建筑節能一體化技術在合肥新橋國際機場T2 航站樓中的應用

莊 璐

隨著我國經濟的快速發展，建筑業對地球環境與資源的影響也在不斷加深，其可持續發展已經成為人們關注的焦點。機場建設從項目立項到施工的全過程，都與生態、環境、資源的協調發展密切相關。為順應時代發展，踐行合肥新橋國際機場集團有限公司“綠色機場”的建設理念，在設計、施工層面從節能入手，有效降低機場建設項目的運營成本，以產生更多的社會效益和經濟效益，這是未來機場建設需突破的重點。

安徽省合肥市位于經濟和消費最具活力的區域，是長三角世界級城市群副中心和“一帶一路”節點城市。《長江三角洲區域一體化發展規劃綱要》指出，優化提升合肥區域航空樞紐功能，加快合肥國際航空貨運集散中心建設，是未來發展的重要基礎。《合肥新橋國際機場總體規劃（2019 版）》將合肥新橋國際機場定位為長三角機場群的重要區域樞紐、合肥都市圈發展的重要支撐、全國性綜合交通樞紐的核心，以及合肥國際航空貨運集散中心發展的重要載體。在此基礎上，以新建T2 航站樓為核心的新一輪擴建工程應運而生，未來新橋機場將成為年旅客吞吐量達8000 萬人，集城際、市域地鐵和各類交通為一體的新型航空樞紐。

同時，本次航站區擴建工程是新一輪綠色機場建設的先鋒，旨在打造國際生態綠色健康機場，將生態、可持續以及健康理念貫穿于設計、建設和運營的全周期，高效利用各種資源，提升旅客在航站樓內的舒適度，減少對環境的影響，營造良好的生態環境。該機場旨在立足行業標準及地方標準，結合我國綠色建筑的新標準和新技術，達到綠色三星級建筑標準，比肩國內頂級綠色航站樓的設計水平。

1 綠色設計目標

將節能技術應用于機場建設，是可持續發展理念在工程建設中的重要表現，以資源的高效利用為中心，追求低耗、高效、環保的同時，最大限度實現經濟、社會、環保和生態的綜合效益。同時，這一技術的普及還可以為建筑業帶來巨大的經濟、社會和環保效益。針對機場的節能減排，必須始終堅持以地質、水文學、地貌、生態、氣候及人文等多學科為基礎，對其進行系統分析與研究的核心思想。綠色評價標準是國內綠色建筑的重要標志。根據《綠色機場規劃導則》，合肥新橋國際機場以三星級建筑標準為設計目標，充分運用被動措施，利用自然通風降低負荷，平衡日照與采光，配合高效節能機電系統，打造夏熱冬冷地區低能耗航站樓標桿。針對航站樓中不同功能，進行全人員、全空間的健康設計，提升空氣品質、水質品質、光環境、熱舒適與聲環境，同時提供人性化的服務設施。

在技術措施選取方面，結合綠色評價標準，在投資增量最優化的前提下，從更多的維度創建綠色三星機場。結合項目場地條件、功能造型特點，為項目制訂可行的綠色三星方案，采取被動為主、結合主動的方式，制訂增量較低、收益明顯、運行便捷的有關措施[1]。

2 照明分析

對航站樓綠色照明工程不僅僅是從節能的角度進行要求，而要從更高層次角度去詮釋，包括節約能源、保護環境，為航站樓內的旅客、工作人員等創造舒適、安全、有益身心健康的綠色照明，促進人與自然、環境與發展、建設與保護、經濟增長與社會進步相平衡的機場體系。合理的綠色節能措施落地有賴于對航站樓日照情況和室內照明需求的分析，機場航站樓的照明系統僅次于中央空調系統，能耗最大，因此在確保樓內照明穩定可靠的基礎上，必須考慮節能問題。

現代化的航區采用自然光照，這是一種有效節約能源的方式。航站樓最主要的出發層和候機區，為了解決采光均勻度的問題，除幕墻外還引入一定數量的天窗，包括主樓獨立式懸井天窗、出樓長廊交接處垂簾天窗和指廊三角形天窗等。天窗是建筑屋面的窗口，是自然光線照射到建筑物內的最佳途徑，同時也是建筑物的主要照明方式。平板天窗的應用，首先要在天窗下面裝上隔板，將一些光線反射到頂棚上，這樣可以讓室內的光線更加均勻、柔和，既能滿足夏季日照需求，又能適應冬季和夏季太陽高度角度的變化。側窗照明系統所提供的光線約為屋頂照明系統的40%。中庭照明也是建筑師常用的手段之一，它不僅可以提供直接照明，而且可以讓室內的光線向周圍擴散。因此，設計團隊應根據場地條件和不同工況，按照航站樓整體造型和室內功能需求，通過計算機模擬進行照明技術分析。

根據照明分析的研究，T2 航站樓朝向西側的傾斜天窗及大部分空側候機區玻璃幕墻受到的日照強度較大，需要更高性能的物料參數或采用遮陽系統實現照明效果。航站樓體量巨大，面寬近1400 m，主樓面寬近500 m，進深約200 m，若全部采用人工照明能耗過大，需要引入自然光進行日間照明。根據航站樓內的樓層和功能布局，進行室內照明的模擬研究。該系統由一個中心圖形工作站構成，可以將各個監控點上多個控制器有機結合起來，從而達到集中管理、分散控制的目的。各監測裝置采用總線方式相連，通過軟件控制。

每個子系統都可以獨立控制，中央工作站可集中控制。出發大廳和主航站樓步行區的照明控制是基于室外照明亮度和航班信息的組合。經過現場測量，結合設計實驗室推薦的數據，根據乘客的實際需求設定開/關值，并將受控照明組劃分為多個虛擬控制點，由過程控制語言（Powers Process Control Language，PPCL）程序進行控制。該節能方案覆蓋航站樓的出發區域，一方面在程序中修改光照度的參照值（圖1、圖2）來改變照明開關時間，另一方面在程序中利用各時段不同的模式調整照明的開關方案。

圖1 14 m 層（出發大廳/國際出發候機）全陰天照明工況（來源：項目團隊自繪）

圖2 8 m 層（行李提取/國內出發候機）全陰天照明工況（來源：項目團隊自繪）

3 建筑節能一體化

機場候機樓是現代多用途的綜合性建筑，其燈光設計是不可缺少的內容。航站樓建筑燈光與一般民用建筑相比具有較高的技術指標，是建筑美化、人體工程學、飛行安全性等多方面的綜合。在此基礎上，提出一種新的可持續發展的方法。為了向旅客提供舒適的出行體驗，航站樓采用高大、開敞、明亮的空間，建筑圍護系統以玻璃幕墻、嵌入天窗的金屬屋面為主。航站樓巨大的尺度，在體形系數上不占優勢。一方面，充足的自然采光是環境舒適、減少照明能耗和日常運維成本的保證；另一方面，太陽輻射對物料選擇、遮陽系統等能耗控制措施提出更高的要求[2]。在綠色設計方面，應合理處理這一矛盾，將采光與遮陽相結合，同時將被動節能與主動產能相結合。

3.1 光電玻璃與幕墻系統一體化

航站樓的建筑屋面為連續漸變的曲面造型，四周立面以玻璃幕墻為主。根據日照分析，主樓出檐深遠，可不再設置單獨的遮陽系統。兩側延伸候機指廊朝向東側的區域由于機位較少，根據建筑整體效果采用以實面為主的幕墻系統。而面向西側的空側候機區則根據功能需采用大面積玻璃幕墻，需設置獨立的遮陽系統[3]。空側候機區幕墻采用框架式幕墻系統，板塊橫向布置，其基本單元尺寸為3600 mm×2000 mm，既可保證旅客在視線上的通透性，又能夠適應各種登機橋的入口銜接要求，如圖3 所示。

按照綠色建筑標準判斷依據，外遮陽的設計標準為降低夏季日照負荷的20%。水平遮陽可以有效遮擋夏季正午時段的日照直射，而西曬難以通過水平遮陽板完全遮擋，需考慮一定的傾斜角度。根據日照分析研究，經多方案比選，采用從水平到傾斜的漸變方案，遮陽百葉寬度為600 mm，距離幕墻1400 mm。

常見的遮陽系統一般為各種形式的鋁合金百葉或格柵設施，以避免炫光和降低空調負荷。對于衛星廳的指廊，由于功能需要，其進深小，透明圍護結構面積大，不易做活動外遮陽，很容易受到太陽直射光和輻射熱的影響[4]。經過研究，傳統晶硅系統雖然效率高，但是對日照方向更敏感，需要選擇合適的安裝角度方能取得較好的效果。同時，需要設置重型的安裝支撐結構，常用于開闊場地或大面積平整堅固的屋面結構，難以與建筑結合。而以碲化鎘為基礎的有機光電材料，則可將普通玻璃幕墻從絕緣體變成發電薄膜太陽能電池，在安裝生產工藝上較為簡單，只需將發電模組嵌入玻璃系統即可，其他安裝工藝與普通玻璃幕墻大致相同，這樣可以擺脫厚重的支撐結構，使光伏和建筑一體化成為可能。

最終，為遮陽發電系統設計一種簡潔的形式。設置2 根吊索，上端懸掛在屋面鋼結構上，下端與航站樓6 m 層混凝土結構相連。尺寸3.6 m×0.6 m 的光伏模組先嵌固在鋁合金框架上構成標準單元模塊，再串聯在吊索系統上。

3.2 光電玻璃與天窗一體化

為了解決大進深建筑空間的采光均勻度問題，航站樓設置了大致均布的不同形式的天窗。其中，位于主樓和長廊之間的垂簾天窗由于朝向西側，需要進行專門的遮陽系統研究。根據建筑造型特點，垂簾天窗采用向下彎曲的剖面形式，從中部向兩側連續漸變，中部較為水平，兩側坡度逐漸增大，最終延伸至候機長廊，并與垂直側天窗融為一體[5]。由于采用漸變的造型，天窗在水平方向上有一定變形，通過玻璃板塊的依次錯動，有序擬合標準化后的板塊單元與理論模型，形成豐富的空間效果。

天窗常見的遮陽做法是采用類似鋁合金百葉的外遮陽系統，但根據建筑造型的特點不難看出，在漸變的板塊上附加遮陽系統會使構造變得較為復雜，對于屋面這種受風荷載作用比較大且必須保證水密、氣密性的區域，復雜系統無疑會帶來更大的后期運維風險。

因此，與天窗結合的光伏系統將是更加可靠的選擇，它可以通過不同的透明度選擇實現較好遮陽效果，同時能夠提供一定的電能，避免了不必要的復雜系統[6]。

與幕墻外遮陽不同，光伏發電系統與天窗的結合更簡單，只需將光伏組件復合在玻璃物料中，替換原有部分，與鍍有Low-E 膜層的玻璃組成中空夾層系統即可。在隨后的安裝、運行維護等方面，與傳統玻璃幕墻系統基本相同。

通過與建筑形體的充分結合，光伏系統不再是獨立的附加系統，無須通過額外的建筑處理來弱化其影響，一體化設計思想使之成為豐富建筑空間的有機組成部分，整個航站樓也實現了從節能到產能的躍進。

4 結語

節能技術在綠色建筑工程中得到越來越廣泛的應用，應用該技術將成為建筑工程施工發展的必然趨勢。為了提高機場的節能效果，在建設過程中可能會增加機場項目的建設成本，但是從機場發展的長遠利益來看，后期使用中節能所獲得的經濟效益遠遠大于建設中的投入。因此，應該在機場建設過程中引入安全高效的節能技術并且加強管理，降低成本，進一步開發與創新節能施工技術，促進建筑行業的發展，從而提升社會效益與經濟效益。