探讨寒冷干燥地区航站楼空调系统节能设计的技术路径

空调节能论文范文第四篇：探讨寒冷干燥地区航站楼空调系统节能设计的技术路径

　　摘要：以新疆地区某机场航站楼空调系统设计为例，结合航站楼空间特性及空调冷热需求特点，探讨了寒冷干燥地区航站楼空调系统节能设计的技术路径，归纳总结了通风系统节能的具体技术措施。

　　关键词：航站楼；寒冷干燥地区；模拟；暖通空调设计；节能；

　　作者简介：韦航，男，1978年1月生，大学，高级工程师100044北京市车公庄大街19号创新楼E-mail:wh@cadg.cn;

　　基金："十三五"国家重点研发计划项目"公共交通枢纽建筑节能关键技术与示范工程"（编号：2018YFC0705000）；

　　0 引言

　　据统计，截止到2019年底，我国民用机场已达236座，未来的飞机出行，已成为人们越来越多的选择。

　　机场能耗中，航站楼的空调系统能耗占建筑总运行能耗的40%~60%,加上机场航站楼具有空间跨度大、高大空间的特点，玻璃围护结构面积大、为美观设计的灯光照明系统多，机场航站楼的空调系统设计相对于一般建筑形式更为复杂[1].

　　本文研究了我国西北寒冷干燥地区的气象参数，结合某机场航站楼项目的暖通空调设计，探讨寒冷干燥地区机场航站楼暖通空调系统设计，以期为此类地区机场航站楼建筑的暖通空调设计提供一些思路。

　　1 寒冷干燥地区气象特点

　　我国西北地区的陕西、青海、西藏、甘肃和新疆纬度高，常年干旱少雨，气候冬季寒冷、夏季温热，气温年较差大，气温日较差亦大。冬季1月最冷，夏季7月最热。由于干旱少雨，造成气候干燥，空气湿度低，但是在夏季雨水稍多，湿度会有所增加。降水的年际变化大。由于西北地区海拔较高，气压低，空气稀薄，且PM2.5浓度较低，因此太阳辐射透过率相对我国其他地区较大，随着海拔的增高，太阳辐射透过率增大。表1给出了对西北寒冷干燥地区几个代表性城市夏季室外干、湿球温度的统计结果。

　　表1 西北地区夏季室外计算干湿球温度统计结果 ℃ 

　　从表1可以看出，我国西北寒冷干燥地区夏季湿球温度相比中西部平原地区普遍较低，都在23 ℃以下，这是由西北地区干燥的气候决定的。由此带来的室外干湿球温差相对较大，西北五省的大部分城市，室外干湿球温差都在10 ℃左右，在新疆的阿克苏地区，干湿球温差可达16.6 ℃。

　　因此，针对西北寒冷干燥地区，暖通空调设计时需要充分考虑室外新风显热大、潜热小的特点，有时候计算结果为负值，更需要注意。

　　2 工程概况

　　该项目所在地为新疆地区，机场航站楼总建筑面积11.5万m2,主楼屋面最高点34.5 m.航站楼地面建筑2层：1层为旅客的行李提取及分拣大厅、进站大厅、候机大厅及办公室；2层为安检大厅、国内国外出发大厅及商业餐饮。地下1层，主要为设备机房、交通连廊、厨房、停车库等。航站楼建成后预计旅客吞吐量每年将达到800万人次，预计高峰流量4 350人/h.

　　3 负荷计算结果及空调系统设计

　　结合项目所在地室外设计参数及选取的室内设计参数，经计算，航站楼夏季空调冷负荷为16 400 kW,冬季空调热负荷为16 075 kW,生活热水热负荷为1 965 kW.

　　经过设计选型，该项目选取间接蒸发与传统制冷双温型冷水机组系统的形式，机房设置在1层室外，夏季由间接蒸发与传统制冷双温型冷水机组提供10 ℃/15 ℃的低温空调冷水和15 ℃/21 ℃的高温空调冷水。冬季由燃气热水锅炉提供55 ℃/40 ℃的空调热水。

　　由于机场航站楼建筑具有如下特殊性：1） 围护结构大都采用中空玻璃，太阳辐射得热量大；2） 空间高大，容易造成竖向温度冷热不均；3） 在水平方向上，由于航站楼跨度大、进深大，容易造成温度、气流速度梯度过大[2];4） 不同时间段，机场人员密度差别较大，给负荷计算带来很大的困难。因此，经过综合考虑，该航站楼的空调系统末端组织形式如下：

　　1） 在大空间区域，采用一次回风定风量全空气空调系统，最小新风比为15%,过渡季采取全新风运行。由于地处寒冷干燥地区，在地下机房内增加高压微雾加湿系统，以保证航站楼内空气湿度。

　　2） 全空气空调系统及新风系统均按照单个系统服务面积不超过1 000 m2、作用半径不超过40 m划分。航站楼全新风空调系统末端共设置33台全空气机组和25台全热回收新风机组。

　　3） 航站楼靠近玻璃幕墙的区域采用地板辐射供暖的供热方式，供/回水温度为50 ℃/40 ℃，水系统采用双管异程式。

　　4 通风系统设计

　　航站楼内由于有值机岛，局部有夹层，空间较为复杂，且部分区域受空间利用的限制无法敷设风管，故采用计算机模拟仿真计算，以辅助空调气流组织设计。

　　影响航站楼内气流组织的因素有：送回风口的型式和位置、出口风速、送风量、送风温度、房间的几何形状及大门的位置等，其中送风口的型式和位置、出口风速、送风量、送风温度是主要影响因素。

　　该项目分别建立了A、B、C区内大空间空调区域的三维计算模型，对航站楼内气流的温度场、速度场进行了模拟，如图1所示。

　　图1 航站楼分区示意图

　　对于A区来说，设计上存在下面几个问题：

　　1） 有值机岛，室内上部空间无受力支撑，不具备敷设空调送风管条件。

　　2） 有安检区，安检区域采用玻璃隔断形式，温度分布不均匀现象严重。

　　3） 由于值机岛与安检区隔断，照明灯具无法统一布置。

　　根据模拟计算，该项目A区在值机岛及安检区的中间区域4 m高度处增设2个吊顶，在吊顶上方设置空调送回风管，吊顶两侧设置鼓形喷口侧送风，4 m高度处设置百叶风口上回风，见图2.模拟结果显示，增设吊顶后，A区内气流的温度场及速度场均能满足设计要求。此外，增设的吊顶还解决了照明灯具较难布置的问题[3].

　　图2 A区气流组织简图

　　对于B区来说，候机大厅同样不具备条件敷设空调风管的区域，同时，由于高大空间竖直方向容易产生温度梯度，室内风机盘管的送回风均存在路线短、换热效果不明显问题。

　　根据模拟计算，该项目B区采用风塔顶部喷口送风、下部均匀回风的方式。风塔底部四周设置高800 mm的回风百叶，回风百叶距离地面200 mm, 见图3.此方案有效解决了送回风路线太短的问题，B区内气流的温度场及速度场得到明显改善。

　　图3 B区气流组织简图

　　对于C区来说，由于需要同时承担南向及东向、西向三面玻璃幕墙的热传递，空调冷负荷较大，且此处无房中房，同样缺乏空调风管的敷设条件。

　　根据模拟计算，C区采用2个小型风塔送风，同时调整风塔的位置及每个风塔内喷口的送风量，见图4.模拟结果显示，均匀布置的小型风塔送风方案较有效地解决了冷热分布不均问题，C区内气流的温度场及速度场均能满足设计要求。

　　图4 C区气流组织简图

　　该项目航站楼的通风系统设计如下：

　　1） A区，即连廊、行李提取及分拣厅、进站大厅、候机大厅送风采用鼓形喷口侧送风方式，回风采用百叶风口上回风的方式；

　　2） B区，即旅客到达区送风采用风塔鼓形喷口侧送风方式，回风采用风塔下部均匀回风方式；

　　3） C区，国内外出发区送风采用均匀布置的小型风塔鼓形喷口侧送风方式，回风采用小型风塔下部均匀回风方式。

　　通过上述优化设计，针对不同的服务区域设置了不同形式的气流组织形式，既解决了高大空间中送风距离过长的问题，形成了舒适的温湿度场，保证了人员活动区的舒适性；同时实现了分层空调的设计效果，在高大空间中形成了合理有效的温湿度梯度。分层空调的设计，也大大降低了空调系统能耗。

　　5 空调系统分析

　　该项目结合西北地区气候干冷的特点，采用基于温湿度独立控制的间接蒸发与传统制冷双温型冷水机组系统，该系统主要由间接蒸发冷水机组、电制冷冷水机组及相应的高低温冷水循环泵组成。

　　根据空调系统冷负荷计算，设计冷负荷为16 400 kW.考虑到管道等过程热损失，机组选型时预留一定冷量。因此，该项目选用7台单机制冷量为2 418 kW的间接蒸发与传统制冷双温型冷水机组，搭配相应的冷水循环泵及水处理设备，布置在航站楼1层室外绿地处。

　　为便于比较，进行了该方案与传统电制冷方案的投资及年运行能耗比较分析，结果见表2.

　　表2 年运行能耗及投资分析 

　　由表2可知，相对于传统电制冷系统，该系统运行能耗减少25%,初投资增加8.5%.虽然该系统初投资有所增加，但运行能耗减少幅度较大，综合来看，具有良好的节能效益。

　　该系统可以在不同的室外气候条件下，单独或联合使用间接蒸发制冷和传统制冷方式，实现了温度的梯级利用，最大化节能。末端机组及盘管绝大多数时间可以在高温工况运行，供水温度高于室内露点温度，无冷凝水产生，避免了结露和细菌滋生，不会对室内造成二次污染。并且可以制取高温和低温2种不同温度的水，可以将温湿度处理解耦，实现温度和湿度分别处理，空调区的全部显热负荷由干工况室内末端设备承担，空调区的全部散湿量由经湿处理的干空气承担，提高了空调系统的能源利用效率。相对于常规空调系统，该系统能更好地实现对建筑内热湿环境的控制，且具有较大的节能潜力[4].该方案可减少设备的装机容量，减少电气负荷，减少机房面积，提高了建筑的空间利用率。系统运行方式如下：

　　1） 室外温度低于室内设计温度时，仅采用机械通风加自然通风的复合通风方式。

　　2） 室外温度升高但采用蒸发制冷即可满足室内温湿度要求时，只开启间接蒸发冷水机组，关闭传统电制冷机组。

　　3） 当室外温度继续升高，蒸发制冷不满足室内温湿度要求时，开启间接蒸发冷水机组，传统电制冷机组部分负荷运行。

　　4） 当建筑冷负荷达到设计负荷时，间接蒸发冷水机组和传统电制冷机组联合运行。

　　6 结语

　　寒冷干燥地区由于气候干燥，空气湿度低，室外干湿球温差相对较大，太阳辐射透过率高，在暖通空调的设计上要充分考虑室外空气显热大、潜热小的特点。而另一方面，机场航站楼由于是高大空间建筑，横向跨度大、进深长，空间复杂、涵盖的区域功能多样化，给暖通空调系统的设计增加了难度。

　　该项目针对寒冷干燥地区的特性及航站楼的特点，对暖通空调系统的设计方案进行了充分的研究、论证，同时，借助了计算机模拟技术对航站楼内空调通风系统的设计进行了模拟分析，提出了优化的设计方案。模拟结果显示，采用优化设计方案各室内参数基本达到了设计要求。该项目方案探讨了寒冷干燥地区气候问题及航站楼的空间问题，可为今后类似工程提供设计参考。

　　参考文献

　　[1]张力国实例分析国际机场航站楼空调设计中相关问题[J]建筑工程技术与设计， 2017（5）：592

　　[2]高珊，等。气流组织方式对室内热环境的影响[J]城市建设理论研究， 2014,34:598- 599

　　[3]戴-正，等航站楼改扩建设计的模式研究--以兰州中川T1、 T2航站楼改扩建方案为例[J]建筑技艺， 2019（4）：108- 111

　　[4]刘晓华，江亿，张涛温湿度独立控制空调系统[M].2版。北京：中国建筑工业出版社，2013:114- 136