張力國

隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，機場建設(shè)項目明顯增多，航站樓是機場的重點建筑，屬于建筑容積率大、空調(diào)負荷密度高的超大型建筑。由于樓內(nèi)設(shè)有商場餐廳等服務(wù)設(shè)施，不僅對建筑內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)功能的發(fā)揮提出了更高要求，而且會大幅度增加空調(diào)系統(tǒng)運行的能耗。因此在提倡“雙碳政策”的時代背景下，響應(yīng)節(jié)能減排號召優(yōu)化航站樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，變得越來越重要。有效分析影響航站樓空調(diào)能耗的主要原因，借鑒和探討相關(guān)設(shè)計案例，有利于提高航站樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的科學性與合理性。

1 航站樓空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)大部分航站樓的空調(diào)系統(tǒng)多采用集中冷熱源、輸配系統(tǒng)加空氣處理末端（集中式送風）的模式，冷熱源一般設(shè)置在能源中心。機場航站樓是一種挑高較高的建筑，凈高通常達十幾米，但旅客所需活動空間僅為2 m 左右。為保障人員活動區(qū)域的舒適性，常規(guī)做法是在航站樓的高大空間內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的集中空調(diào)送風系統(tǒng)，在距地面4 ～6 m 處的噴口送風，實現(xiàn)對大空間的溫度和濕度控制[1]。

絕大多數(shù)航站樓為了保證良好的采光性，外圍護結(jié)構(gòu)通常采用玻璃幕墻。但是該圍護結(jié)構(gòu)增加了航站樓內(nèi)部的輻射熱量，加大了空調(diào)冷（熱）負荷，使空調(diào)末端和冷熱源配置容量過大，造成能源消耗較高，節(jié)能率低，有悖于國家能源可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，大空間建筑的空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計優(yōu)化分析已經(jīng)迫在眉睫。

2 影響機場航站樓暖通空調(diào)設(shè)計的因素

2.1 人員活動規(guī)律因素

新風負荷和人員負荷是航站樓空調(diào)負荷的重要組成部分，主要受人員密度和人均新風量的制約，而人員密度的確定又對新風負荷和人員負荷有直接影響。因此，在計算航站樓空調(diào)負荷的過程中，合理有效地確定人員密度值是負荷計算的核心條件[2]。

目前，我國航站樓相關(guān)設(shè)計規(guī)范與標準中并沒有清晰規(guī)定人員密度的取值范圍。常規(guī)的航站樓人員密度取值為0.17 ～0.33 人/m2，但僅為經(jīng)驗值，科學性仍有待驗證。所以，在進行航站樓空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要相關(guān)研究人員調(diào)研并對比分析現(xiàn)有運行機場航站樓的人員活動規(guī)律，總結(jié)人員密度分布規(guī)律，為確定人員密度取值提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。

與辦公商業(yè)類建筑相比，機場航站樓作為公共交通領(lǐng)域的樞紐性建筑，具有人流量較大且隨機性較強的特征（受天氣或航空管制等因素影響時，航站樓內(nèi)的人員密度和停留時間也會出現(xiàn)大幅度的波動）。因此，在航站樓空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮航站樓的人員流動特性，除了研究航站樓正常運營狀態(tài)下的人員活動規(guī)律外，還應(yīng)總結(jié)非正常運營狀態(tài)下的規(guī)律，通過歸納數(shù)據(jù)和分析結(jié)果為設(shè)計人員和運行管理方提供相應(yīng)的依據(jù)，確定不同區(qū)域、不同時段的人員密度，為確定新風負荷和人員負荷提供重要指標與數(shù)據(jù)支持。

2.2 滲透風規(guī)律因素

在供熱工況下，對機場航站樓空調(diào)系統(tǒng)熱負荷、供熱能力以及運行狀況等進行對比分析發(fā)現(xiàn)，航站樓內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的供熱量與冷風滲透耗熱量密切相關(guān)。在進行航站樓空調(diào)設(shè)計過程中，不采用機械方式引入新風的狀態(tài)下，明確冬季冷風滲透對熱負荷計算產(chǎn)生的影響是關(guān)注的重點。與機械式新風系統(tǒng)對比，冷風滲透具有路徑復(fù)雜、風量波動明顯等特征。常規(guī)條件下，如何測量滲透風量、滲透風在建筑內(nèi)的運行規(guī)律、滲透風所產(chǎn)生的影響等，是現(xiàn)階段需要研究和分析的問題[3]。

在制冷工況下，對機場航站樓空調(diào)系統(tǒng)冷負荷、制冷能力以及運行狀況等進行對比分析發(fā)現(xiàn)，夏季、過渡季節(jié)室外新風的滲透對航站樓內(nèi)的環(huán)境影響較大，對空調(diào)系統(tǒng)的制冷能力提出嚴峻考驗的同時，也為降低能耗提供了便利。目前，在進行航站樓新風系統(tǒng)設(shè)計的過程中，是否應(yīng)將新風滲透作為影響參數(shù)也是業(yè)界持續(xù)討論的問題。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)末端因素

目前，機場航站樓這類凈空較高的大型建筑所采用的送風方式為噴口射流送風，通過在垂直方向分層控制更好地實現(xiàn)送風效果。但是這類送風方式也存在一定的缺陷。例如，受送風距離影響風口安裝高度過高，為4 ～6 m，夏季噴射送冷風的過程中會產(chǎn)生一定的能源浪費；而冬季送熱風時，由于大空間垂直溫度梯度、熱流上浮等因素的存在，在滿足制熱效果的同時也伴隨著巨大的能源浪費。為了降低這些影響，應(yīng)革新和改造技術(shù)方案，應(yīng)用新的末端方式和工藝技術(shù)來降低送風過程中產(chǎn)生的巨大能耗[4]。

對于機場航站樓這類高大空間的建筑，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計只需考慮人員活動區(qū)域的舒適性即可。因此，傳統(tǒng)的全面通風換氣模式應(yīng)逐步淘汰，結(jié)合航站樓建筑規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式以及內(nèi)部布局等因素采取分層控制模式，是當前高大建筑空調(diào)設(shè)計布局的主要發(fā)展方向。通過分層、分區(qū)域控制室內(nèi)溫度，結(jié)合應(yīng)用輻射地板所提供的供冷、供熱營造出舒適的環(huán)境，使得航站樓內(nèi)較高空間建筑呈現(xiàn)出較為明顯的分層熱濕環(huán)境調(diào)控。

空調(diào)系統(tǒng)分層設(shè)置模式已經(jīng)逐漸應(yīng)用在國內(nèi)新建、改擴建機場的航站樓中，為了該模式能夠更好地應(yīng)用，應(yīng)更多地研究其與航站樓建筑的融合，通過總結(jié)應(yīng)用過程中的經(jīng)驗來完善空調(diào)系統(tǒng)分層設(shè)置模式體系的相關(guān)理論。結(jié)合實際優(yōu)化工程建筑結(jié)構(gòu)體系，不斷完善系統(tǒng)構(gòu)建方案，優(yōu)化冷熱源設(shè)備和末端設(shè)備在系統(tǒng)中所承擔的功能，引進最新的空調(diào)產(chǎn)品，如分布式送風末端空調(diào)、變風量末端控制空調(diào)系統(tǒng)等，并利用這些設(shè)備實現(xiàn)更加精確的溫度控制目標。另外，還要讓空調(diào)末端設(shè)備產(chǎn)品與建筑內(nèi)的裝修布局、美觀性進行有效的融合，加強新型空調(diào)末端的可適用性[5]。

3 案例分析

3.1 航站樓的特點

以國內(nèi)某已投入運行的支線機場為例，效果圖如圖1 所示，航站樓建設(shè)特點如下。第一，該航站樓為一層半式的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，其中值機大廳、遠機位候機廳以及迎客廳設(shè)置在1 層，近機位候機廳則設(shè)置在2 層，這些區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)均具有高大空間的特點。第二，外圍護結(jié)構(gòu)大面積采用玻璃幕墻。由于該機場位于旅游城市，游客流量具有明顯的季節(jié)性特征，因此對機場的航班數(shù)量及人流量的影響呈現(xiàn)出較大的季節(jié)性波動。第三，為了保證建筑內(nèi)人員活動區(qū)域環(huán)境的舒適性，在建筑設(shè)計、空調(diào)設(shè)計過程中還應(yīng)考慮旅客流量。機場航站樓的空調(diào)系統(tǒng)能耗一般略大于傳統(tǒng)公共建筑，在“雙碳政策”的背景下對空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的要求更加嚴格[6]。

圖1 國內(nèi)某支線機場航站樓效果圖（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3.2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計在航站樓中的應(yīng)用

在開展空調(diào)方案設(shè)計的過程中，需要結(jié)合建筑特點考慮如何在保證航站樓內(nèi)人員活動環(huán)境舒適度的前提下，有效降低空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計容量及運行能耗。本案例所選用的航站樓屬高大空間建筑，空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計采用分層設(shè)置模式，采用高處噴口射流送風與地板輻射相結(jié)合的方式。為方便使用與管理，航站樓內(nèi)的房中房與大空間采用的空調(diào)系統(tǒng)宜分別設(shè)置，采用變頻式多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)加新風系統(tǒng)的模式。

3.3 空調(diào)方案設(shè)計思路

（1）供熱系統(tǒng)。該航站樓的冬季熱負荷約為2 100 kW，供熱工況下通過地板輻射與空調(diào)送風進行聯(lián)合供熱，為了保證內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定性，主要出入口設(shè)置熱風幕系統(tǒng)阻隔外部冷空氣。為了保證板式換熱器能夠提供更加穩(wěn)定的熱量，需設(shè)置氣候補償器，以此來調(diào)節(jié)熱水的流量；通過溫控閥來調(diào)節(jié)分集水器的流量，以控制地板輻射采暖時的溫度；對于貴賓（Very Important Person，VIP）室以及具有特殊要求的區(qū)域?qū)嵭袦囟泉毩⒖刂啤?/p>

（2）空調(diào)系統(tǒng)。該機場航站樓夏季空調(diào)冷負荷約為3 780 kW，冷源設(shè)置兩臺離心式冷水機組及配套設(shè)備。采用智能控制系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)的負荷變化，通過電動二通閥和比例積分閥自動調(diào)節(jié)風機盤管與空調(diào)機組。在選擇空調(diào)末端設(shè)備的過程中，通常會選擇全空氣空調(diào)系統(tǒng)，其具有設(shè)備少、覆蓋面廣的優(yōu)勢，便于集中控制管理，對于VIP 房間、辦公用房等房中房區(qū)域設(shè)置采用變頻式多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)、分體空調(diào)等，便于分區(qū)域、分類別控制。

（3）氣流組織原則。絕大多數(shù)機場航站樓屬于高大空間且跨度大，如何解決大跨度、送風距離不夠的問題是航站樓空調(diào)送風系統(tǒng)重點研究的課題。目前，常規(guī)做法是在房中房結(jié)構(gòu)屋面、值機島處設(shè)置射流噴口送風系統(tǒng)，但送風距離有限，只能保證20 ～30 m，超過這個范圍后送風效果就大幅度衰減。因此，應(yīng)結(jié)合航站樓的具體建設(shè)規(guī)模、布局形式以及裝修方案，在空調(diào)方案階段優(yōu)化常規(guī)做法，如采用空調(diào)系統(tǒng)分層設(shè)置模式、設(shè)置送風島模式等。航站樓內(nèi)大跨度空間空調(diào)系統(tǒng)剖面方案圖如圖2 所示。

圖2 航站樓內(nèi)大跨度空間空調(diào)系統(tǒng)剖面方案圖（來源：作者自繪）

（4）通風設(shè)置原則。航站樓內(nèi)的人員具備較強的流動性，為了保證活動空間的舒適性，對室內(nèi)空氣環(huán)境的品質(zhì)提出更高的要求。高大空間內(nèi)存在明顯的垂直溫度梯度，要想較好地控制上部空間溫度就需要設(shè)置耗能的機械通風系統(tǒng)。此時，如果在屋面設(shè)置電動天窗，在外立面高處設(shè)置電動型側(cè)窗，那么通過熱壓和風壓的作用可實現(xiàn)自然通風的效果，在過渡季節(jié)中能夠有效降低運行能耗。VIP 室、辦公類用房、餐廳等區(qū)域設(shè)置機械通風系統(tǒng)，在過渡季節(jié)只運行風機不開啟冷源，可有效促進自然風的進入，保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時降低空調(diào)能耗。

4 結(jié)語

暖通空調(diào)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)機場航站樓室內(nèi)環(huán)境舒適性的主要技術(shù)措施，其作為耗能大戶，若不優(yōu)化設(shè)計或采用新技術(shù)，在長期運行過程中會產(chǎn)生大量的電耗及其他能源消耗，不僅增加了機場的運營成本，還間接影響“雙碳政策”目標的實現(xiàn)。因此，開展航站樓暖通空調(diào)方案設(shè)計時，設(shè)計師應(yīng)全面了解掌握航站樓實際情況，在暖通空調(diào)設(shè)計中合理納入各種節(jié)能措施、新技術(shù)以及新產(chǎn)品，更好地響應(yīng)“節(jié)能減排”“雙碳政策”的號召。