航站楼能源方案的优化研究

刘畅，刘宇宁

（北京金茂绿建科技有限公司，北京100000）

1 引言

目前，国内有关航站楼节能方面的研究主要包括2 个方向：一是对航站楼空调负荷特征的研究，包括对机场能耗调查、模拟，温度分布测试等[1～5]；另一方面是研究其节能设计方法[6，7]。而对项目规划阶段的能源规划缺乏系统性研究。本文通过调研现有航站楼能源方案，建立航站区项目负荷预测方法，并提出能源方案优化的评价方法，以实现合理用能和绿色减排。

2 负荷预测

航站楼具有冷热负荷的特点鲜明：全年运行无停休，每日使用时间长，内区全年有供冷需求。因此，虽然在规划阶段，建筑与系统的具体设计参数还无法确定，但根据航站楼共性的设计特点和运营特点及其负荷特点分析，可以选取各气候分区典型城市航站楼进行模拟计算，进而归纳总结各气候分区航站楼建筑的无因次冷热负荷曲线，作为其方案阶段能源规划的依据。

2.1 冷热负荷预测

建筑冷热负荷预测可以通过建筑能耗模拟软件实现，本研究采用清华大学开发的DeST 软件。各个房间的内扰参数设定如表1 所示。需要输入的外扰参数包括：建筑物的热特性、外界气象参数。

从机场航站楼的设计趋势来看，采用透明玻璃幕墙营造出明亮开敞的采光效果是当下流行的设计趋势，因此，航站楼的窗墙比一般建筑都比较大。根据以上原则，对4 个不同气候区的典型机场进行冷热负荷模拟，全年冷热负荷曲线如图1～图4 所示，其中0 轴横坐标以上为热负荷，0 轴横坐标以下为冷负荷。

表1 房间内扰参数

2.2 用电负荷预测

图1 寒冷地区某机场航站楼全年冷热负荷

图2 夏热冬冷地区某航站楼全年冷热负荷

图3 夏热冬暖地区某航站楼全年冷热负荷

图4 温和地区某机场全年冷热负荷

2.2.1 动态负荷计算方法

航站区用电具有负荷等级较高、负荷总量较大、负荷运行平稳的特点，航站楼、停机坪、地勤服务、行李运输、配套酒店、物流储运等多种不同类型的用电负荷共同组成了航站区的总用电负荷需求，并与航班起降时间、架次有比较明显的关联性。因此，航站区的电能需求可以分解到上述负荷结构中的各个环节上。航站区的能源规划可以从每个环节的电能需求角度入手，通过对用电负荷的精算、叠加，预测用电总负荷变化趋势，从而配合完成航站区各种能源整体能源规划。

2.2.2 航站区动态负荷计算方法理论模型

本研究采用动态负荷计算法计算某时段用电量公式，其理论模型如下：

式中，W为耗电量；Wn为分项设备组电量；Pi为设备组额定功率；Pa为设备组平均功率；Kp为预测时刻有功负荷系数；f（Ai）为影响因素系数；g（Bp）为使用因素系数；h（Ctrad）为设备组固有特性系数。

由于受制于该项目进度因素，目前以式（2）为基础，近似用式（5）进行实际计算：

3 典型冷热源方案能耗计算方法研究

通过调研及文献参考，汇总不同气候分区中典型城市现有机场航站区项目能源利用方案、系统形式，以及航站楼建筑体形系数、建筑高度、能源中心位置等影响建筑能耗的设计参数，分析航站区类项目典型用能方案（见表1）。

4 能源规划目标

通过构建能源规划评价指标体系，可以为能源规划目标提供可以衡量的依据。航站区能源规划工作主要由以下几个目标：（1）能源方案安全可靠，保障机场的健康运营；（2）合理有效地利用能源，提高能源利用效率；（3）提供规划期内能源供应的最优方案，实现能源供应成本、时间成本、技术成本最优化。

基于上述目标，本研究确立了能源规划评价指标体系。节能性通过年运行能耗折合标煤量来衡量，经济性通过投资净现值来衡量，环保性通过年碳排放量来衡量。

表1 现有航站区项目能源方案汇总

4.1 不同种类能耗折标方法

在进行能耗比较的时候，不同种类的能耗需要折算到统一的量纲。根据行业标准JG/T 358—2012《建筑能耗数据分类及表示方法》，在本研究中，使用发电煤耗法，统一折算为标煤。

4.2 技术经济评价计算方法

不同的技术方案，其经济性由初投资和运行费用决定。初投资与所选择设备的类型、容量、能效等级有关，运行费用主要与运行能耗、能源价格有关。本研究采用动态分析法评估经济效益。

4.3 碳排放量计算方法

对机场航站区能源系统的碳排放进行评价，首先，要明确温室气体排放的分类。温室气体排放包括直接排放和间接排放，直接排放是指机场航站区能源系统内的温室气体排放；间接排放是指外部购入的电力、热水及蒸汽等二次能源产生的温室气体排放，以及构成系统的设备、管道、构件等材料引起的温室气体排放。通常，构成系统的材料引起的温室气体排放计算难度很大，不是必须计算的项目。参考CECS 374：2014《建筑碳排放计量标准》，根据能源系统运行过程中消耗的能源量，以及各种能源对应的碳排放因子，计算得到碳排放量。

4.4 综合评价分析各项权重

综合考虑，机场航站区能源规划方案的评价指标由节能性、经济性、环保性3 类指标组成，其中各类指标评分项的权重W1、W2、W3具有一定的灵活性。根据机场规模的差异，考虑到不同规模机场的定位不同，枢纽机场和支干线机场的权重取值不同，对于枢纽类机场，航站楼规模大、旅客吞吐量大，吸收投资的能力强，社会影响力广泛，因此，能源规划方案和技术策略应该更加侧重节能和低碳。

进行综合评价，首先选取一个方案作为基准方案，可以选择常规冷热源方案，然后将其他方案与基准方案进行比较，分别计算得出能耗节省百分比Q1、净现值节省百分比Q2、碳排放减少百分比Q3。综合评价指标由式（6）计算：

综合考虑，表2 给出了权重取值。

表2 航站区能源规划方案评价指标的权重

5 结语

本研究对国内典型机场航站楼项目的能源方案进行了调研，总结得到一些共性的特征。在此基础上，对机场航站区的能源规划方法进行了研究。针对机场航站区冷热电负荷预测进行了研究，给出了不同气候分区的典型机场航站区的负荷曲线，在初步设计阶段缺少具体参数时，可以采用近似曲线进行分析。其次，针对常见能源方案，包括离心式冷水机组、市政热网、燃气热水锅炉、直燃机、水源热泵、热电冷三联供、蓄冷系统，编制了能耗及经济性计算表，为能源方案比选提供了方便。综合目前对碳排放测算方法的研究，给出碳排放的计算方法。