基于eQUEST的机场航站楼能耗分析方法研究

王 维，吴 靖

（中国民航大学机场学院，天津 300300）

基于eQUEST的机场航站楼能耗分析方法研究

王 维，吴 靖

（中国民航大学机场学院，天津 300300）

首次尝试将eQUEST用于机场航站楼能耗分析，应用表明具有计算速度快、输出能耗数据丰富、与实际能耗接近和便于进行各种能耗分析等优点。借助eQUEST还可对航站楼的建筑围护结构、空调系统和照明方案等进行设计、运行的节能优化。

机场；航站楼；能耗模拟；eQUEST；节能

据统计，大型民用机场航站楼能耗平均占机场总能耗的60%以上，因此航站楼节能是提高机场节能减排的关键。航站楼能耗可分为建筑设备运行能耗、业务设备运行能耗以及附属设施设备的运行能耗。航站楼建筑设备运行能耗包括：空调系统、照明系统、给排水、人员输送（直梯、扶梯、步道）、门窗控制（门禁，门、窗启闭、遮阳控制）等能耗；业务设备能耗包括：值机、安检、政府联检、行李系统及航班信息显示等弱电系统等的能耗；附属设施运行能耗包括办公、商业、餐饮等能耗。上述能耗中，空调、照明能耗构成了航站楼能耗的主体。

要达到航站楼节能减排的目的，就必须首先准确分析航站楼的能耗情况。航站楼作为大型公共建筑，完全可以将建筑能耗模拟的方法应用于航站楼的能耗研究。

本文首次采用eQUEST能耗分析软件对以上海浦东机场T2航站楼为原型的建筑进行了能耗模拟分析。

1eQUEST简介

eQUEST（the quick energy simulation tool） 快 速 能耗模拟软件，是由美国能源部和劳伦斯伯克国家实验室（LBNL）基于DOE-2基础上开发出的建筑能耗模拟软件[1]。它可以在较短的时间内，计算全年8 760 h的建筑能耗模拟值，并给出一份完备的能耗分析报告。eQUEST是国际上比较权威的建筑能耗分析模拟软件，使用人数多，范围广，软件的功能全面强大[2-3]。

eQUEST采用反应系数法对建筑能耗进行模拟，通过设置建筑的室外气象条件、围护结构情况，空调系统等参数，软件可逐时计算出建筑的各种负荷。e－QUEST除了能实现计算建筑能耗的功能外，还可以利用软件的 EEM（energy efficiency measures）和 PR（parametric runs）模块来进行变参数运行。可预先设置一个基本的建筑模型（baseline），然后通过修改相关参数，得到不同情况下的能耗模拟值并进行比较。

2 航站楼模型

2.1 航站楼建筑参数

由于机场航站楼普遍采用玻璃幕墙作为维护结构，同时采用主楼+连接廊+指廊这种典型航站楼布局方式，因此本文以浦东机场T2航站楼为原型进行模拟分析，具有一定的普遍性和典型性。

上海浦东机场T2航站楼主要由主楼、连廊和候机长廊（指廊）组成，均为3层结构（候机长廊还附设夹层），总建筑面积48.5×104m2。主楼是航站楼核心部分，用于旅客值机、安检、行李托运、办理出入境手续等。主楼围护结构及其热工参数如表1所示。指廊连接主楼与站坪机位，是乘客候机和抵达的中转空间。连廊与主楼工作区相连，主要是工作区，包括边防、检疫、安检、海关等联检区[4]。

表1 T2围护结构热工参数Tab.1 Parameter of T2 building structure

主楼和候机长廊采用大跨度预应力钢结构屋架和钢筋混凝土结构，连廊采用混凝土结构。登机长廊长1 404 m、宽41 m，呈哑铃形，地下1层，地上3层；连廊长 306 m、宽60 m；候机楼长414 m、宽138 m，地下1层，地上3层；车库长440 m、宽140 m，地下2层，地上1层；楼前高架长468 m、宽48 m[5]。上海浦东机场T2航站楼的建筑模型如图1所示。

图1 航站楼模型Fig.1 Terminal building model

2.2 空调系统参数

航站楼空调系统采用变风量全空气空调系统（VAV），系统参数如表2所示。根据首末航班运行时间，设定空调运行时间为6：00—24：00。在空调系统开启前和关闭后风机继续运行1 h。夏季、冬季的室内设计温度分别为24℃～25℃、20℃～22℃。航站楼室内负荷参数如表3所示。

表2 空调系统参数Tab.2 Parameter of the HVAC system

表3 室内参数Tab.3 Indoor parameter

3 航站楼能耗模拟与分析

由于机场航站楼全年运行，计算将模拟2012年全年8 760 h航站楼建筑冷、热、电负荷的变换情况。考虑上海机场夏冬季空调运行情况，设定每年12月1日～次年2月28日为供暖期，每年6月1日～9月30日为供冷期。根据上海市典型年逐时气象数据，使用航站楼仿真模型对航站楼进行全年负荷计算。

利用eQUEST软件和建筑模型，航站楼全年8 760 h冷、热负荷的计算结果如图2所示。

图2 航站楼全年逐时冷热负荷计算结果Fig.2 Simulation results of cooling and heating load by hours and months within one year

由图2可见，航站楼冷负荷超过400 000 kWh的时段，出现在5～9月；热负荷超过15 000 kWh的时段，出现在12月～次年2月。因此，设计初选定的供冷季节与模拟计算所得的冷／热供应的时间段一致。

从全年的模拟冷热负荷变化结果可以看出，如图3显示，7月和1月份是对冷/热供应量需求最大的月份，根据其能耗的峰值出现的时间，确定7月和1月为最冷和最热月。从图中可以看出7月和1月的冷负荷、热负荷以及新风负荷的逐时变化规律。其中7月份航站楼的冷负荷3 466 117 kWh，总新风负荷为520 000 kWh，总电负荷为12 290 000 kWh。

上海属北亚热带季风性气候，夏热、冬冷。夏季每天下午14：00～16：00左右气温达到最高，这个时间段内航站楼所需的供冷量最大，此后逐渐降低。根据最热月的数据，在7月27日16：00点左右，冷负荷达到全年峰值。当日航站楼总冷负荷、新风负荷变化曲线如图4所示。其中冷负荷最大值为9 127.58 kWh，当日空调系统总冷负荷为144 954.08 kWh。由于航站楼6 m层以上全部为玻璃幕墙且占墙体面积95%以上，加之航站楼的层高高，内部空间大，因此航站楼夏季每天的冷负荷高、波动大，而新风负荷在工作时间段相对稳定。为在运行时段开始时即达到良好的空调效果，空调系统设备一般提前1 h开机。航站楼开始运行时，冷负荷会快速上升。由图可见，航站楼冷负荷曲线并不稳定，而是随室外气温和人员密度、流动等因素的改变而不断变化。每天的冷负荷在23：00点以后会迅速下降。

图3 最热月（7月）和最冷月（1月）负荷Fig.3 Load in the hottest and coldest months

图4 供冷季峰值日空调负荷Fig.4 HAVC load on hottest day

根据计算，冬季热负荷最大值出现在1月1日上午7：00左右，当日总热负荷、新风负荷变化如图5所示，其中最大热负荷为32 908.36 kWh。这是因为冬季早晨室内外气温较低，当空调系统开启后，要快速达到室内设定温度，此时对热负荷需求最大，会很快达到最大值。等到室内温度达到设定标准后，所需供暖量会逐渐减少。此后，航站楼内所需的供热量根据室内、外温度改变而实时变化，热负荷曲线并不稳定。到下午17：00点左右，室外气温下降较快，热负荷开始上升，直到工作时间结束。该日空调系统总热负荷为408 968 kWh。

图5 供热季峰值日空调负荷Fig.5 HAVC load on coldest day

4 航站楼建筑能耗模拟特点

机场航站楼建筑作为公共服务性建筑，在建筑类别上属于公共建筑。与其他民用建筑相比，航站楼建筑特点鲜明，这些特点对空调系统的参数设置和能耗模拟结果上都有显著的影响。总体来说，航站楼单位面积负荷明显大于普通公共建筑。从定性的角度分析，航站楼建筑和能耗模拟与其他民用建筑的不同之处主要有：①人员密度大，全年无休息日；②主要采用集中式空调，单位面积建筑能耗高；③全年各项能耗中，空调系统的能耗最高，空调系统和照明系统的能耗占了航站楼总能耗的80%左右；④能耗与服务质量的关系。

一般情况下，服务质量提高能耗增加，但能耗增加也可能导致服务水平下降，例如：夏天室内空调温度过低、晚间室内照明过强。此时，适度能耗（不高也不低）才能实现较高的服务质量。

5 围护结构节能优化计算

通过更改建筑模型的墙体材料及其参数，eQUEST可快速模拟分析其能耗变化，从墙体材料的选择上，为建筑节能提供优化方案。在其他因素不变的情况下，考虑航站楼各立面的日照因素，调整了围护结构热工参数（如表4所示），提出了一个节能模型，并计算能耗值。从表5中可以看出，相比于基准模型，优化后的方案全年总冷、热负荷，总新风负荷和总电负荷分别减少了 330 000 kWh，7 074 736 kWh，190 000 kWh和610 000 kWh，节能效果明显。

由此可以看出，eQUEST可快速模拟更改围护参数后的航站楼各个能耗值，为航站楼的优化设计和节能改造方案的选定提供重要依据。与此类似，空调、照明方案的优化也可以通过修改相关参数模拟。

表4 T2围护结构热工参数结构（节能模型）Tab.4 Parameter of the T2 building structure（energy saving mode）

6 结语

1）利用eQUEST对以上海浦东机场T2为原型的航站楼进行了能耗分析，证明eQUEST能耗模拟软件能完全适用于大型机场航站楼的能耗模拟计算与相关分析。

2）用eQUEST进行航站楼能耗分析，只须完成航站楼楼体建模并输入相关参数，就可快速计算出各项建筑能耗值，大大简化了计算步骤、节省了计算时间。

3）eQUEST在计算航站楼能耗时，采用当地全年气象参数统计值，通过逐时分析的响应系数法计算全年8 760 h的能耗值，与常规方法比较计算结果更为准确。

4）eQUEST可输出丰富的能耗数据（包括冷、热负荷，新风负荷，照明负荷，业务设备负荷，总电负荷等），为进行航站楼的各种能效分析创造了良好条件。

5）eQUEST还可辅助航站楼的设计、运行节能方案优化。本文通过更换航站楼围护结构的计算说明了该软件的这一功能。

[1] 胡艳军，张雪梅，芦鹏寅，等.基于eQUEST软件的建筑能耗分析方法研究[J].浙江工业大学学报，2012，40（1）：75-79.

[2] 潘毅群，吴 刚.VOLKER H．建筑全能耗分析软件EnergPlus及其应用[J]．暖通空调，2004，34（9）：2-7.

[3] 陈 程，赵 欢，王培红.公共机构建筑能耗指标的多因素影响评价[J].上海节能，2009（2）：20-24.

[4]林建海.浦东国际机场楼宇自控系统航班动态联动节能控制技术研究[J].民航科技，2010（2）：88-92.

[5]高振锋，宋文俊.上海浦东国际机场二期航站区工程的技术创新[J].建筑施工，2007，29（2）：82-91.

Energy consumption analysis method of airport terminal buildings based on eQUEST

WANG Wei，WU Jing
（Airport College，CAUC，Tianjin 300300，China）

The software of eQUEST is firstly used in the energy analysis of airport terminal building， which has high calculation speed and rich output data；mean while the results are so close to the actual energy consumption that the software is very suitable for airport terminal building’s energy analysis.With eQUEST airport terminal building’s design and operation schemes， such as selections of the palisade structure， air conditioning and lighting systems parameters，can be further optimized with aim of energy conservation.

airport； terminal； energy consumption simulation； eQUEST； energy conservation

V35；TU111.19

A

1674－5590（2013）05－0034－04

2012-09-14；

2012-12-23

王 维（1960—），男，河北丰南人，教授，硕士，研究方向为机场工程.

book=29,ebook=169

（责任编辑：黄 月）