航站樓能源方案的優化研究

劉暢，劉宇寧

（北京金茂綠建科技有限公司，北京100000）

1 引言

目前，國內有關航站樓節能方面的研究主要包括2 個方向：一是對航站樓空調負荷特征的研究，包括對機場能耗調查、模擬，溫度分布測試等[1～5]；另一方面是研究其節能設計方法[6，7]。而對項目規劃階段的能源規劃缺乏系統性研究。本文通過調研現有航站樓能源方案，建立航站區項目負荷預測方法，并提出能源方案優化的評價方法，以實現合理用能和綠色減排。

2 負荷預測

航站樓具有冷熱負荷的特點鮮明：全年運行無停休，每日使用時間長，內區全年有供冷需求。因此，雖然在規劃階段，建筑與系統的具體設計參數還無法確定，但根據航站樓共性的設計特點和運營特點及其負荷特點分析，可以選取各氣候分區典型城市航站樓進行模擬計算，進而歸納總結各氣候分區航站樓建筑的無因次冷熱負荷曲線，作為其方案階段能源規劃的依據。

2.1 冷熱負荷預測

建筑冷熱負荷預測可以通過建筑能耗模擬軟件實現，本研究采用清華大學開發的DeST 軟件。各個房間的內擾參數設定如表1 所示。需要輸入的外擾參數包括：建筑物的熱特性、外界氣象參數。

從機場航站樓的設計趨勢來看，采用透明玻璃幕墻營造出明亮開敞的采光效果是當下流行的設計趨勢，因此，航站樓的窗墻比一般建筑都比較大。根據以上原則，對4 個不同氣候區的典型機場進行冷熱負荷模擬，全年冷熱負荷曲線如圖1～圖4 所示，其中0 軸橫坐標以上為熱負荷，0 軸橫坐標以下為冷負荷。

表1 房間內擾參數

2.2 用電負荷預測

圖1 寒冷地區某機場航站樓全年冷熱負荷

圖2 夏熱冬冷地區某航站樓全年冷熱負荷

圖3 夏熱冬暖地區某航站樓全年冷熱負荷

圖4 溫和地區某機場全年冷熱負荷

2.2.1 動態負荷計算方法

航站區用電具有負荷等級較高、負荷總量較大、負荷運行平穩的特點，航站樓、停機坪、地勤服務、行李運輸、配套酒店、物流儲運等多種不同類型的用電負荷共同組成了航站區的總用電負荷需求，并與航班起降時間、架次有比較明顯的關聯性。因此，航站區的電能需求可以分解到上述負荷結構中的各個環節上。航站區的能源規劃可以從每個環節的電能需求角度入手，通過對用電負荷的精算、疊加，預測用電總負荷變化趨勢，從而配合完成航站區各種能源整體能源規劃。

2.2.2 航站區動態負荷計算方法理論模型

本研究采用動態負荷計算法計算某時段用電量公式，其理論模型如下：

式中，W為耗電量；Wn為分項設備組電量；Pi為設備組額定功率；Pa為設備組平均功率；Kp為預測時刻有功負荷系數；f（Ai）為影響因素系數；g（Bp）為使用因素系數；h（Ctrad）為設備組固有特性系數。

由于受制于該項目進度因素，目前以式（2）為基礎，近似用式（5）進行實際計算：

3 典型冷熱源方案能耗計算方法研究

通過調研及文獻參考，匯總不同氣候分區中典型城市現有機場航站區項目能源利用方案、系統形式，以及航站樓建筑體形系數、建筑高度、能源中心位置等影響建筑能耗的設計參數，分析航站區類項目典型用能方案（見表1）。

4 能源規劃目標

通過構建能源規劃評價指標體系，可以為能源規劃目標提供可以衡量的依據。航站區能源規劃工作主要由以下幾個目標：（1）能源方案安全可靠，保障機場的健康運營；（2）合理有效地利用能源，提高能源利用效率；（3）提供規劃期內能源供應的最優方案，實現能源供應成本、時間成本、技術成本最優化。

基于上述目標，本研究確立了能源規劃評價指標體系。節能性通過年運行能耗折合標煤量來衡量，經濟性通過投資凈現值來衡量，環保性通過年碳排放量來衡量。

表1 現有航站區項目能源方案匯總

4.1 不同種類能耗折標方法

在進行能耗比較的時候，不同種類的能耗需要折算到統一的量綱。根據行業標準JG/T 358—2012《建筑能耗數據分類及表示方法》，在本研究中，使用發電煤耗法，統一折算為標煤。

4.2 技術經濟評價計算方法

不同的技術方案，其經濟性由初投資和運行費用決定。初投資與所選擇設備的類型、容量、能效等級有關，運行費用主要與運行能耗、能源價格有關。本研究采用動態分析法評估經濟效益。

4.3 碳排放量計算方法

對機場航站區能源系統的碳排放進行評價，首先，要明確溫室氣體排放的分類。溫室氣體排放包括直接排放和間接排放，直接排放是指機場航站區能源系統內的溫室氣體排放；間接排放是指外部購入的電力、熱水及蒸汽等二次能源產生的溫室氣體排放，以及構成系統的設備、管道、構件等材料引起的溫室氣體排放。通常，構成系統的材料引起的溫室氣體排放計算難度很大，不是必須計算的項目。參考CECS 374：2014《建筑碳排放計量標準》，根據能源系統運行過程中消耗的能源量，以及各種能源對應的碳排放因子，計算得到碳排放量。

4.4 綜合評價分析各項權重

綜合考慮，機場航站區能源規劃方案的評價指標由節能性、經濟性、環保性3 類指標組成，其中各類指標評分項的權重W1、W2、W3具有一定的靈活性。根據機場規模的差異，考慮到不同規模機場的定位不同，樞紐機場和支干線機場的權重取值不同，對于樞紐類機場，航站樓規模大、旅客吞吐量大，吸收投資的能力強，社會影響力廣泛，因此，能源規劃方案和技術策略應該更加側重節能和低碳。

進行綜合評價，首先選取一個方案作為基準方案，可以選擇常規冷熱源方案，然后將其他方案與基準方案進行比較，分別計算得出能耗節省百分比Q1、凈現值節省百分比Q2、碳排放減少百分比Q3。綜合評價指標由式（6）計算：

綜合考慮，表2 給出了權重取值。

表2 航站區能源規劃方案評價指標的權重

5 結語

本研究對國內典型機場航站樓項目的能源方案進行了調研，總結得到一些共性的特征。在此基礎上，對機場航站區的能源規劃方法進行了研究。針對機場航站區冷熱電負荷預測進行了研究，給出了不同氣候分區的典型機場航站區的負荷曲線，在初步設計階段缺少具體參數時，可以采用近似曲線進行分析。其次，針對常見能源方案，包括離心式冷水機組、市政熱網、燃氣熱水鍋爐、直燃機、水源熱泵、熱電冷三聯供、蓄冷系統，編制了能耗及經濟性計算表，為能源方案比選提供了方便。綜合目前對碳排放測算方法的研究，給出碳排放的計算方法。