夏熱冬冷地區(qū)機(jī)場(chǎng)航站樓被動(dòng)式節(jié)能策略淺析

(中交機(jī)場(chǎng)勘察設(shè)計(jì)院 廣東 廣州 510230)

機(jī)場(chǎng)航站樓是以功能性為主導(dǎo)的公共建筑，規(guī)模巨大，系統(tǒng)復(fù)雜，往往需占用大量社會(huì)資源，同時(shí)具有巨大的社會(huì)影響力。相對(duì)于其他普通公共建筑類型而言，其人流密度大，運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)，其建筑用地、建筑規(guī)模、建筑工程量十分巨大，應(yīng)該更加重視技術(shù)的成熟度和實(shí)效性，強(qiáng)調(diào)技術(shù)的系統(tǒng)整合與精細(xì)化，以系統(tǒng)的完善性來實(shí)現(xiàn)技術(shù)性能的先進(jìn)性，保證實(shí)際運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定性和可靠性。

本文從湖南省郴州機(jī)場(chǎng)航站樓的工程案例出發(fā)，在分析航站樓若干特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)地域性特征，主要采用被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的減少。通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)輔助建筑設(shè)計(jì)，豐富綠色機(jī)場(chǎng)的建筑內(nèi)涵，更好地促進(jìn)民航業(yè)綠色機(jī)場(chǎng)的發(fā)展。

一、夏熱冬冷地區(qū)地域性特征

總體而言，夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征是夏季炎熱且輻射較強(qiáng)，冬季陰冷且潮濕，因此該地區(qū)一直是綠色建筑與建筑節(jié)能實(shí)施的難點(diǎn)與重點(diǎn)區(qū)域。

以湖南省郴州市為例，一年中，最冷月為1月，平均低溫為3℃；最熱月為7月，平均高溫為34℃，夏季制冷需求較大；年平均降雨量達(dá)1493毫米，全年相對(duì)濕度大于65% 的比例占了近70%，應(yīng)注重除濕防水；年輻射量4053MJ/m2，夏季太陽輻射強(qiáng)度較高，應(yīng)注重遮陽設(shè)計(jì)。其中過渡季月份的平均風(fēng)速都在5m/s 以上，過渡季節(jié)有很大的自然通風(fēng)潛力。

二、機(jī)場(chǎng)航站樓空間特征

航站樓的空間特征體現(xiàn)主要由功能需求決定，主要分為旅客服務(wù)的高大公共空間與機(jī)務(wù)工作的輔助性辦公空間。

迎送客大廳、值機(jī)大廳、候機(jī)大廳等旅客服務(wù)空間多為凈高超6米的高大空間，對(duì)通風(fēng)采光、視野要求較高，所以建筑四面實(shí)墻面較少，玻璃幕墻較多，整體窗墻比較大；而工作區(qū)與安檢區(qū)等輔助區(qū)域往往布置在建筑中心位置，處于自然通風(fēng)采光、室外視野的不良位置，主要依靠主動(dòng)通風(fēng)、照明措施；航站樓運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，內(nèi)部人流量大，對(duì)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)要求較高。

三、被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)理念

從建筑能耗的組成可知，照明、設(shè)備、冷水機(jī)組、風(fēng)機(jī)，是建筑能耗的主要構(gòu)成部分。建筑對(duì)自然氣候條件的適應(yīng)性設(shè)計(jì)構(gòu)成了被動(dòng)式設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，即建筑物本身通過各種自然的方式收集和儲(chǔ)存能量，建筑物與其周圍環(huán)境之間形成自循環(huán)系統(tǒng)，利用建筑結(jié)構(gòu)本身完成對(duì)自然界的適應(yīng)，使建筑物以趨利避害的方式節(jié)約傳統(tǒng)能源。這種被動(dòng)式設(shè)計(jì)主要涉及建筑構(gòu)型、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、通風(fēng)系統(tǒng)等方面，構(gòu)成了整個(gè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的基石。在郴州機(jī)場(chǎng)航站樓的深化設(shè)計(jì)過程中，從節(jié)能優(yōu)化前后的能耗分析比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)，能耗顯著降低的系統(tǒng)主要為空調(diào)系統(tǒng)與照明系統(tǒng)，航站樓建筑在光熱節(jié)能方面潛力巨大。

四、被動(dòng)式節(jié)能優(yōu)化措施

通過上述分析,同時(shí)結(jié)合該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)情況，從窗墻面積比、幕墻熱工性能、自然采光、遮陽措施、自然通風(fēng)、等角度進(jìn)行節(jié)能措施優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目提出的節(jié)能目標(biāo)。

(一)工程實(shí)例概況。郴州機(jī)場(chǎng)航站樓為中型機(jī)場(chǎng)航站樓，位于湖南省郴州市北湖區(qū)，作為區(qū)域性的重要交通節(jié)點(diǎn)，是郴州市標(biāo)志性的門戶形象，預(yù)計(jì)2025年機(jī)場(chǎng)年吞吐量為50.2萬人，高峰小時(shí)旅客量400人。航站樓建筑采用混凝土框架加輕鋼屋面結(jié)構(gòu)，地上2 層，無地下層，主樓面寬105.7米，進(jìn)深52.75米，建筑基底面積4402 m2，地上建筑面積6470m2，建筑高度18.90米。

(二)控制窗墻面積比。航站樓的主立面為南向，為了有效減少東西曬的影響，建筑主體的東、西立面以實(shí)體墻面為主，輔以滿足通風(fēng)要求的豎向外窗；在需要營(yíng)造通透視覺的迎送客大廳、值機(jī)大廳、候機(jī)廳等部位采用玻璃幕墻。同時(shí)，深化設(shè)計(jì)比初設(shè)方案天窗面積減少12%，在滿足自然采光的前提下盡量減小天窗的面積，以減少透過天窗的輻射得熱。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，東向、西向、南向、北向的窗墻面積比分別為0.09，0.13，0.47，0.30，天窗面積比為0.08，從根本上減少夏季空調(diào)負(fù)荷，進(jìn)而降低建筑能耗。

(三)玻璃幕墻熱工性能優(yōu)化。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能是決定建筑冷熱能耗的重要因素。在機(jī)場(chǎng)航站樓中，玻璃面所占外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的占比大，優(yōu)化玻璃的熱量透射問題是解決熱能的有效措施。

項(xiàng)目在公共區(qū)域運(yùn)用的玻璃幕墻占外墻總面積的35%，經(jīng)比對(duì)，最終采用玻璃型號(hào)為GED1259+12A+6 雙銀中空夾層鋼化low-E玻璃+斷熱鋁合金，總體傳熱系數(shù)為2.31W/(m2.K)，遮陽系數(shù)為0.431。雙銀Low-E玻璃比原方案使用的單銀Low-E玻璃能夠阻擋更多的太陽熱輻射熱能，即在透光率相同情況下，雙銀Low-E玻璃具有更低的遮陽系數(shù)，能更大限度地將太陽光過濾成冷光源；同時(shí)傳熱系數(shù)K值更低，能進(jìn)一步提高玻璃幕墻、外窗的保溫性能，真正達(dá)到冬暖夏涼。最終的節(jié)能效果都是通過減少了室內(nèi)外環(huán)境透過玻璃進(jìn)行的熱量交換，因此當(dāng)空調(diào)進(jìn)行制暖或者制冷時(shí)，在室內(nèi)溫度達(dá)到了設(shè)定溫度后，空調(diào)就能夠更長(zhǎng)時(shí)間的處于待機(jī)狀態(tài)，從而節(jié)省耗電量。

(四)自然采光與建筑遮陽。航站樓主要公共空間一般為開敞大空間，開敞通透玻璃幕墻強(qiáng)化了自然采光，創(chuàng)造良好的室內(nèi)外視覺效果。自然采光不僅是節(jié)能技術(shù)措施，更大程度上是為了滿足旅客心理上的需求，緩解旅客候機(jī)、長(zhǎng)途旅行的緊張和疲勞。

建筑內(nèi)部的高大空間凈高有5.7米～12.7米，8.3米寬的屋面挑檐形成的遮陽效果有限，因此結(jié)合立面造型，在屋檐下部設(shè)置2.45米高、與垂直面成45°角傾斜的橫向鋁合金條狀百葉，加強(qiáng)建筑外遮陽的效果；同時(shí)對(duì)玻璃幕墻分區(qū)選用不同鍍膜層數(shù)、不同釉面密度的low-E玻璃，合理控制陽光透射率和外反射率，保證良好視角效果的同時(shí)，改善室內(nèi)照明均勻度。

(五)自然通風(fēng)。在滿足室內(nèi)溫濕度的前提下,自然通風(fēng)系統(tǒng)在過渡季利用室外新風(fēng)進(jìn)行自然冷卻。航站樓南側(cè)為迎送客、值機(jī)大廳區(qū)域，幕墻上部主要為可開啟電動(dòng)排煙窗，通過建筑機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，電動(dòng)排煙窗在平時(shí)可控開啟作自然通風(fēng)使用，與屋頂可開啟天窗相結(jié)合為上部出風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在玻璃幕墻下部，利用原本較大的空間高差與大面積可開啟電動(dòng)窗，滿足室內(nèi)自然通風(fēng)風(fēng)壓差要求，實(shí)現(xiàn)了潔凈自然風(fēng)的收集與利用。經(jīng)模擬，航站樓在3～10月大部分時(shí)間里，通過自然通風(fēng)即可滿足室內(nèi)的熱舒適性要求。

五、結(jié)語

被動(dòng)式節(jié)能減少了對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)用，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改善設(shè)計(jì)，由建筑本身完成實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，主要體現(xiàn)在降低對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗與提升室內(nèi)空間的舒適度。被動(dòng)式節(jié)能成本少，效益高，節(jié)能效果顯著，在交通建筑節(jié)能中意義重大。