王 維，吳 靖

（中國(guó)民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)學(xué)院，天津 300300）

基于eQUEST的機(jī)場(chǎng)航站樓能耗分析方法研究

王 維，吳 靖

（中國(guó)民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)學(xué)院，天津 300300）

首次嘗試將eQUEST用于機(jī)場(chǎng)航站樓能耗分析，應(yīng)用表明具有計(jì)算速度快、輸出能耗數(shù)據(jù)豐富、與實(shí)際能耗接近和便于進(jìn)行各種能耗分析等優(yōu)點(diǎn)。借助eQUEST還可對(duì)航站樓的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)和照明方案等進(jìn)行設(shè)計(jì)、運(yùn)行的節(jié)能優(yōu)化。

機(jī)場(chǎng)；航站樓；能耗模擬；eQUEST；節(jié)能

據(jù)統(tǒng)計(jì)，大型民用機(jī)場(chǎng)航站樓能耗平均占機(jī)場(chǎng)總能耗的60%以上，因此航站樓節(jié)能是提高機(jī)場(chǎng)節(jié)能減排的關(guān)鍵。航站樓能耗可分為建筑設(shè)備運(yùn)行能耗、業(yè)務(wù)設(shè)備運(yùn)行能耗以及附屬設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行能耗。航站樓建筑設(shè)備運(yùn)行能耗包括：空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水、人員輸送（直梯、扶梯、步道）、門(mén)窗控制（門(mén)禁，門(mén)、窗啟閉、遮陽(yáng)控制）等能耗；業(yè)務(wù)設(shè)備能耗包括：值機(jī)、安檢、政府聯(lián)檢、行李系統(tǒng)及航班信息顯示等弱電系統(tǒng)等的能耗；附屬設(shè)施運(yùn)行能耗包括辦公、商業(yè)、餐飲等能耗。上述能耗中，空調(diào)、照明能耗構(gòu)成了航站樓能耗的主體。

要達(dá)到航站樓節(jié)能減排的目的，就必須首先準(zhǔn)確分析航站樓的能耗情況。航站樓作為大型公共建筑，完全可以將建筑能耗模擬的方法應(yīng)用于航站樓的能耗研究。

本文首次采用eQUEST能耗分析軟件對(duì)以上海浦東機(jī)場(chǎng)T2航站樓為原型的建筑進(jìn)行了能耗模擬分析。

1eQUEST簡(jiǎn)介

eQUEST（the quick energy simulation tool） 快 速 能耗模擬軟件，是由美國(guó)能源部和勞倫斯伯克國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）基于DOE-2基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的建筑能耗模擬軟件[1]。它可以在較短的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算全年8 760 h的建筑能耗模擬值，并給出一份完備的能耗分析報(bào)告。eQUEST是國(guó)際上比較權(quán)威的建筑能耗分析模擬軟件，使用人數(shù)多，范圍廣，軟件的功能全面強(qiáng)大[2-3]。

eQUEST采用反應(yīng)系數(shù)法對(duì)建筑能耗進(jìn)行模擬，通過(guò)設(shè)置建筑的室外氣象條件、圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況，空調(diào)系統(tǒng)等參數(shù)，軟件可逐時(shí)計(jì)算出建筑的各種負(fù)荷。e－QUEST除了能實(shí)現(xiàn)計(jì)算建筑能耗的功能外，還可以利用軟件的 EEM（energy efficiency measures）和 PR（parametric runs）模塊來(lái)進(jìn)行變參數(shù)運(yùn)行。可預(yù)先設(shè)置一個(gè)基本的建筑模型（baseline），然后通過(guò)修改相關(guān)參數(shù)，得到不同情況下的能耗模擬值并進(jìn)行比較。

2 航站樓模型

2.1 航站樓建筑參數(shù)

由于機(jī)場(chǎng)航站樓普遍采用玻璃幕墻作為維護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用主樓+連接廊+指廊這種典型航站樓布局方式，因此本文以浦東機(jī)場(chǎng)T2航站樓為原型進(jìn)行模擬分析，具有一定的普遍性和典型性。

上海浦東機(jī)場(chǎng)T2航站樓主要由主樓、連廊和候機(jī)長(zhǎng)廊（指廊）組成，均為3層結(jié)構(gòu)（候機(jī)長(zhǎng)廊還附設(shè)夾層），總建筑面積48.5×104m2。主樓是航站樓核心部分，用于旅客值機(jī)、安檢、行李托運(yùn)、辦理出入境手續(xù)等。主樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其熱工參數(shù)如表1所示。指廊連接主樓與站坪機(jī)位，是乘客候機(jī)和抵達(dá)的中轉(zhuǎn)空間。連廊與主樓工作區(qū)相連，主要是工作區(qū)，包括邊防、檢疫、安檢、海關(guān)等聯(lián)檢區(qū)[4]。

表1 T2圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)Tab.1 Parameter of T2 building structure

主樓和候機(jī)長(zhǎng)廊采用大跨度預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)屋架和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，連廊采用混凝土結(jié)構(gòu)。登機(jī)長(zhǎng)廊長(zhǎng)1 404 m、寬41 m，呈啞鈴形，地下1層，地上3層；連廊長(zhǎng) 306 m、寬60 m；候機(jī)樓長(zhǎng)414 m、寬138 m，地下1層，地上3層；車(chē)庫(kù)長(zhǎng)440 m、寬140 m，地下2層，地上1層；樓前高架長(zhǎng)468 m、寬48 m[5]。上海浦東機(jī)場(chǎng)T2航站樓的建筑模型如圖1所示。

圖1 航站樓模型Fig.1 Terminal building model

2.2 空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)

航站樓空調(diào)系統(tǒng)采用變風(fēng)量全空氣空調(diào)系統(tǒng)（VAV），系統(tǒng)參數(shù)如表2所示。根據(jù)首末航班運(yùn)行時(shí)間，設(shè)定空調(diào)運(yùn)行時(shí)間為6：00—24：00。在空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟前和關(guān)閉后風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行1 h。夏季、冬季的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度分別為24℃～25℃、20℃～22℃。航站樓室內(nèi)負(fù)荷參數(shù)如表3所示。

表2 空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)Tab.2 Parameter of the HVAC system

表3 室內(nèi)參數(shù)Tab.3 Indoor parameter

3 航站樓能耗模擬與分析

由于機(jī)場(chǎng)航站樓全年運(yùn)行，計(jì)算將模擬2012年全年8 760 h航站樓建筑冷、熱、電負(fù)荷的變換情況?？紤]上海機(jī)場(chǎng)夏冬季空調(diào)運(yùn)行情況，設(shè)定每年12月1日～次年2月28日為供暖期，每年6月1日～9月30日為供冷期。根據(jù)上海市典型年逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)，使用航站樓仿真模型對(duì)航站樓進(jìn)行全年負(fù)荷計(jì)算。

利用eQUEST軟件和建筑模型，航站樓全年8 760 h冷、熱負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 航站樓全年逐時(shí)冷熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果Fig.2 Simulation results of cooling and heating load by hours and months within one year

由圖2可見(jiàn)，航站樓冷負(fù)荷超過(guò)400 000 kWh的時(shí)段，出現(xiàn)在5～9月；熱負(fù)荷超過(guò)15 000 kWh的時(shí)段，出現(xiàn)在12月～次年2月。因此，設(shè)計(jì)初選定的供冷季節(jié)與模擬計(jì)算所得的冷／熱供應(yīng)的時(shí)間段一致。

從全年的模擬冷熱負(fù)荷變化結(jié)果可以看出，如圖3顯示，7月和1月份是對(duì)冷/熱供應(yīng)量需求最大的月份，根據(jù)其能耗的峰值出現(xiàn)的時(shí)間，確定7月和1月為最冷和最熱月。從圖中可以看出7月和1月的冷負(fù)荷、熱負(fù)荷以及新風(fēng)負(fù)荷的逐時(shí)變化規(guī)律。其中7月份航站樓的冷負(fù)荷3 466 117 kWh，總新風(fēng)負(fù)荷為520 000 kWh，總電負(fù)荷為12 290 000 kWh。

上海屬北亞熱帶季風(fēng)性氣候，夏熱、冬冷。夏季每天下午14：00～16：00左右氣溫達(dá)到最高，這個(gè)時(shí)間段內(nèi)航站樓所需的供冷量最大，此后逐漸降低。根據(jù)最熱月的數(shù)據(jù)，在7月27日16：00點(diǎn)左右，冷負(fù)荷達(dá)到全年峰值。當(dāng)日航站樓總冷負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷變化曲線如圖4所示。其中冷負(fù)荷最大值為9 127.58 kWh，當(dāng)日空調(diào)系統(tǒng)總冷負(fù)荷為144 954.08 kWh。由于航站樓6 m層以上全部為玻璃幕墻且占?jí)w面積95%以上，加之航站樓的層高高，內(nèi)部空間大，因此航站樓夏季每天的冷負(fù)荷高、波動(dòng)大，而新風(fēng)負(fù)荷在工作時(shí)間段相對(duì)穩(wěn)定。為在運(yùn)行時(shí)段開(kāi)始時(shí)即達(dá)到良好的空調(diào)效果，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備一般提前1 h開(kāi)機(jī)。航站樓開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，冷負(fù)荷會(huì)快速上升。由圖可見(jiàn)，航站樓冷負(fù)荷曲線并不穩(wěn)定，而是隨室外氣溫和人員密度、流動(dòng)等因素的改變而不斷變化。每天的冷負(fù)荷在23：00點(diǎn)以后會(huì)迅速下降。

圖3 最熱月（7月）和最冷月（1月）負(fù)荷Fig.3 Load in the hottest and coldest months

圖4 供冷季峰值日空調(diào)負(fù)荷Fig.4 HAVC load on hottest day

根據(jù)計(jì)算，冬季熱負(fù)荷最大值出現(xiàn)在1月1日上午7：00左右，當(dāng)日總熱負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷變化如圖5所示，其中最大熱負(fù)荷為32 908.36 kWh。這是因?yàn)槎驹绯渴覂?nèi)外氣溫較低，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟后，要快速達(dá)到室內(nèi)設(shè)定溫度，此時(shí)對(duì)熱負(fù)荷需求最大，會(huì)很快達(dá)到最大值。等到室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)后，所需供暖量會(huì)逐漸減少。此后，航站樓內(nèi)所需的供熱量根據(jù)室內(nèi)、外溫度改變而實(shí)時(shí)變化，熱負(fù)荷曲線并不穩(wěn)定。到下午17：00點(diǎn)左右，室外氣溫下降較快，熱負(fù)荷開(kāi)始上升，直到工作時(shí)間結(jié)束。該日空調(diào)系統(tǒng)總熱負(fù)荷為408 968 kWh。

圖5 供熱季峰值日空調(diào)負(fù)荷Fig.5 HAVC load on coldest day

4 航站樓建筑能耗模擬特點(diǎn)

機(jī)場(chǎng)航站樓建筑作為公共服務(wù)性建筑，在建筑類(lèi)別上屬于公共建筑。與其他民用建筑相比，航站樓建筑特點(diǎn)鮮明，這些特點(diǎn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和能耗模擬結(jié)果上都有顯著的影響。總體來(lái)說(shuō)，航站樓單位面積負(fù)荷明顯大于普通公共建筑。從定性的角度分析，航站樓建筑和能耗模擬與其他民用建筑的不同之處主要有：①人員密度大，全年無(wú)休息日；②主要采用集中式空調(diào)，單位面積建筑能耗高；③全年各項(xiàng)能耗中，空調(diào)系統(tǒng)的能耗最高，空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的能耗占了航站樓總能耗的80%左右；④能耗與服務(wù)質(zhì)量的關(guān)系。

一般情況下，服務(wù)質(zhì)量提高能耗增加，但能耗增加也可能導(dǎo)致服務(wù)水平下降，例如：夏天室內(nèi)空調(diào)溫度過(guò)低、晚間室內(nèi)照明過(guò)強(qiáng)。此時(shí)，適度能耗（不高也不低）才能實(shí)現(xiàn)較高的服務(wù)質(zhì)量。

5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能優(yōu)化計(jì)算

通過(guò)更改建筑模型的墻體材料及其參數(shù)，eQUEST可快速模擬分析其能耗變化，從墻體材料的選擇上，為建筑節(jié)能提供優(yōu)化方案。在其他因素不變的情況下，考慮航站樓各立面的日照因素，調(diào)整了圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)（如表4所示），提出了一個(gè)節(jié)能模型，并計(jì)算能耗值。從表5中可以看出，相比于基準(zhǔn)模型，優(yōu)化后的方案全年總冷、熱負(fù)荷，總新風(fēng)負(fù)荷和總電負(fù)荷分別減少了 330 000 kWh，7 074 736 kWh，190 000 kWh和610 000 kWh，節(jié)能效果明顯。

由此可以看出，eQUEST可快速模擬更改圍護(hù)參數(shù)后的航站樓各個(gè)能耗值，為航站樓的優(yōu)化設(shè)計(jì)和節(jié)能改造方案的選定提供重要依據(jù)。與此類(lèi)似，空調(diào)、照明方案的優(yōu)化也可以通過(guò)修改相關(guān)參數(shù)模擬。

表4 T2圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)結(jié)構(gòu)（節(jié)能模型）Tab.4 Parameter of the T2 building structure（energy saving mode）

6 結(jié)語(yǔ)

1）利用eQUEST對(duì)以上海浦東機(jī)場(chǎng)T2為原型的航站樓進(jìn)行了能耗分析，證明eQUEST能耗模擬軟件能完全適用于大型機(jī)場(chǎng)航站樓的能耗模擬計(jì)算與相關(guān)分析。

2）用eQUEST進(jìn)行航站樓能耗分析，只須完成航站樓樓體建模并輸入相關(guān)參數(shù)，就可快速計(jì)算出各項(xiàng)建筑能耗值，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算步驟、節(jié)省了計(jì)算時(shí)間。

3）eQUEST在計(jì)算航站樓能耗時(shí)，采用當(dāng)?shù)厝隁庀髤?shù)統(tǒng)計(jì)值，通過(guò)逐時(shí)分析的響應(yīng)系數(shù)法計(jì)算全年8 760 h的能耗值，與常規(guī)方法比較計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。

4）eQUEST可輸出豐富的能耗數(shù)據(jù)（包括冷、熱負(fù)荷，新風(fēng)負(fù)荷，照明負(fù)荷，業(yè)務(wù)設(shè)備負(fù)荷，總電負(fù)荷等），為進(jìn)行航站樓的各種能效分析創(chuàng)造了良好條件。

5）eQUEST還可輔助航站樓的設(shè)計(jì)、運(yùn)行節(jié)能方案優(yōu)化。本文通過(guò)更換航站樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算說(shuō)明了該軟件的這一功能。

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Energy consumption analysis method of airport terminal buildings based on eQUEST

WANG Wei，WU Jing
（Airport College，CAUC，Tianjin 300300，China）

The software of eQUEST is firstly used in the energy analysis of airport terminal building， which has high calculation speed and rich output data；mean while the results are so close to the actual energy consumption that the software is very suitable for airport terminal building’s energy analysis.With eQUEST airport terminal building’s design and operation schemes， such as selections of the palisade structure， air conditioning and lighting systems parameters，can be further optimized with aim of energy conservation.

airport； terminal； energy consumption simulation； eQUEST； energy conservation

V35；TU111.19

A

1674－5590（2013）05－0034－04

2012-09-14；

2012-12-23

王 維（1960—），男，河北豐南人，教授，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)場(chǎng)工程.

book=29,ebook=169

（責(zé)任編輯：黃 月）