機(jī)場(chǎng)航站樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

張力國(guó)

隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目明顯增多，航站樓是機(jī)場(chǎng)的重點(diǎn)建筑，屬于建筑容積率大、空調(diào)負(fù)荷密度高的超大型建筑。由于樓內(nèi)設(shè)有商場(chǎng)餐廳等服務(wù)設(shè)施，不僅對(duì)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(huì)大幅度增加空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的能耗。因此在提倡“雙碳政策”的時(shí)代背景下，響應(yīng)節(jié)能減排號(hào)召優(yōu)化航站樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，變得越來(lái)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(jì)案例，有利于提高航站樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

1 航站樓空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，國(guó)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(fēng)）的模式，冷熱源一般設(shè)置在能源中心。機(jī)場(chǎng)航站樓是一種挑高較高的建筑，凈高通常達(dá)十幾米，但旅客所需活動(dòng)空間僅為2 m 左右。為保障人員活動(dòng)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(fēng)系統(tǒng)，在距地面4 ～6 m 處的噴口送風(fēng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)通常采用玻璃幕墻。但是該圍護(hù)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(fù)荷，使空調(diào)末端和冷熱源配置容量過(guò)大，造成能源消耗較高，節(jié)能率低，有悖于國(guó)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(jì)優(yōu)化分析已經(jīng)迫在眉睫。

2 影響機(jī)場(chǎng)航站樓暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的因素

2.1 人員活動(dòng)規(guī)律因素

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

目前，我國(guó)航站樓相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)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(yàn)值，科學(xué)性仍有待驗(yàn)證。所以，在進(jìn)行航站樓空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要相關(guān)研究人員調(diào)研并對(duì)比分析現(xiàn)有運(yùn)行機(jī)場(chǎng)航站樓的人員活動(dòng)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(jī)場(chǎng)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(jī)性較強(qiáng)的特征（受天氣或航空管制等因素影響時(shí)，航站樓內(nèi)的人員密度和停留時(shí)間也會(huì)出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)）。因此，在航站樓空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮航站樓的人員流動(dòng)特性，除了研究航站樓正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的人員活動(dòng)規(guī)律外，還應(yīng)總結(jié)非正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的規(guī)律，通過(guò)歸納數(shù)據(jù)和分析結(jié)果為設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行管理方提供相應(yīng)的依據(jù)，確定不同區(qū)域、不同時(shí)段的人員密度，為確定新風(fēng)負(fù)荷和人員負(fù)荷提供重要指標(biāo)與數(shù)據(jù)支持。

2.2 滲透風(fēng)規(guī)律因素

在供熱工況下，對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓空調(diào)系統(tǒng)熱負(fù)荷、供熱能力以及運(yùn)行狀況等進(jìn)行對(duì)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(fēng)滲透耗熱量密切相關(guān)。在進(jìn)行航站樓空調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不采用機(jī)械方式引入新風(fēng)的狀態(tài)下，明確冬季冷風(fēng)滲透對(duì)熱負(fù)荷計(jì)算產(chǎn)生的影響是關(guān)注的重點(diǎn)。與機(jī)械式新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)比，冷風(fēng)滲透具有路徑復(fù)雜、風(fēng)量波動(dòng)明顯等特征。常規(guī)條件下，如何測(cè)量滲透風(fēng)量、滲透風(fēng)在建筑內(nèi)的運(yùn)行規(guī)律、滲透風(fēng)所產(chǎn)生的影響等，是現(xiàn)階段需要研究和分析的問(wèn)題[3]。

在制冷工況下，對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷、制冷能力以及運(yùn)行狀況等進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，夏季、過(guò)渡季節(jié)室外新風(fēng)的滲透對(duì)航站樓內(nèi)的環(huán)境影響較大，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的制冷能力提出嚴(yán)峻考驗(yàn)的同時(shí)，也為降低能耗提供了便利。目前，在進(jìn)行航站樓新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，是否應(yīng)將新風(fēng)滲透作為影響參數(shù)也是業(yè)界持續(xù)討論的問(wèn)題。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)末端因素

目前，機(jī)場(chǎng)航站樓這類凈空較高的大型建筑所采用的送風(fēng)方式為噴口射流送風(fēng)，通過(guò)在垂直方向分層控制更好地實(shí)現(xiàn)送風(fēng)效果。但是這類送風(fēng)方式也存在一定的缺陷。例如，受送風(fēng)距離影響風(fēng)口安裝高度過(guò)高，為4 ～6 m，夏季噴射送冷風(fēng)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的能源浪費(fèi)；而冬季送熱風(fēng)時(shí)，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(shí)也伴隨著巨大的能源浪費(fèi)。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(lái)降低送風(fēng)過(guò)程中產(chǎn)生的巨大能耗[4]。

對(duì)于機(jī)場(chǎng)航站樓這類高大空間的建筑，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)只需考慮人員活動(dòng)區(qū)域的舒適性即可。因此，傳統(tǒng)的全面通風(fēng)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(dāng)前高大建筑空調(diào)設(shè)計(jì)布局的主要發(fā)展方向。通過(guò)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(yíng)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(guó)內(nèi)新建、改擴(kuò)建機(jī)場(chǎng)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(guò)總結(jié)應(yīng)用過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(shí)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(dān)的功能，引進(jìn)最新的空調(diào)產(chǎn)品，如分布式送風(fēng)末端空調(diào)、變風(fēng)量末端控制空調(diào)系統(tǒng)等，并利用這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)更加精確的溫度控制目標(biāo)。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(jìn)行有效的融合，加強(qiáng)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(diǎn)

以國(guó)內(nèi)某已投入運(yùn)行的支線機(jī)場(chǎng)為例，效果圖如圖1 所示，航站樓建設(shè)特點(diǎn)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(jī)大廳、遠(yuǎn)機(jī)位候機(jī)廳以及迎客廳設(shè)置在1 層，近機(jī)位候機(jī)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(diǎn)。第二，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)大面積采用玻璃幕墻。由于該機(jī)場(chǎng)位于旅游城市，游客流量具有明顯的季節(jié)性特征，因此對(duì)機(jī)場(chǎng)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(dòng)。第三，為了保證建筑內(nèi)人員活動(dòng)區(qū)域環(huán)境的舒適性，在建筑設(shè)計(jì)、空調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)考慮旅客流量。機(jī)場(chǎng)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(duì)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的要求更加嚴(yán)格[6]。

圖1 國(guó)內(nèi)某支線機(jī)場(chǎng)航站樓效果圖（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

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

在開(kāi)展空調(diào)方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要結(jié)合建筑特點(diǎn)考慮如何在保證航站樓內(nèi)人員活動(dòng)環(huán)境舒適度的前提下，有效降低空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量及運(yùn)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(jì)采用分層設(shè)置模式，采用高處噴口射流送風(fēng)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(jī)空調(diào)系統(tǒng)加新風(fēng)系統(tǒng)的模式。

3.3 空調(diào)方案設(shè)計(jì)思路

（1）供熱系統(tǒng)。該航站樓的冬季熱負(fù)荷約為2 100 kW，供熱工況下通過(guò)地板輻射與空調(diào)送風(fēng)進(jìn)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(fēng)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(bǔ)償器，以此來(lái)調(diào)節(jié)熱水的流量；通過(guò)溫控閥來(lái)調(diào)節(jié)分集水器的流量，以控制地板輻射采暖時(shí)的溫度；對(duì)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?dú)立控制。

（2）空調(diào)系統(tǒng)。該機(jī)場(chǎng)航站樓夏季空調(diào)冷負(fù)荷約為3 780 kW，冷源設(shè)置兩臺(tái)離心式冷水機(jī)組及配套設(shè)備。采用智能控制系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)的負(fù)荷變化，通過(guò)電動(dòng)二通閥和比例積分閥自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)盤(pán)管與空調(diào)機(jī)組。在選擇空調(diào)末端設(shè)備的過(guò)程中，通常會(huì)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(shì)，便于集中控制管理，對(duì)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(jī)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(jī)場(chǎng)航站樓屬于高大空間且跨度大，如何解決大跨度、送風(fēng)距離不夠的問(wèn)題是航站樓空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)重點(diǎn)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(jī)島處設(shè)置射流噴口送風(fēng)系統(tǒng)，但送風(fēng)距離有限，只能保證20 ～30 m，超過(guò)這個(gè)范圍后送風(fēng)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(fēng)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(lái)源：作者自繪）

（4）通風(fēng)設(shè)置原則。航站樓內(nèi)的人員具備較強(qiáng)的流動(dòng)性，為了保證活動(dòng)空間的舒適性，對(duì)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(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。此時(shí)，如果在屋面設(shè)置電動(dòng)天窗，在外立面高處設(shè)置電動(dòng)型側(cè)窗，那么通過(guò)熱壓和風(fēng)壓的作用可實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的效果，在過(guò)渡季節(jié)中能夠有效降低運(yùn)行能耗。VIP 室、辦公類用房、餐廳等區(qū)域設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，在過(guò)渡季節(jié)只運(yùn)行風(fēng)機(jī)不開(kāi)啟冷源，可有效促進(jìn)自然風(fēng)的進(jìn)入，保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時(shí)降低空調(diào)能耗。

4 結(jié)語(yǔ)

暖通空調(diào)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)機(jī)場(chǎng)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(jì)或采用新技術(shù)，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的電耗及其他能源消耗，不僅增加了機(jī)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)成本，還間接影響“雙碳政策”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，開(kāi)展航站樓暖通空調(diào)方案設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)全面了解掌握航站樓實(shí)際情況，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)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(hào)召。