建筑特点对不同区域采用的不同空调系统方案，总结了工程运行情况和设计经验教训［4］。

刘蕙兰，张建中介绍了银川河东机场候机楼空调系统、防排烟设计、空调自动控制系统，以及设计中几个具体问题的考虑［5］。

刘汉华，刘妮介绍了南昌昌北机场航站楼的空调方式和气流组织、消防、消声减振、自控设计，对设计施工中的问题进行了总结［6］。

刘汉华介绍西藏拉萨贡嘎机场航站楼通风、空调系统设计，重点说明了气流组织、水系统、防排烟系统等的设计思路和对策，并总结了设计体会［7］。

姚国梁介绍了杭州萧山国际机场航站楼工程的空调、通风及排烟设计。该工程结合大空间场所的特点，采用了地面送风亭射流送风方式、地面排风方式及红外线对射探测器控制的排烟天窗。经冬季、夏季运行表明，达到设计要求［8］.

陈雄介绍了广州新白云国际机场一期航站楼的建筑设计、结构设计、规划设计、机电设计、专用系统及细部设计［9］。

柯尊友对昆明市机场航站楼自然通风可行性进行了研究，采用区域模型（通过Energy Plus模拟），分析了建筑结构本身的某些特性对自然通风室内热环境的影响和室外噪声和空气质量对自然通风的影响，并通过等效消声处理和对风道阻力的分析，确定了考虑噪声影响的通风系统;然而空气处理系统的巨大阻力限制了自然通风的应用，提出了机械排风辅助的自然通风方式，并通过Energy Plus模拟进行了验证［10］。

牛晓阳介绍深圳机场1号航站楼改扩建工程的空调设计的特点，重点阐述了空调方式、防排烟、空调自控及节能等方面的设计，分析了变频控制在空调节能运行中的重要性，强调了排风系统在通风空调系统中的作用［11］。

陆燕介绍了浦东国际机场TZ航站楼的节能设计研究及其在设计中的应用，从自然采光分析遮阳设计、围护结构热工性能、自然通风研究能耗等多角度阐述航站楼建筑节能的要点，为航站楼节能设计提供科学依据［12］。

魏炜介绍上海虹桥国际机场扩建工程的概括，在对水蓄冷系统和常规的电制冷系统进行技术和经济比较的基础上，选择了水蓄冷系统作为该工程的冷源，论述了水蓄冷系统的特点［13］。

周敏介绍了西安咸阳国际机场T3A航站楼温湿度独立控制系统的设计和应用，包括置换式下送风系统、地板冷热辐射系统、溶液式热泵新风系统、干盘管空调系统、直连多级循环泵空调水输送系统和空调末端分级能源串联及混水循环系统等。结合该项目建筑物的功能、特点和西安地区的室外气象条件，分析了该项目采用温湿度独立控制方案在降低初投资、节省运行费用以及提高舒适性与室内空气品质等方面是有潜力和优势的［14］。

1.2 国内机场航站楼空调系统分析

国内航站楼建筑发展起步于上世纪20年代，先后经历了三个发展阶段，上世纪70年代前的探索阶段，上世纪80年代至世纪末的大规模建设阶段和随后的理论实践成熟阶段。进入新世纪，机场航站楼设计逐步显现出以人为本的设计思想，引入绿色设计观念，实行企业化经营模式，功能设施日趋齐全，并满足了可持续发展的需求。

国内航站楼建筑设计理念的转变体现出了新建、扩建的机场航站楼建筑与老式航站楼建筑在建筑风格上存在较大的差异，通常将航站楼候机大厅钢梁结构完全暴露在外，替代传统的将钢梁结构完全遮挡的形式，给人一种气势宏伟的印象。此外，新建、扩建的机场航站楼建筑通常采用钢和玻璃作为主要建筑材料，造型趋于简洁、流畅和通透，以强调其可识别性及其交通建筑特性，大面积透明玻璃幕墙成为航站楼重要建筑设计符号。这种建筑风格常在其空侧与陆侧主立面乃至侧面都采用大面积的落地玻璃窗，再加上屋面的大面积玻璃采光带，整个航站楼形成开敞通透的“透明建筑”［15］。这种建筑风格逐步成为国内机场航站楼建筑的流行趋势。航站楼建筑风格的转变对航站楼空调系统影响较大，较传统的建筑风格相比，大量的玻璃幕墙、玻璃采光带和落地玻璃窗的使用以及空间的大幅增加直接导致热负荷的显著增加，并使空调区域热舒适性下降。

新建、扩建的机场航站楼建筑热负荷的增加，使得空调能耗在机场航站楼建筑能耗中所占的比例进一步提高，这与我国建设领域节能降耗和污染减排的要求是相悖的。新建、扩建的机场航站楼空调区空间大幅增加，导致传统的机场航站楼空调系统形式无法满足热舒适性的要求。新建、扩建的机场航站楼建筑风格对传统机场航站楼空调系统形式提出了新的挑战。节能降耗和热舒适性是新建、扩建的机场航站楼空调系统面临的最主要问题。

2 机场航站楼空调系统特点

2.1 机场航站楼空调系统特点

机场航站楼由于高度高，在高大空间容易造成垂直温度梯度，航站楼空间容积大，常因送、回风口的安装位置不尽合理造成水平方向的温度、速度梯度过大，此外工作区偏下，很难形成小空间的那种贴附射流的效果，上部犹如一开放空间，使冷、热面难以形成。与办公大楼相比较，大空间的地板面积和外墙面积都比较大，很容易受到外部环境的影响。

建筑特点决定了机场航站楼空调系统特点:（1）容易形成垂直温度分布不均;（2）水容易造成平温度、速度梯度过大;（3）很难形成工作区和非工作区的冷热面;（4）航站楼空调系统热负荷具有它自身的特性。

2.2 机场航站楼空调系统主要形式

新建、扩建的机场航站楼的空调系统应充分考虑其功能性、舒适性、节能性及运行管理，解决能耗高舒适性低的问题，目前主要采用的空调形式:（1）夏季采用常规的上送下回的空调气流组织，冬季采用地板辐射采暖的空调方式;（2）分层空调的方式，采用侧送风、侧回风的空调气流组织;（3）夏季采用置换通风的气流组织和地板辐射供能的空调方式，冬季采用地板辐射采暖的空调方式。

第（1）种空调形式，解决了冬季热舒适性的问题，但未能解决夏季高能耗;第（2）种空调形式降低了夏季空调的能耗，但冬季热舒适性问题无法解决;第（3）种空调形式由于辐射供冷/热时室内平均辐射温度的下降/升高，作用温度可降低/升高1～2℃，较之传统空调系统，在相同的热感觉前提下，辐射供冷/热系统可以将室内设计温度提高/降低1～2℃，其冷/热负荷比常规系统的冷/热负荷要低10～20%，辐射供冷系统比常规空调系统节能28～40%，地板采暖比传统的采暖方式节能20～30%，夏季通过地板辐射供冷承担空调区显热负荷，通过置换通风承担空调区潜热负荷，既解决了夏季空调的高能耗问题，又解决了热舒适性问题。由于辐射供冷容易出现结露问题，辐射供冷采用的是高温冷水，对水温要求比较严格，通常与自空调系统配合使用，对技术要求和运行管理要求较高。

3 机场航站楼空调系统发展思路

（1）由于我国幅员辽阔，机场航站楼所处的地理位置各不相同，应因地制宜根据各地的实际情况采用主动式节能，充分利用太阳能、风能、水能、生物能、干空气能等可再生能源，做好可再生能源能量的收集、转化、储存和利用，同时提高传统能源的使用效率，达到节能的目的。

（2）新建、扩建的机场航站楼空调系统设计时应考虑系统节能，实现设计理念节能、管理节能和技术节能。尤其是航站楼作为机场的核心区域，面积大，寸土寸金，尤其要考虑空调机房设置、风系统、水系统能源输送以及运行管理的整体节能。既要考虑空调新技术、设计新理念、管理新模式，还要考虑系统的整体能效。

（3）充分利用当地的可再生能源技术，尤其是西北、华北等炎热干燥的气候地区在条件允许下应优先考虑夏季利用干燥空气可再生能源的蒸发冷却空调技术。夏季采用置换通风的气流组织和地板辐射供能的空调方式，利用利用蒸发冷却高温冷水技术为地板辐射供冷提供高温冷水，承担航站楼空调区显热负荷，采用蒸发冷却空调新风机组或蒸发冷却和机械制冷复合新风机组的新风承担室内潜热负荷，冬季采用地板辐射采暖的空调方式。既能降低夏季高能耗，解决夏季和冬季热舒适性问题，又能有效地解决地板辐射供冷结露技术难题。

（4）由于机场航站楼候面积大，客流量、客流密度随时间动态变化，新建、扩建的机场航站楼空调系统设计时应考虑与自控技术相结合，通过实时运行管理达到节能的目的。

4 结束语

为充分落实国家的节能减排政策，进一步探索机场航站楼空调空调系统节能降耗、热舒适性，促进我国的机场航站楼空调技术快速可持续发展，开展国内机场航站楼空调系统研究具有重要的现时意义。比较分析国内机场航站楼空调系统研究状况，总结新技术，探讨新理念，利用新能源，管理新模式，实现国内机场航站楼空调系统的系统节能。

［1］王钊.珠海机场航站楼空调设计［J］．制冷空调，1997.25（5）:67－70

［2］姜国建.哈尔滨阎家岗国际机场航空站楼暖通空调设计［J］．暖通空调，1998.28（3）:64－66

［3］韩华刚，杨婉.成都双流国际机场航站楼空调设计自议［J］．制冷与空调，2002，2（6）:51－54

［4］陈家源.厦门机场新候机楼的空调系统设计［J］．洁净与空调技术，2002.（1）:61－68

［5］刘蕙兰，张建中.银川河东机场候机楼空调系统设计［C］．全国暖通空调制冷2002年学术年会.2002:368－369

［6］刘汉华，刘妮.南昌昌北机场航站楼空调通风设计［J］．暖通空调，2003.33（6）:70－72

［7］刘汉华.西藏拉萨贡嘎机场航站楼空调设计［J］．建筑热能通风空调.2004.23（1）:52－55

［8］姚国梁，戈海燕.杭州萧山国际机场航站楼空调通风设计［J］．制冷空调与电力机械，2004.（4）:1－3

［9］陈雄.广州新白云国际机场一期航站楼［M］．北京:中国建筑工业出版社.2006

［10］柯尊友，昆明市机场航站楼自然通风可行性研究［D］．哈尔滨:哈尔滨工业大学，2007

［11］牛晓阳.深圳机场号航站楼改扩建工程的空调设计［J］．暖通空调，2008.38（5）:48－50

［12］陆燕.浦东国际机场航站楼节能研究［J］．暖通空调，2008.38（6）:45－48