夏热冬冷地区机场航站楼被动式节能策略浅析

(中交机场勘察设计院 广东 广州 510230)

机场航站楼是以功能性为主导的公共建筑，规模巨大，系统复杂，往往需占用大量社会资源，同时具有巨大的社会影响力。相对于其他普通公共建筑类型而言，其人流密度大，运营时间长，其建筑用地、建筑规模、建筑工程量十分巨大，应该更加重视技术的成熟度和实效性，强调技术的系统整合与精细化，以系统的完善性来实现技术性能的先进性，保证实际运营的稳定性和可靠性。

本文从湖南省郴州机场航站楼的工程案例出发，在分析航站楼若干特点的基础上，结合夏热冬冷地区地域性特征，主要采用被动式节能技术，实现建筑能耗的减少。通过计算机模拟技术辅助建筑设计，丰富绿色机场的建筑内涵，更好地促进民航业绿色机场的发展。

一、夏热冬冷地区地域性特征

总体而言，夏热冬冷地区的气候特征是夏季炎热且辐射较强，冬季阴冷且潮湿，因此该地区一直是绿色建筑与建筑节能实施的难点与重点区域。

以湖南省郴州市为例，一年中，最冷月为1月，平均低温为3℃；最热月为7月，平均高温为34℃，夏季制冷需求较大；年平均降雨量达1493毫米，全年相对湿度大于65% 的比例占了近70%，应注重除湿防水；年辐射量4053MJ/m2，夏季太阳辐射强度较高，应注重遮阳设计。其中过渡季月份的平均风速都在5m/s 以上，过渡季节有很大的自然通风潜力。

二、机场航站楼空间特征

航站楼的空间特征体现主要由功能需求决定，主要分为旅客服务的高大公共空间与机务工作的辅助性办公空间。

迎送客大厅、值机大厅、候机大厅等旅客服务空间多为净高超6米的高大空间，对通风采光、视野要求较高，所以建筑四面实墙面较少，玻璃幕墙较多，整体窗墙比较大；而工作区与安检区等辅助区域往往布置在建筑中心位置，处于自然通风采光、室外视野的不良位置，主要依靠主动通风、照明措施；航站楼运行时间长，内部人流量大，对室内环境品质要求较高。

三、被动式节能设计理念

从建筑能耗的组成可知，照明、设备、冷水机组、风机，是建筑能耗的主要构成部分。建筑对自然气候条件的适应性设计构成了被动式设计的主要内容，即建筑物本身通过各种自然的方式收集和储存能量，建筑物与其周围环境之间形成自循环系统，利用建筑结构本身完成对自然界的适应，使建筑物以趋利避害的方式节约传统能源。这种被动式设计主要涉及建筑构型、围护结构、通风系统等方面，构成了整个建筑节能设计的基石。在郴州机场航站楼的深化设计过程中，从节能优化前后的能耗分析比对可以发现，能耗显著降低的系统主要为空调系统与照明系统，航站楼建筑在光热节能方面潜力巨大。

四、被动式节能优化措施

通过上述分析,同时结合该项目的设计情况，从窗墙面积比、幕墙热工性能、自然采光、遮阳措施、自然通风、等角度进行节能措施优化，以实现该项目提出的节能目标。

(一)工程实例概况。郴州机场航站楼为中型机场航站楼，位于湖南省郴州市北湖区，作为区域性的重要交通节点，是郴州市标志性的门户形象，预计2025年机场年吞吐量为50.2万人，高峰小时旅客量400人。航站楼建筑采用混凝土框架加轻钢屋面结构，地上2 层，无地下层，主楼面宽105.7米，进深52.75米，建筑基底面积4402 m2，地上建筑面积6470m2，建筑高度18.90米。

(二)控制窗墙面积比。航站楼的主立面为南向，为了有效减少东西晒的影响，建筑主体的东、西立面以实体墙面为主，辅以满足通风要求的竖向外窗；在需要营造通透视觉的迎送客大厅、值机大厅、候机厅等部位采用玻璃幕墙。同时，深化设计比初设方案天窗面积减少12%，在满足自然采光的前提下尽量减小天窗的面积，以减少透过天窗的辐射得热。通过优化设计，东向、西向、南向、北向的窗墙面积比分别为0.09，0.13，0.47，0.30，天窗面积比为0.08，从根本上减少夏季空调负荷，进而降低建筑能耗。

(三)玻璃幕墙热工性能优化。建筑围护结构的热工性能是决定建筑冷热能耗的重要因素。在机场航站楼中，玻璃面所占外围护结构的占比大，优化玻璃的热量透射问题是解决热能的有效措施。

项目在公共区域运用的玻璃幕墙占外墙总面积的35%，经比对，最终采用玻璃型号为GED1259+12A+6 双银中空夹层钢化low-E玻璃+断热铝合金，总体传热系数为2.31W/(m2.K)，遮阳系数为0.431。双银Low-E玻璃比原方案使用的单银Low-E玻璃能够阻挡更多的太阳热辐射热能，即在透光率相同情况下，双银Low-E玻璃具有更低的遮阳系数，能更大限度地将太阳光过滤成冷光源；同时传热系数K值更低，能进一步提高玻璃幕墙、外窗的保温性能，真正达到冬暖夏凉。最终的节能效果都是通过减少了室内外环境透过玻璃进行的热量交换，因此当空调进行制暖或者制冷时，在室内温度达到了设定温度后，空调就能够更长时间的处于待机状态，从而节省耗电量。

(四)自然采光与建筑遮阳。航站楼主要公共空间一般为开敞大空间，开敞通透玻璃幕墙强化了自然采光，创造良好的室内外视觉效果。自然采光不仅是节能技术措施，更大程度上是为了满足旅客心理上的需求，缓解旅客候机、长途旅行的紧张和疲劳。

建筑内部的高大空间净高有5.7米～12.7米，8.3米宽的屋面挑檐形成的遮阳效果有限，因此结合立面造型，在屋檐下部设置2.45米高、与垂直面成45°角倾斜的横向铝合金条状百叶，加强建筑外遮阳的效果；同时对玻璃幕墙分区选用不同镀膜层数、不同釉面密度的low-E玻璃，合理控制阳光透射率和外反射率，保证良好视角效果的同时，改善室内照明均匀度。

(五)自然通风。在满足室内温湿度的前提下,自然通风系统在过渡季利用室外新风进行自然冷却。航站楼南侧为迎送客、值机大厅区域，幕墙上部主要为可开启电动排烟窗，通过建筑机电一体化设计，电动排烟窗在平时可控开启作自然通风使用，与屋顶可开启天窗相结合为上部出风口，进风口设置在玻璃幕墙下部，利用原本较大的空间高差与大面积可开启电动窗，满足室内自然通风风压差要求，实现了洁净自然风的收集与利用。经模拟，航站楼在3～10月大部分时间里，通过自然通风即可满足室内的热舒适性要求。

五、结语

被动式节能减少了对系统设备的运用，通过围护结构的改善设计，由建筑本身完成实现节能效果，主要体现在降低对传统能源的消耗与提升室内空间的舒适度。被动式节能成本少，效益高，节能效果显著，在交通建筑节能中意义重大。