红原机场航站楼室内环境模拟及节能分析

夏洪涛 薛明珠 熊京忠 林建平 卢 军



红原机场航站楼室内环境模拟及节能分析

夏洪涛1薛明珠2熊京忠1林建平1卢 军2

（1.中国民航机场建设集团公司 成都 610202；2.重庆大学 重庆 400030）

介绍了红原地区的气象条件。分析了红原机场航站楼的自然室内外环境状况，并通过DeST模拟得出了机场航站楼在供暖季的热负荷需求。根据模拟结果和红原机场实际情况，分析出在机场无需做大规模节能改造情况下的节能措施，从而达到节省能源消耗和保护生态环境的目的。

高原寒冷地区；航站楼；室内温度；热负荷；节能措施

0 引言

红原县位于四川省西北部、阿坝藏族羌族自治州中部，青藏高原东部，生态环境脆弱，常规能源匮乏，能源不易送达且成本较高，但太阳能资源丰富。平均海拔3600米以上。气候区属于我国高海拔寒冷地区，春秋季极短，冬季漫长。年平均气温为1.4℃，极端最低气温-36℃，极端最高气温26.0℃，气温日较差平均16.3℃，日温差较大；年均日照时数2158.7小时；多年平均降水量749.1毫米，80%集中在5-8月；年均降雪日数76天。由于红原县所在地区独特的气候、生态环境和文化传统，在建筑设计中应当尊重传统，保护生态环境，充分利用自然资源，尽力节约能源，降低能耗，减小环境污染和破坏。

1 工程概况

四川阿坝红原民用机场（以下简称“红原机场”），场址位于红原县龙日坝乡，海拔3535m。红原机场定位为国内小型支线机场，主要为旅游业的开发服务。机场近期目标年旅客吞吐量35万人次，飞行量3846架次，主要执行支线航班，有潜在的国防需求。飞行区按4C标准设计，新建1条3600米×45米的跑道；航站区按满足2020年旅客吞吐量35万人次、货邮吞吐量1050吨的目标设计，航站楼3600m2，站坪机位3个。热能中心为航站区建筑提供热源。机场建筑总供暖面积为7155 m2。供暖系统的热源为太阳能集热器及水源热泵机组，太阳能集热器采用用耐压防冻型平板太阳能集热器，作为辅助热源系统与水源热泵机组联合供暖，采用短期蓄热形式以充分利用天然能源，与供暖系统之间为间接式连接。末端供暖形式为地板辐射供暖加新风系统，部分不适合采用地板辐射供暖的区域设置散热器供暖。

2 室外气候特征分析

图1为月平均干球温度分布图。由图可以看出，红原地区月平均温度只有在5～9月超过5℃，1～4月、11月和十二月日平均温度都低于5℃，11月到次年3月室外月平均干球温度均在0℃以下，最低值为-7.71℃，全年低于5℃的时间占60.6%，占全年的一半以上，低于0℃的时间占38.2%，冬季漫长。根据《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）[1]中冬季供暖温度要求，本建筑共需供暖度日数为5788.7，供暖度小时数为139414.77，因此，红原地区供暖需求量较大，建议供暖期设置为10月1日到次年4月30日。

3 模拟分析

根据红原机场室内设计参数和《公共建筑节能设计标准》，运用DeST能耗模拟软件，对机场航站楼建立模型，分析航站楼的室内环境模拟。屋面传热系数为0.55W/(m2·K)，外墙（非透明幕墙）传热系数为0.60W/(m2·K)，外窗传热系数为2.70W/(m2·K)，透明幕墙传热系数取为2.0W/(m2·K)，地面热阻系数为0.02W/(m2·K)。

表1 室内参数、人员及设备等参数设置

取供暖季中典型日12月3日平均气温最低日和4月8日平均气温最高日的航站楼内三个典型区域分析自然室温。

根据图2、图3可以看出，在室外气温极低且变化较大时，室内所有区域空气温度均随室外气温的变化而变化向阳侧与背阳侧区域温度变化趋势与室外空气温度变化趋势基本一致，且室内各区域空气温度均高于室外空气温度。在且由于围护结构的传热延迟，室内各区域温度在16:00～17:00达到最高。航站楼内部区域温度日变化最小。而在供暖末期，当室外空气温度较高时，航站楼内部区域温度在一天时间内几乎无变化，向阳侧区域下午13:00之后无热负荷需求，即使在最冷日，向阳侧区域在下午也有1～2个小时时间无热负荷需求。

根据部分学者对国内部分航站楼的负荷模拟[2,3]，设定航站楼和航管楼运行时间为6:00～24:00，供暖季负荷统计如图4所示。

从图中可以看出，因气温的不同，供暖中期的日总热负荷较供暖初末期大很多，供暖初末期的热负荷需求极小。且即使是相邻日期，航站楼日总热负荷变化幅度也较大，这是因为航站楼南面为整面的玻璃幕墙，晴雨天所接收太阳能辐射热量差距较大。由此可见，高原寒冷地区应充分利用太阳能资源丰富的优势，发展主动式或者被动式太阳能供暖，减少常规能源的利用，最大程度的保护生态环境不被破坏和降低能源运输的成本。

4 节能措施

根据对红原地区气象参数和红原机场自然室温的分析，我们可得出在实际运行过程中可采取的节能措施。

（1）分区域独立控制供热的启停及供热量

由图2和图3可知，区域所处建筑位置、朝向、所包含围护结构的不同，造成各区域的温度不同，分区域控制供热的启停及供暖流量的大小。如在向阳面区域，在每天中午12:00之后即可关小供暖流量，在下午16:00～18:00之间可关闭供暖。而在背阳面区域，可在早晚适当增大流量，以保证室温在舒适范围内波动。而机场内部区域在供暖中期可适当供暖，在供暖初末期可不供暖，靠外区的传热即可维持设计温度。

（2）幕帘的使用

玻璃幕墙的使用更加充分的利用了太阳能，白天即可满足室内的光照需求，也可吸收太阳辐射热量抵消室内部分热负荷需求。但与此同时，夜间，玻璃幕墙也增大了室内外的辐射换热和传热，使得夜间的热损失增大。现可在玻璃幕墙内部加设幕帘，白天幕帘拉开，玻璃幕墙可继续发挥它自身优势；夜间将幕帘关闭，可阻挡部分室内与室外的辐射换热和对流换热，减小室内温度的降低，从而减小白天热负荷需求。

（3）根据晴雨天调节供热量

从图4中可以看出，晴雨天太阳辐射的不同对航站楼热负荷的影响很大，在太阳辐射较好的晴天，航站楼热负荷需求较阴雨天降低幅度很大，因此可以考虑根据天气状况控制供热量。在天气晴好，太阳辐射丰富，热负荷较小的情况下，供暖系统可部分开启，在阴雨天，无太阳辐射得热的情况下，供暖系统可全部开启以满足室内热负荷需求。

（4）根据航班情况调节供热量

由目前机场航班情况可知，在现在机场运营初期，红原机场只有每周一、三、五上午进出港航班各一趟，分别为7:50到港、8:30出港，远远没有达到机场年旅客吞吐量35万人次，飞行量3846架次的近期目标。因此在现阶段，供暖系统只在每周一、三、五上午6:00～8:30航站楼工作时间运行即可，稍后可根据机场的航班增减情况和航站楼的实际使用情况控制供暖系统的运行时间。

（5）微正压以及风幕的运用

当建筑在负压状态下运行时，这将导致室外冷空气通过门窗和缝隙渗入室内，这些渗入的空气未经处理，温湿度达不到室内空气设计要求，会对室内空气温、湿度造成影响。为维持室内空气温、湿度的设定点，就需要机组额外地供热或制冷，增加机组负荷。

建筑处于微正压有助于将调节后的空气保留在室内，并阻止未经调节的室外空气通过门窗和缝隙渗入。由于不必对负压引起的室外渗入空气进行调节，节约了能源[4,5]。

此外，除将航站楼空气维持微正压状态外，在航站楼的进出口处设置风幕也可有效阻挡室外空气的带入，降低非必须的热负荷需求，节省能源。

5 结论

红原机场所处的青藏高原属高原寒冷地区，如何在保证正常供暖需求的同时不破坏生态环境、减少常规能源的利用为高寒地区供暖所面临的重大问题。在机场已建成完工的情况下，无需做大规模节能改造的情况下，实施以上几项节能措施在保证机场供暖需求的情况下即可减少常规能源的利用，更有利于生态环境的保护。对高原寒冷地区其他机场的节能改造和新建机场的设计均提供参考。

[1] GB 50189-2005,公共建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[2] 姜国建.哈尔滨阎家岗国际机场航空站楼暖通空调设计[J].暖通空调,1998,28(3):64-65.

[3] 王维,吴靖.基于eQUEST的机场航站楼能耗分析方法研究[J].中国民航大学学报,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

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

2015-07-25