濕熱地區(qū)超大型航站樓圍護結(jié)構(gòu)被動節(jié)能技術(shù)體系研究
——以廣州白云國際機場T2 航站樓為例

倪俍 陳哲超 宋文馨

1 研究背景

我國濕熱地區(qū)地處東亞季風(fēng)氣候區(qū)南部，具有熱帶、亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候特征，高溫多雨，夏長冬短，全年室內(nèi)外溫差小，太陽輻射總量大，日照時間長?；诖?，建筑遮陽、通風(fēng)、隔熱、防雨、防潮成為當?shù)亟ㄖ?yīng)考慮的重點[1]。

隨著我國民用航空業(yè)的快速發(fā)展，機場運營規(guī)模不斷提升，“十三五”時期，規(guī)劃建設(shè)濕熱地區(qū)航站樓規(guī)模超100萬m2[2]，“十四五”時期重點打造的濕熱地區(qū)航站樓建筑規(guī)模超200萬m2。與一般公共建筑相比，機場航站樓室內(nèi)環(huán)境控制難度大、能源與材料消耗高[3]、旅客體驗要求高。我國不同氣候區(qū)航站樓能耗特征如表1所示。

2 超大型航站樓圍護結(jié)構(gòu)被動節(jié)能技術(shù)體系

超大型航站樓具有空間高大、金屬屋面比例大、玻璃幕墻占比大、運行時間長、客流集中且變化大等特征，增加了圍護結(jié)構(gòu)被動節(jié)能設(shè)計難度（見圖1）。當前，我國多數(shù)現(xiàn)代大型交通建筑均采用輕質(zhì)+透明圍護結(jié)構(gòu)體系，適應(yīng)氣候區(qū)的相關(guān)節(jié)能標準缺失，制約了濕熱地區(qū)超大型航站樓圍護結(jié)構(gòu)被動節(jié)能水平的提升。

1 超大型航站樓特征

針對濕熱地區(qū)航站樓節(jié)能設(shè)計難題，廣州白云國際機場T2航站樓在設(shè)計過程中首次采用超大型航站樓節(jié)能指標體系，提出屋面、幕墻關(guān)鍵熱工參數(shù)適宜取值范圍，系統(tǒng)化應(yīng)用氣候適應(yīng)的圍護結(jié)構(gòu)被動節(jié)能技術(shù)。

2.1 圍護結(jié)構(gòu)體系

在圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先考慮幕墻與屋面隔熱性能及幕墻與天窗遮陽效果。將廣州白云國際機場T2航站樓與GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》中參照建筑[4]進行對比，提煉濕熱地區(qū)超大型航站樓建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)指標，結(jié)合其他參數(shù)構(gòu)建航站樓圍護結(jié)構(gòu)技術(shù)體系，以減少進入室內(nèi)的熱量，降低空調(diào)能耗，有效提升旅客舒適度（見表2）。

表2 濕熱地區(qū)超大型航站樓建筑圍護結(jié)構(gòu)技術(shù)體系推薦

2.2 屋面結(jié)構(gòu)體系

廣州白云國際機場T2航站樓金屬屋面總面積約26萬m2，采用直立鎖邊鋁鎂錳金屬屋面板系統(tǒng)，保溫層錯縫鋪設(shè)2層50mm厚玻璃絲棉，支撐巖棉板為35mm厚并下帶加筋鋁箔貼面[5]，以確保屋面節(jié)能效果，以及適應(yīng)臺風(fēng)、暴雨等氣候條件（見圖2）。

2 廣州白云國際機場T2航站樓屋面構(gòu)造

2.3 天窗構(gòu)造

針對采光難題，結(jié)合T2航站樓空間尺度及平面功能對典型功能空間進行自然采光專項設(shè)計，航站樓出發(fā)大廳、安檢大廳屋面均勻設(shè)置采光天窗，指廊屋面中央?yún)^(qū)域設(shè)置長大帶形天窗，辦票大廳設(shè)計“長大帶形天窗+漸變旋轉(zhuǎn)式吊頂”自然采光系統(tǒng)，解決了長、大、高空間采光及防眩光問題，有效增加航站樓全年可利用自然采光小時數(shù)。

2.4 幕墻構(gòu)造

T2航站樓采用“絕熱型材配置高透絕熱玻璃+活動機翼型百葉遮陽系統(tǒng)”，具體構(gòu)造做法為鋁合金（斷熱型）+雙銀Low-E中空玻璃，其中幕墻整體傳熱系數(shù)為2.7、玻璃遮陽系數(shù)為0.32。采用橫明豎隱的玻璃幕墻系統(tǒng)，橫向鋁合金橫梁為抗風(fēng)構(gòu)件，鋁合金橫梁與水平遮陽板采用擠壓鋁型材。西側(cè)玻璃幕墻同時采用活動機翼型鋁合金穿孔百葉遮陽系統(tǒng)，幕墻整體遮陽系數(shù)達0.28。百葉選用微孔板以實現(xiàn)遮陽及透影效果。

2.5 光伏發(fā)電

研發(fā)并應(yīng)用光伏一體化技術(shù)，提升了航站樓可再生能源利用率。根據(jù)超大型航站樓屋面設(shè)計特點，利用濕熱地區(qū)氣象數(shù)據(jù)，通過模擬計算確定屋面可安裝光伏系統(tǒng)容量及位置，結(jié)合金屬屋面構(gòu)造節(jié)點形成“光伏建筑一體化”安裝方案（見圖3）。T2航站樓將光伏系統(tǒng)安裝于標高為31.2m的安檢大廳及北指廊頂部鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面，裝機總?cè)萘繛?.2MW，年CO2減排量為2043.12t，可再生能源占比約1.62%。

3 廣州白云國際機場T2航站樓金屬屋面光伏建筑一體化技術(shù)3a屋面光伏系統(tǒng)實景3b屋面光伏系統(tǒng)分布3c屋面光伏構(gòu)造

3 圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能效果

通過濕熱地區(qū)多個航站樓設(shè)計積累的節(jié)能技術(shù)經(jīng)驗，廣州白云國際機場T2航站樓采用相關(guān)圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造技術(shù)，通過計算機模擬對整體能耗進行驗證（見表3），計算結(jié)果表明航站樓供暖空調(diào)全年計算負荷較《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》中參照建筑降低25.71%，較GB 55015-2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》參照建筑提高約5%。

表3 廣州白云國際機場T2航站樓模擬模型及節(jié)能數(shù)據(jù)

廣州白云國際機場T2航站樓通過圍護結(jié)構(gòu)被動節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，降低了建筑能耗水平及碳排放，整體環(huán)境效益顯著，獲得我國超大型樞紐首個三星級綠色建筑設(shè)計及運營“雙標識”。相較于T1航站樓，其全年節(jié)電約5265.23萬kW·h，節(jié)約標煤6471.2t；太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)全年節(jié)電約226.1萬kW·h，節(jié)約標煤277.9t；整個項目年節(jié)約標煤6749.10t，年減排CO216670.20t、SO2135.00t、NOx4.99t、粉塵67.50t。

4結(jié)語

基于“粵港澳大灣區(qū)世界級機場群”節(jié)能降碳需求，針對航站樓室內(nèi)環(huán)境控制難度大、能源和材料消耗需求高、濕熱氣候區(qū)航站樓節(jié)能標準規(guī)范缺失等問題，開展以濕熱地區(qū)超大型航站樓圍護結(jié)構(gòu)被動節(jié)能技術(shù)為核心的全過程節(jié)能技術(shù)體系研究。經(jīng)大量工程技術(shù)人員聯(lián)合攻關(guān)，由相關(guān)科技成果支撐建成的廣州白云國際機場T2航站樓成為我國首座取得三星級綠色建筑設(shè)計標識與運營標識的航站樓建筑。