乌兰察布集宁机场航站楼暖通空调设计

袁建伟

民航机场规划设计研究总院有限公司华北分公司

0 引言

乌兰察布市位于我国内蒙古自治区中部，建筑热工设计分区属于严寒地区C 区。乌兰察布集宁机场飞行区等级 4C，新建航站楼建筑面积 36000 m 2，为二层前列式布局，其中一层到达层（标高± 0.000 m）建筑面积约17000 万m 2，二层出发层（标高 8.10 m）建筑面积约 16000 万 m 2，夹层（标高 4.20m）建筑面积约3000 m 2，建筑高度35.5m，设计年旅客吞吐量 240 万人次，高峰小时人数为1480 人，可满足远期2040 年旅客吞吐量。

图1 乌兰察布集宁机场鸟瞰图

1 航站楼主要特点

本航站楼主要有以下特点：

1）二层出发层值机大厅，候机大厅及一层迎客大厅、远机位候机厅等区域均为高大空间。

2）根据建筑造型，外围护结构为轻型结构，透明围护结构面积大。

3）大空间内有独立的“ 房中房”，如贵宾厅、商业、安检办公、母婴室、卫生间等。

4）乌兰察布属于旅游城市，旅客季节性强；支线机场受航班量和班次影响，人员密度波动性大；人员流动性强。

5）空调机房的布局受限，空调系统的输送距离比较长。

6）航站楼建筑对人员舒适性要求较高，同时受建筑构造、建筑体型、工艺流程、人员密度等影响，航站楼内暖通空调能耗大于普通公共建筑，对建筑节能和暖通空调系统节能要求较高。

7）受限于民航工艺流程，航站楼内公共空间互通而连续，建筑防火分区超过规范最大值，需进行消防性能化分析。

8）航站楼内（尤其是贵宾、头等舱等区域）装饰要求高，应解决好通风问题。

2 设计思路

针对上述的航站楼特点，1～6 项均属于建筑节能的范畴，如何在保证室内舒适度和空气质量的前提下减少暖通空调能耗，是航站楼设计的一个首要任务。

1）针对航站楼内高大空间，空调系统采用分层空调的全空气空调系统。

2）由于透明外围护结构面积较大，设计采用低反射镀膜夹胶钢化双层中空绝热玻璃（15 mm+12 Amm+15 mm），可以提供高效率的保温隔热和隔声的效果，同时在外区玻璃幕墙下设置嵌入式地板散热器系统。

3）大空间里独立的“ 房中房”空调系统分开设置，采用风机盘管加新风系统。

4）由于机场人员密度波动性大，开展同规模机场调研，并与计算出的数据做对比分析，得出较为准确的冷热负荷及冬季湿负荷，作为设计的基础数据。

3 暖通空调设计

3.1 室内设计参数

室内设计参数如表1[1]所示：

表1 室内设计参数表

3.2 供热系统设计

航站楼总热负荷为4050 kW，冬季供热采用地板辐射采暖结合冬季空调的形式，外区幕墙下设置嵌入式散热器系统（见图 2），主要出入口外门设置热水热风幕系统。其中散热器及热水风幕采用锅炉房提供的一次热水，热媒温度为85/60 ℃。地板辐射采暖和冬季空调采用由设置在一层换热机房内的板式换热器置换的二次热水，热媒温度为60/50 ℃。板式换热器设置了气候补偿器，根据二次热水的温度调节一次热水的流量（见图3），锅炉房采用一次泵变流量系统，散热器支管均设置温控阀。

图2 地板嵌入式散热器

图3 板式换热器气候补偿器原理图

地板辐射采暖采用两种温控调节的方式，大空间区域采用分集水器支管设置温控阀的方式（见图 4），集中调节该分集水器的流量。贵宾、头等舱等局部房间采用房间温控器独立控制分集水器上各支盘管的流量（见图5）。

图4 地板辐射采暖集中控制方式

图5 地板辐射采暖分室控制方式

由于支线机场的航班量相对较小，机场使用时间机动性较大，严寒地区行李分拣处的热水热风幕由于提升门冷风侵入或渗透量较大而经常发生盘管冻裂，设计采用了自带电伴热的热风幕，单台耗电量仅增加约200 W，保证了热水风幕系统的正常运行。

3.3 空调系统设计

3.3.1 冷源及水系统

冷源：航站楼夏季空调冷负荷为3702 kW，设计选用两台单体额定制冷量为 1850 kW 的离心式水冷冷水机组，置于一层制冷与换热机房内，冷媒温度为7/12 ℃。冷机侧采用一次泵定流量系统，负荷侧采用变流量系统，根据冷负荷的变化调节空调机组的电动调节阀或风机盘管的电动两通阀的开度，供回总管间设置压差控制器。

空调设备选择：大空间采用分层空调的全空气空调系统，便于集中控制。“房中房”采用两管制风机盘管加新风的半集中式空调系统，便于分室控制。

其中全空气空调系统由于管线较长，为了降低能耗，减少风量，夏季设计采用露点送风，保证末端风口不结露的情况下适当降低送风温度，露点送风温度为18 ℃。同时，由于管道长，风压相对较大，设计考虑风系统温升[2]后，根据空调调节处理过程计算冷负荷及空调负荷，并作为空调机组盘管选型的依据。

式中：Δt—空气通过风机的温升，℃ ；Pt— 通风机的全压，P a；η1— 通风机的全压效率；η2— 电动机的效率；η— 电机位置修正系数。

3.3.2 空调风系统及气流组织

风系统：由于空调机房布局受限，空调系统的输送距离较长，同时，考虑过渡季节的全新风的节能运行方式，空调风系统采用双风机系统，送风机和回风机分别控制送风及回风管道阻力，同时，过渡季节关闭回风电动调节阀，实现全新风。考虑靠近贵宾室的空调机房噪声问题，空调机房均设置吸声及减震措施[3]，全空气空调系统的集中送风管道采用低速送风的方式，主风道风速控制在6～8 m/s，风管采用吸声材料制作。

新风系统采用新风热回收技术，同时，新风口设置在空侧处由于受机坪上飞机尾气影响，新风机组入口设置静电除尘装置。

气流组织：良好的气流组织是空调末端系统运行正常的关键因素，气流组织的设计原则：

1）高大空间优先采用分层空调的方式[4]，与全室空调相比，夏季可节省冷量30%左右[5]。

2）结合建筑布局及室内装修要求，达到功能与美观的统一。

利用大空间内设吊顶的值机柜台、房中房顶部或罗盘箱设置球形喷口侧向送风，同侧下部回风（见图6）。一层设吊顶区域利用散流器顶送风，单层百叶风口顶回风的方式。

图6 喷口侧送风

经运行调试，运行效果良好，设计回访实测一组二层“房中房”喷口夏季送风温度和送风风速见表2：

表2 夏季实测送风温度及送风风速表

3.4 通风系统设计

自然通风：航站楼内人流密度大，流动性大，对室内空气环境要求较高，同时由于大空间高度较高，室内垂直温度梯度明显，上部排风温度高，采用通风消除室内余热的“动力”高。二层大厅设置可开启的电动天窗，在热压条件下，形成自然通风，过渡季节也有益于节能。

机械通风：卫生间、餐厅、弱电机房及贵宾室设置通风系统。

弱电机房由于设备散热量较大，进行热平衡计算后选择通风设备，同时考虑到弱电机房设置气体灭火系统，弱电机房通风系统管道上设置与通风机联锁启闭电动风阀，保证灭火初期时室内灭火气体不泄露。

航站楼内贵宾室位于一层靠近空侧处，考虑民航安保要求，未设置可开启的外窗，而贵宾室由于二次精装修带来室内污染问题，设计在考虑新风的同时，也设置机械通风装置，保证室内洁净度要求。

3.5 防排烟系统设计

本建筑共划分五个防火分区，其中二层出发层由于民航工艺特殊使用功能要求，防火分区面积远超过《建筑设计防火规范》 GB50016-2014 中最大防火分区面积5000 m 2 的限值（设置自动灭火系统）。一层行李分拣、到达层等区域根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014 设置机械排烟系统，二层大空间需进行消防性能化设计。

根据航站楼建筑的相关设计经验，把超过防火分区的二层大空间划分为独立的单元。

防火单元：高火灾荷载、人员流动小、无独立疏散条件的区域，如安检办公室、设备机房等。超过规范允许面积的房间设置机械排烟系统。

防火舱：设置为旅客服务的无明火作业的餐饮、商业零售点等场所，确保将火灾影响限制在局部范围内，防火舱设置机械排烟系统。

燃烧岛：没有顶棚的小型陈列服务设施（如服务咨询台），可利用屋顶可开启的外窗自然排烟。燃烧岛控制在6～20 m2内，且保持足够的安全间距（一般不下于9m）。

4 设计总结

航站楼作为一个城市的窗口，与其他公共建筑在建筑构造，使用功能，运行时间及运行管理等诸多方面都有着较大的差异，对这类建筑有针对性的研究进而制定合理的暖通空调方案及其重要，不仅可以最大程度降低能耗，而且有益于后期实际使用、运行管理和维护保养。本项目暖通空调方案的制定，做出了如下设计总结。

1）通过分析航站楼的建筑特性，对设计进行逐步优化，利用多种节能技术，航站楼暖通空调系统有较大的节能空间。

2）项目前期阶段暖通空调专业应尽早介入建筑方案，预留综合管线位置，控制关键部位（如到达层、二层“房中房”）的层高，合理布置空调机房等。

3）提前与消防部门汇报消防设计方案，根据消防部门提出的意见和建议有针对性的做好消防性能化设计。

4）重视与运行单位的充分沟通，搜集运行单位的常规运行经验，前期与其做好充分沟通，合理的采纳其意见和建议，使各系统用得其所。