紅原機場航站樓室內(nèi)環(huán)境模擬及節(jié)能分析

夏洪濤 薛明珠 熊京忠 林建平 盧 軍

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紅原機場航站樓室內(nèi)環(huán)境模擬及節(jié)能分析

夏洪濤1薛明珠2熊京忠1林建平1盧 軍2

（1.中國民航機場建設集團公司 成都 610202；2.重慶大學 重慶 400030）

介紹了紅原地區(qū)的氣象條件。分析了紅原機場航站樓的自然室內(nèi)外環(huán)境狀況，并通過DeST模擬得出了機場航站樓在供暖季的熱負荷需求。根據(jù)模擬結果和紅原機場實際情況，分析出在機場無需做大規(guī)模節(jié)能改造情況下的節(jié)能措施，從而達到節(jié)省能源消耗和保護生態(tài)環(huán)境的目的。

高原寒冷地區(qū)；航站樓；室內(nèi)溫度；熱負荷；節(jié)能措施

0 引言

紅原縣位于四川省西北部、阿壩藏族羌族自治州中部，青藏高原東部，生態(tài)環(huán)境脆弱，常規(guī)能源匱乏，能源不易送達且成本較高，但太陽能資源豐富。平均海拔3600米以上。氣候區(qū)屬于我國高海拔寒冷地區(qū)，春秋季極短，冬季漫長。年平均氣溫為1.4℃，極端最低氣溫-36℃，極端最高氣溫26.0℃，氣溫日較差平均16.3℃，日溫差較大；年均日照時數(shù)2158.7小時；多年平均降水量749.1毫米，80%集中在5-8月；年均降雪日數(shù)76天。由于紅原縣所在地區(qū)獨特的氣候、生態(tài)環(huán)境和文化傳統(tǒng)，在建筑設計中應當尊重傳統(tǒng)，保護生態(tài)環(huán)境，充分利用自然資源，盡力節(jié)約能源，降低能耗，減小環(huán)境污染和破壞。

1 工程概況

四川阿壩紅原民用機場（以下簡稱“紅原機場”），場址位于紅原縣龍日壩鄉(xiāng)，海拔3535m。紅原機場定位為國內(nèi)小型支線機場，主要為旅游業(yè)的開發(fā)服務。機場近期目標年旅客吞吐量35萬人次，飛行量3846架次，主要執(zhí)行支線航班，有潛在的國防需求。飛行區(qū)按4C標準設計，新建1條3600米×45米的跑道；航站區(qū)按滿足2020年旅客吞吐量35萬人次、貨郵吞吐量1050噸的目標設計，航站樓3600m2，站坪機位3個。熱能中心為航站區(qū)建筑提供熱源。機場建筑總供暖面積為7155 m2。供暖系統(tǒng)的熱源為太陽能集熱器及水源熱泵機組，太陽能集熱器采用用耐壓防凍型平板太陽能集熱器，作為輔助熱源系統(tǒng)與水源熱泵機組聯(lián)合供暖，采用短期蓄熱形式以充分利用天然能源，與供暖系統(tǒng)之間為間接式連接。末端供暖形式為地板輻射供暖加新風系統(tǒng)，部分不適合采用地板輻射供暖的區(qū)域設置散熱器供暖。

2 室外氣候特征分析

圖1為月平均干球溫度分布圖。由圖可以看出，紅原地區(qū)月平均溫度只有在5～9月超過5℃，1～4月、11月和十二月日平均溫度都低于5℃，11月到次年3月室外月平均干球溫度均在0℃以下，最低值為-7.71℃，全年低于5℃的時間占60.6%，占全年的一半以上，低于0℃的時間占38.2%，冬季漫長。根據(jù)《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189-2005）[1]中冬季供暖溫度要求，本建筑共需供暖度日數(shù)為5788.7，供暖度小時數(shù)為139414.77，因此，紅原地區(qū)供暖需求量較大，建議供暖期設置為10月1日到次年4月30日。

3 模擬分析

根據(jù)紅原機場室內(nèi)設計參數(shù)和《公共建筑節(jié)能設計標準》，運用DeST能耗模擬軟件，對機場航站樓建立模型，分析航站樓的室內(nèi)環(huán)境模擬。屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.55W/(m2·K)，外墻（非透明幕墻）傳熱系數(shù)為0.60W/(m2·K)，外窗傳熱系數(shù)為2.70W/(m2·K)，透明幕墻傳熱系數(shù)取為2.0W/(m2·K)，地面熱阻系數(shù)為0.02W/(m2·K)。

表1 室內(nèi)參數(shù)、人員及設備等參數(shù)設置

取供暖季中典型日12月3日平均氣溫最低日和4月8日平均氣溫最高日的航站樓內(nèi)三個典型區(qū)域分析自然室溫。

根據(jù)圖2、圖3可以看出，在室外氣溫極低且變化較大時，室內(nèi)所有區(qū)域空氣溫度均隨室外氣溫的變化而變化向陽側與背陽側區(qū)域溫度變化趨勢與室外空氣溫度變化趨勢基本一致，且室內(nèi)各區(qū)域空氣溫度均高于室外空氣溫度。在且由于圍護結構的傳熱延遲，室內(nèi)各區(qū)域溫度在16:00～17:00達到最高。航站樓內(nèi)部區(qū)域溫度日變化最小。而在供暖末期，當室外空氣溫度較高時，航站樓內(nèi)部區(qū)域溫度在一天時間內(nèi)幾乎無變化，向陽側區(qū)域下午13:00之后無熱負荷需求，即使在最冷日，向陽側區(qū)域在下午也有1～2個小時時間無熱負荷需求。

根據(jù)部分學者對國內(nèi)部分航站樓的負荷模擬[2,3]，設定航站樓和航管樓運行時間為6:00～24:00，供暖季負荷統(tǒng)計如圖4所示。

從圖中可以看出，因氣溫的不同，供暖中期的日總熱負荷較供暖初末期大很多，供暖初末期的熱負荷需求極小。且即使是相鄰日期，航站樓日總熱負荷變化幅度也較大，這是因為航站樓南面為整面的玻璃幕墻，晴雨天所接收太陽能輻射熱量差距較大。由此可見，高原寒冷地區(qū)應充分利用太陽能資源豐富的優(yōu)勢，發(fā)展主動式或者被動式太陽能供暖，減少常規(guī)能源的利用，最大程度的保護生態(tài)環(huán)境不被破壞和降低能源運輸?shù)某杀尽?/p>

4 節(jié)能措施

根據(jù)對紅原地區(qū)氣象參數(shù)和紅原機場自然室溫的分析，我們可得出在實際運行過程中可采取的節(jié)能措施。

（1）分區(qū)域獨立控制供熱的啟停及供熱量

由圖2和圖3可知，區(qū)域所處建筑位置、朝向、所包含圍護結構的不同，造成各區(qū)域的溫度不同，分區(qū)域控制供熱的啟停及供暖流量的大小。如在向陽面區(qū)域，在每天中午12:00之后即可關小供暖流量，在下午16:00～18:00之間可關閉供暖。而在背陽面區(qū)域，可在早晚適當增大流量，以保證室溫在舒適范圍內(nèi)波動。而機場內(nèi)部區(qū)域在供暖中期可適當供暖，在供暖初末期可不供暖，靠外區(qū)的傳熱即可維持設計溫度。

（2）幕簾的使用

玻璃幕墻的使用更加充分的利用了太陽能，白天即可滿足室內(nèi)的光照需求，也可吸收太陽輻射熱量抵消室內(nèi)部分熱負荷需求。但與此同時，夜間，玻璃幕墻也增大了室內(nèi)外的輻射換熱和傳熱，使得夜間的熱損失增大?，F(xiàn)可在玻璃幕墻內(nèi)部加設幕簾，白天幕簾拉開，玻璃幕墻可繼續(xù)發(fā)揮它自身優(yōu)勢；夜間將幕簾關閉，可阻擋部分室內(nèi)與室外的輻射換熱和對流換熱，減小室內(nèi)溫度的降低，從而減小白天熱負荷需求。

（3）根據(jù)晴雨天調(diào)節(jié)供熱量

從圖4中可以看出，晴雨天太陽輻射的不同對航站樓熱負荷的影響很大，在太陽輻射較好的晴天，航站樓熱負荷需求較陰雨天降低幅度很大，因此可以考慮根據(jù)天氣狀況控制供熱量。在天氣晴好，太陽輻射豐富，熱負荷較小的情況下，供暖系統(tǒng)可部分開啟，在陰雨天，無太陽輻射得熱的情況下，供暖系統(tǒng)可全部開啟以滿足室內(nèi)熱負荷需求。

（4）根據(jù)航班情況調(diào)節(jié)供熱量

由目前機場航班情況可知，在現(xiàn)在機場運營初期，紅原機場只有每周一、三、五上午進出港航班各一趟，分別為7:50到港、8:30出港，遠遠沒有達到機場年旅客吞吐量35萬人次，飛行量3846架次的近期目標。因此在現(xiàn)階段，供暖系統(tǒng)只在每周一、三、五上午6:00～8:30航站樓工作時間運行即可，稍后可根據(jù)機場的航班增減情況和航站樓的實際使用情況控制供暖系統(tǒng)的運行時間。

（5）微正壓以及風幕的運用

當建筑在負壓狀態(tài)下運行時，這將導致室外冷空氣通過門窗和縫隙滲入室內(nèi)，這些滲入的空氣未經(jīng)處理，溫濕度達不到室內(nèi)空氣設計要求，會對室內(nèi)空氣溫、濕度造成影響。為維持室內(nèi)空氣溫、濕度的設定點，就需要機組額外地供熱或制冷，增加機組負荷。

建筑處于微正壓有助于將調(diào)節(jié)后的空氣保留在室內(nèi)，并阻止未經(jīng)調(diào)節(jié)的室外空氣通過門窗和縫隙滲入。由于不必對負壓引起的室外滲入空氣進行調(diào)節(jié)，節(jié)約了能源[4,5]。

此外，除將航站樓空氣維持微正壓狀態(tài)外，在航站樓的進出口處設置風幕也可有效阻擋室外空氣的帶入，降低非必須的熱負荷需求，節(jié)省能源。

5 結論

紅原機場所處的青藏高原屬高原寒冷地區(qū)，如何在保證正常供暖需求的同時不破壞生態(tài)環(huán)境、減少常規(guī)能源的利用為高寒地區(qū)供暖所面臨的重大問題。在機場已建成完工的情況下，無需做大規(guī)模節(jié)能改造的情況下，實施以上幾項節(jié)能措施在保證機場供暖需求的情況下即可減少常規(guī)能源的利用，更有利于生態(tài)環(huán)境的保護。對高原寒冷地區(qū)其他機場的節(jié)能改造和新建機場的設計均提供參考。

[1] GB 50189-2005,公共建筑節(jié)能設計標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[2] 姜國建.哈爾濱閻家崗國際機場航空站樓暖通空調(diào)設計[J].暖通空調(diào),1998,28(3):64-65.

[3] 王維,吳靖.基于eQUEST的機場航站樓能耗分析方法研究[J].中國民航大學學報,2013,31(5):34-37,53.

[4] Carrier. Demand Controlled Ventilation System Design [G].

[5] Erik Jeannette, Tracy Phillips. Designing and testing demand controlled ventilation strategies[C]. Proceedings of Architectural Energy Corporation, National Confe rence on Building Commissioning, 2006．

Indoor Environment Simulation and Energy Saving of Hongyuan Airport Terminal

Xia Hongtao1Xue Mingzhu2Xiong Jingzhong1Lin Jianping1Lu Jun2

( 1.China Airport Construction Group Corporation, Chengdu, 610202; 2.Chongqing University, Chongqing, 400030 )

Describing the Hongyuan area weather conditions.Analyses the natural inside and outside environmental conditions of the Hongyuan airport terminal. By using DeST load simulation software, the heat load demand of the airport terminal was calculated. And according to the simulation results and the actual situation of Hongyuan airport, the energy-saving measures was analyzed without having to do a large-scale energy- saving reconstruction. So that the purpose of energy-saving and protection of ecological environment can achieve.

cold highland area; airport terminal; indoor temperature; heat load demand; energy-saving measures

1671-6612（2016）06-729-04

TU832

A

夏洪濤（1984.04-），男，本科，E-mail：157859982@qq.com

2015-07-25