机场航站楼空调系统设计探讨

张力国

随着民航业的快速发展，机场建设项目明显增多，航站楼是机场的重点建筑，属于建筑容积率大、空调负荷密度高的超大型建筑。由于楼内设有商场餐厅等服务设施，不仅对建筑内空调系统功能的发挥提出了更高要求，而且会大幅度增加空调系统运行的能耗。因此在提倡“双碳政策”的时代背景下，响应节能减排号召优化航站楼空调系统设计，变得越来越重要。有效分析影响航站楼空调能耗的主要原因，借鉴和探讨相关设计案例，有利于提高航站楼空调系统设计的科学性与合理性。

1 航站楼空调系统现状

目前，国内大部分航站楼的空调系统多采用集中冷热源、输配系统加空气处理末端（集中式送风）的模式，冷热源一般设置在能源中心。机场航站楼是一种挑高较高的建筑，净高通常达十几米，但旅客所需活动空间仅为2 m 左右。为保障人员活动区域的舒适性，常规做法是在航站楼的高大空间内设置相应的集中空调送风系统，在距地面4 ～6 m 处的喷口送风，实现对大空间的温度和湿度控制[1]。

绝大多数航站楼为了保证良好的采光性，外围护结构通常采用玻璃幕墙。但是该围护结构增加了航站楼内部的辐射热量，加大了空调冷（热）负荷，使空调末端和冷热源配置容量过大，造成能源消耗较高，节能率低，有悖于国家能源可持续发展的要求。因此，大空间建筑的空调系统方案设计优化分析已经迫在眉睫。

2 影响机场航站楼暖通空调设计的因素

2.1 人员活动规律因素

新风负荷和人员负荷是航站楼空调负荷的重要组成部分，主要受人员密度和人均新风量的制约，而人员密度的确定又对新风负荷和人员负荷有直接影响。因此，在计算航站楼空调负荷的过程中，合理有效地确定人员密度值是负荷计算的核心条件[2]。

目前，我国航站楼相关设计规范与标准中并没有清晰规定人员密度的取值范围。常规的航站楼人员密度取值为0.17 ～0.33 人/m2，但仅为经验值，科学性仍有待验证。所以，在进行航站楼空调系统的设计过程中，需要相关研究人员调研并对比分析现有运行机场航站楼的人员活动规律，总结人员密度分布规律，为确定人员密度取值提供相应的数据支持。

与办公商业类建筑相比，机场航站楼作为公共交通领域的枢纽性建筑，具有人流量较大且随机性较强的特征（受天气或航空管制等因素影响时，航站楼内的人员密度和停留时间也会出现大幅度的波动）。因此，在航站楼空调系统的设计过程中，应充分考虑航站楼的人员流动特性，除了研究航站楼正常运营状态下的人员活动规律外，还应总结非正常运营状态下的规律，通过归纳数据和分析结果为设计人员和运行管理方提供相应的依据，确定不同区域、不同时段的人员密度，为确定新风负荷和人员负荷提供重要指标与数据支持。

2.2 渗透风规律因素

在供热工况下，对机场航站楼空调系统热负荷、供热能力以及运行状况等进行对比分析发现，航站楼内空调系统的供热量与冷风渗透耗热量密切相关。在进行航站楼空调设计过程中，不采用机械方式引入新风的状态下，明确冬季冷风渗透对热负荷计算产生的影响是关注的重点。与机械式新风系统对比，冷风渗透具有路径复杂、风量波动明显等特征。常规条件下，如何测量渗透风量、渗透风在建筑内的运行规律、渗透风所产生的影响等，是现阶段需要研究和分析的问题[3]。

在制冷工况下，对机场航站楼空调系统冷负荷、制冷能力以及运行状况等进行对比分析发现，夏季、过渡季节室外新风的渗透对航站楼内的环境影响较大，对空调系统的制冷能力提出严峻考验的同时，也为降低能耗提供了便利。目前，在进行航站楼新风系统设计的过程中，是否应将新风渗透作为影响参数也是业界持续讨论的问题。

2.3 空调系统末端因素

目前，机场航站楼这类净空较高的大型建筑所采用的送风方式为喷口射流送风，通过在垂直方向分层控制更好地实现送风效果。但是这类送风方式也存在一定的缺陷。例如，受送风距离影响风口安装高度过高，为4 ～6 m，夏季喷射送冷风的过程中会产生一定的能源浪费；而冬季送热风时，由于大空间垂直温度梯度、热流上浮等因素的存在，在满足制热效果的同时也伴随着巨大的能源浪费。为了降低这些影响，应革新和改造技术方案，应用新的末端方式和工艺技术来降低送风过程中产生的巨大能耗[4]。

对于机场航站楼这类高大空间的建筑，空调系统设计只需考虑人员活动区域的舒适性即可。因此，传统的全面通风换气模式应逐步淘汰，结合航站楼建筑规模、结构形式以及内部布局等因素采取分层控制模式，是当前高大建筑空调设计布局的主要发展方向。通过分层、分区域控制室内温度，结合应用辐射地板所提供的供冷、供热营造出舒适的环境，使得航站楼内较高空间建筑呈现出较为明显的分层热湿环境调控。

空调系统分层设置模式已经逐渐应用在国内新建、改扩建机场的航站楼中，为了该模式能够更好地应用，应更多地研究其与航站楼建筑的融合，通过总结应用过程中的经验来完善空调系统分层设置模式体系的相关理论。结合实际优化工程建筑结构体系，不断完善系统构建方案，优化冷热源设备和末端设备在系统中所承担的功能，引进最新的空调产品，如分布式送风末端空调、变风量末端控制空调系统等，并利用这些设备实现更加精确的温度控制目标。另外，还要让空调末端设备产品与建筑内的装修布局、美观性进行有效的融合，加强新型空调末端的可适用性[5]。

3 案例分析

3.1 航站楼的特点

以国内某已投入运行的支线机场为例，效果图如图1 所示，航站楼建设特点如下。第一，该航站楼为一层半式的结构构型，其中值机大厅、远机位候机厅以及迎客厅设置在1 层，近机位候机厅则设置在2 层，这些区域的建筑结构均具有高大空间的特点。第二，外围护结构大面积采用玻璃幕墙。由于该机场位于旅游城市，游客流量具有明显的季节性特征，因此对机场的航班数量及人流量的影响呈现出较大的季节性波动。第三，为了保证建筑内人员活动区域环境的舒适性，在建筑设计、空调设计过程中还应考虑旅客流量。机场航站楼的空调系统能耗一般略大于传统公共建筑，在“双碳政策”的背景下对空调系统节能设计的要求更加严格[6]。

图1 国内某支线机场航站楼效果图（来源：网络）

3.2 空调系统设计在航站楼中的应用

在开展空调方案设计的过程中，需要结合建筑特点考虑如何在保证航站楼内人员活动环境舒适度的前提下，有效降低空调系统设计容量及运行能耗。本案例所选用的航站楼属高大空间建筑，空调系统方案设计采用分层设置模式，采用高处喷口射流送风与地板辐射相结合的方式。为方便使用与管理，航站楼内的房中房与大空间采用的空调系统宜分别设置，采用变频式多联机空调系统加新风系统的模式。

3.3 空调方案设计思路

（1）供热系统。该航站楼的冬季热负荷约为2 100 kW，供热工况下通过地板辐射与空调送风进行联合供热，为了保证内部环境的稳定性，主要出入口设置热风幕系统阻隔外部冷空气。为了保证板式换热器能够提供更加稳定的热量，需设置气候补偿器，以此来调节热水的流量；通过温控阀来调节分集水器的流量，以控制地板辐射采暖时的温度；对于贵宾（Very Important Person，VIP）室以及具有特殊要求的区域实行温度独立控制。

（2）空调系统。该机场航站楼夏季空调冷负荷约为3 780 kW，冷源设置两台离心式冷水机组及配套设备。采用智能控制系统，根据室内的负荷变化，通过电动二通阀和比例积分阀自动调节风机盘管与空调机组。在选择空调末端设备的过程中，通常会选择全空气空调系统，其具有设备少、覆盖面广的优势，便于集中控制管理，对于VIP 房间、办公用房等房中房区域设置采用变频式多联机空调系统、分体空调等，便于分区域、分类别控制。

（3）气流组织原则。绝大多数机场航站楼属于高大空间且跨度大，如何解决大跨度、送风距离不够的问题是航站楼空调送风系统重点研究的课题。目前，常规做法是在房中房结构屋面、值机岛处设置射流喷口送风系统，但送风距离有限，只能保证20 ～30 m，超过这个范围后送风效果就大幅度衰减。因此，应结合航站楼的具体建设规模、布局形式以及装修方案，在空调方案阶段优化常规做法，如采用空调系统分层设置模式、设置送风岛模式等。航站楼内大跨度空间空调系统剖面方案图如图2 所示。

图2 航站楼内大跨度空间空调系统剖面方案图（来源：作者自绘）

（4）通风设置原则。航站楼内的人员具备较强的流动性，为了保证活动空间的舒适性，对室内空气环境的品质提出更高的要求。高大空间内存在明显的垂直温度梯度，要想较好地控制上部空间温度就需要设置耗能的机械通风系统。此时，如果在屋面设置电动天窗，在外立面高处设置电动型侧窗，那么通过热压和风压的作用可实现自然通风的效果，在过渡季节中能够有效降低运行能耗。VIP 室、办公类用房、餐厅等区域设置机械通风系统，在过渡季节只运行风机不开启冷源，可有效促进自然风的进入，保证室内空气品质的同时降低空调能耗。

4 结语

暖通空调系统是调节机场航站楼室内环境舒适性的主要技术措施，其作为耗能大户，若不优化设计或采用新技术，在长期运行过程中会产生大量的电耗及其他能源消耗，不仅增加了机场的运营成本，还间接影响“双碳政策”目标的实现。因此，开展航站楼暖通空调方案设计时，设计师应全面了解掌握航站楼实际情况，在暖通空调设计中合理纳入各种节能措施、新技术以及新产品，更好地响应“节能减排”“双碳政策”的号召。