建筑节能一体化技术在合肥新桥国际机场T2 航站楼中的应用

庄 璐

随着我国经济的快速发展，建筑业对地球环境与资源的影响也在不断加深，其可持续发展已经成为人们关注的焦点。机场建设从项目立项到施工的全过程，都与生态、环境、资源的协调发展密切相关。为顺应时代发展，践行合肥新桥国际机场集团有限公司“绿色机场”的建设理念，在设计、施工层面从节能入手，有效降低机场建设项目的运营成本，以产生更多的社会效益和经济效益，这是未来机场建设需突破的重点。

安徽省合肥市位于经济和消费最具活力的区域，是长三角世界级城市群副中心和“一带一路”节点城市。《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》指出，优化提升合肥区域航空枢纽功能，加快合肥国际航空货运集散中心建设，是未来发展的重要基础。《合肥新桥国际机场总体规划（2019 版）》将合肥新桥国际机场定位为长三角机场群的重要区域枢纽、合肥都市圈发展的重要支撑、全国性综合交通枢纽的核心，以及合肥国际航空货运集散中心发展的重要载体。在此基础上，以新建T2 航站楼为核心的新一轮扩建工程应运而生，未来新桥机场将成为年旅客吞吐量达8000 万人，集城际、市域地铁和各类交通为一体的新型航空枢纽。

同时，本次航站区扩建工程是新一轮绿色机场建设的先锋，旨在打造国际生态绿色健康机场，将生态、可持续以及健康理念贯穿于设计、建设和运营的全周期，高效利用各种资源，提升旅客在航站楼内的舒适度，减少对环境的影响，营造良好的生态环境。该机场旨在立足行业标准及地方标准，结合我国绿色建筑的新标准和新技术，达到绿色三星级建筑标准，比肩国内顶级绿色航站楼的设计水平。

1 绿色设计目标

将节能技术应用于机场建设，是可持续发展理念在工程建设中的重要表现，以资源的高效利用为中心，追求低耗、高效、环保的同时，最大限度实现经济、社会、环保和生态的综合效益。同时，这一技术的普及还可以为建筑业带来巨大的经济、社会和环保效益。针对机场的节能减排，必须始终坚持以地质、水文学、地貌、生态、气候及人文等多学科为基础，对其进行系统分析与研究的核心思想。绿色评价标准是国内绿色建筑的重要标志。根据《绿色机场规划导则》，合肥新桥国际机场以三星级建筑标准为设计目标，充分运用被动措施，利用自然通风降低负荷，平衡日照与采光，配合高效节能机电系统，打造夏热冬冷地区低能耗航站楼标杆。针对航站楼中不同功能，进行全人员、全空间的健康设计，提升空气品质、水质品质、光环境、热舒适与声环境，同时提供人性化的服务设施。

在技术措施选取方面，结合绿色评价标准，在投资增量最优化的前提下，从更多的维度创建绿色三星机场。结合项目场地条件、功能造型特点，为项目制订可行的绿色三星方案，采取被动为主、结合主动的方式，制订增量较低、收益明显、运行便捷的有关措施[1]。

2 照明分析

对航站楼绿色照明工程不仅仅是从节能的角度进行要求，而要从更高层次角度去诠释，包括节约能源、保护环境，为航站楼内的旅客、工作人员等创造舒适、安全、有益身心健康的绿色照明，促进人与自然、环境与发展、建设与保护、经济增长与社会进步相平衡的机场体系。合理的绿色节能措施落地有赖于对航站楼日照情况和室内照明需求的分析，机场航站楼的照明系统仅次于中央空调系统，能耗最大，因此在确保楼内照明稳定可靠的基础上，必须考虑节能问题。

现代化的航区采用自然光照，这是一种有效节约能源的方式。航站楼最主要的出发层和候机区，为了解决采光均匀度的问题，除幕墙外还引入一定数量的天窗，包括主楼独立式悬井天窗、出楼长廊交接处垂帘天窗和指廊三角形天窗等。天窗是建筑屋面的窗口，是自然光线照射到建筑物内的最佳途径，同时也是建筑物的主要照明方式。平板天窗的应用，首先要在天窗下面装上隔板，将一些光线反射到顶棚上，这样可以让室内的光线更加均匀、柔和，既能满足夏季日照需求，又能适应冬季和夏季太阳高度角度的变化。侧窗照明系统所提供的光线约为屋顶照明系统的40%。中庭照明也是建筑师常用的手段之一，它不仅可以提供直接照明，而且可以让室内的光线向周围扩散。因此，设计团队应根据场地条件和不同工况，按照航站楼整体造型和室内功能需求，通过计算机模拟进行照明技术分析。

根据照明分析的研究，T2 航站楼朝向西侧的倾斜天窗及大部分空侧候机区玻璃幕墙受到的日照强度较大，需要更高性能的物料参数或采用遮阳系统实现照明效果。航站楼体量巨大，面宽近1400 m，主楼面宽近500 m，进深约200 m，若全部采用人工照明能耗过大，需要引入自然光进行日间照明。根据航站楼内的楼层和功能布局，进行室内照明的模拟研究。该系统由一个中心图形工作站构成，可以将各个监控点上多个控制器有机结合起来，从而达到集中管理、分散控制的目的。各监测装置采用总线方式相连，通过软件控制。

每个子系统都可以独立控制，中央工作站可集中控制。出发大厅和主航站楼步行区的照明控制是基于室外照明亮度和航班信息的组合。经过现场测量，结合设计实验室推荐的数据，根据乘客的实际需求设定开/关值，并将受控照明组划分为多个虚拟控制点，由过程控制语言（Powers Process Control Language，PPCL）程序进行控制。该节能方案覆盖航站楼的出发区域，一方面在程序中修改光照度的参照值（图1、图2）来改变照明开关时间，另一方面在程序中利用各时段不同的模式调整照明的开关方案。

图1 14 m 层（出发大厅/国际出发候机）全阴天照明工况（来源：项目团队自绘）

图2 8 m 层（行李提取/国内出发候机）全阴天照明工况（来源：项目团队自绘）

3 建筑节能一体化

机场候机楼是现代多用途的综合性建筑，其灯光设计是不可缺少的内容。航站楼建筑灯光与一般民用建筑相比具有较高的技术指标，是建筑美化、人体工程学、飞行安全性等多方面的综合。在此基础上，提出一种新的可持续发展的方法。为了向旅客提供舒适的出行体验，航站楼采用高大、开敞、明亮的空间，建筑围护系统以玻璃幕墙、嵌入天窗的金属屋面为主。航站楼巨大的尺度，在体形系数上不占优势。一方面，充足的自然采光是环境舒适、减少照明能耗和日常运维成本的保证；另一方面，太阳辐射对物料选择、遮阳系统等能耗控制措施提出更高的要求[2]。在绿色设计方面，应合理处理这一矛盾，将采光与遮阳相结合，同时将被动节能与主动产能相结合。

3.1 光电玻璃与幕墙系统一体化

航站楼的建筑屋面为连续渐变的曲面造型，四周立面以玻璃幕墙为主。根据日照分析，主楼出檐深远，可不再设置单独的遮阳系统。两侧延伸候机指廊朝向东侧的区域由于机位较少，根据建筑整体效果采用以实面为主的幕墙系统。而面向西侧的空侧候机区则根据功能需采用大面积玻璃幕墙，需设置独立的遮阳系统[3]。空侧候机区幕墙采用框架式幕墙系统，板块横向布置，其基本单元尺寸为3600 mm×2000 mm，既可保证旅客在视线上的通透性，又能够适应各种登机桥的入口衔接要求，如图3 所示。

按照绿色建筑标准判断依据，外遮阳的设计标准为降低夏季日照负荷的20%。水平遮阳可以有效遮挡夏季正午时段的日照直射，而西晒难以通过水平遮阳板完全遮挡，需考虑一定的倾斜角度。根据日照分析研究，经多方案比选，采用从水平到倾斜的渐变方案，遮阳百叶宽度为600 mm，距离幕墙1400 mm。

常见的遮阳系统一般为各种形式的铝合金百叶或格栅设施，以避免炫光和降低空调负荷。对于卫星厅的指廊，由于功能需要，其进深小，透明围护结构面积大，不易做活动外遮阳，很容易受到太阳直射光和辐射热的影响[4]。经过研究，传统晶硅系统虽然效率高，但是对日照方向更敏感，需要选择合适的安装角度方能取得较好的效果。同时，需要设置重型的安装支撑结构，常用于开阔场地或大面积平整坚固的屋面结构，难以与建筑结合。而以碲化镉为基础的有机光电材料，则可将普通玻璃幕墙从绝缘体变成发电薄膜太阳能电池，在安装生产工艺上较为简单，只需将发电模组嵌入玻璃系统即可，其他安装工艺与普通玻璃幕墙大致相同，这样可以摆脱厚重的支撑结构，使光伏和建筑一体化成为可能。

最终，为遮阳发电系统设计一种简洁的形式。设置2 根吊索，上端悬挂在屋面钢结构上，下端与航站楼6 m 层混凝土结构相连。尺寸3.6 m×0.6 m 的光伏模组先嵌固在铝合金框架上构成标准单元模块，再串联在吊索系统上。

3.2 光电玻璃与天窗一体化

为了解决大进深建筑空间的采光均匀度问题，航站楼设置了大致均布的不同形式的天窗。其中，位于主楼和长廊之间的垂帘天窗由于朝向西侧，需要进行专门的遮阳系统研究。根据建筑造型特点，垂帘天窗采用向下弯曲的剖面形式，从中部向两侧连续渐变，中部较为水平，两侧坡度逐渐增大，最终延伸至候机长廊，并与垂直侧天窗融为一体[5]。由于采用渐变的造型，天窗在水平方向上有一定变形，通过玻璃板块的依次错动，有序拟合标准化后的板块单元与理论模型，形成丰富的空间效果。

天窗常见的遮阳做法是采用类似铝合金百叶的外遮阳系统，但根据建筑造型的特点不难看出，在渐变的板块上附加遮阳系统会使构造变得较为复杂，对于屋面这种受风荷载作用比较大且必须保证水密、气密性的区域，复杂系统无疑会带来更大的后期运维风险。

因此，与天窗结合的光伏系统将是更加可靠的选择，它可以通过不同的透明度选择实现较好遮阳效果，同时能够提供一定的电能，避免了不必要的复杂系统[6]。

与幕墙外遮阳不同，光伏发电系统与天窗的结合更简单，只需将光伏组件复合在玻璃物料中，替换原有部分，与镀有Low-E 膜层的玻璃组成中空夹层系统即可。在随后的安装、运行维护等方面，与传统玻璃幕墙系统基本相同。

通过与建筑形体的充分结合，光伏系统不再是独立的附加系统，无须通过额外的建筑处理来弱化其影响，一体化设计思想使之成为丰富建筑空间的有机组成部分，整个航站楼也实现了从节能到产能的跃进。

4 结语

节能技术在绿色建筑工程中得到越来越广泛的应用，应用该技术将成为建筑工程施工发展的必然趋势。为了提高机场的节能效果，在建设过程中可能会增加机场项目的建设成本，但是从机场发展的长远利益来看，后期使用中节能所获得的经济效益远远大于建设中的投入。因此，应该在机场建设过程中引入安全高效的节能技术并且加强管理，降低成本，进一步开发与创新节能施工技术，促进建筑行业的发展，从而提升社会效益与经济效益。