虹桥交通枢纽T2航站楼节能研究

虹桥交通枢纽T2航站楼节能研究

华东建筑设计研究院有限公司 衣健光m

摘要 通过对比分析该航站楼的全年建筑能耗,找出影响其建筑能耗的主要因素并进行

节能优化,以达到最佳的节能效果。空调系统能耗与照明系统能耗约占T2航站楼总能耗的78%,节能潜力巨大,是节能研究的重点。采取一系列节能优化措施后,T2航站楼的能耗有明显的下降,与GB50189)2005《公共建筑节能设计标准》的基准模型相比,其全年能耗降低约30%。

关键词 航站楼 能耗分析模型 基准模型 设计模型 全年能耗分析 节能潜力

ResearchonenergyefficiencyinHongqiao

TransportHubTerminal2

ByYiJianguang

n

Abstract Byanalysingandcomparingtheannualbuildingenergyconsumptionoftheterminal,findsoutthemajorfactoraffectingitsbuildingenergyconsumptionandadoptssomeenergysavingmeasurestoachievethebestenergyefficiency.Theenergyconsumptionofairconditioningsystemandlightingsystemaccountsforabout78%oftotalenergyconsumptionoftheterminalshowinganenormouspotentialinenergysavinginthetwosystems,thereforetheyshouldbeemphasizedinenergyefficiencyresearch.Afteradoptingaseriesofenergyoptimizationmeasures,theenergyconsumptionofTerminal2dropssignificantly.ComparedtothebaselinemodelstipulatedinGB50189)2005theDesignstandardforenergyefficiencyofpublicbuildings,theannualenergyconsumptionofTerminal2reducesbyabout30%.

Keywords terminal,energyconsumptionanalysismodel,baselinemodel,designmodel,annualenergyconsumptionanalysis,energysavingpotential

nEastChinaArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd.,Shanghai,China

0 引言

虹桥综合交通枢纽是航空港、高速铁路、长三角地区城际铁路、长途汽车与市内轨道交通、公交、出租车等各种交通方式紧密衔接、便捷换乘的现代化大型综合交通枢纽。虹桥综合交通枢纽T2航站楼(以下简称/T2航站楼0)是虹桥综合交通枢纽的重要组成部分,T2航站楼与交通枢纽相互融合,功能分工明确,流程便捷顺畅。根据虹桥机场总体规划(2005年修编),机场总体规划的目标是年旅客吞吐量3000万人次,其中T2航站楼的规划目标是在近期满足年旅客吞吐量2100万人次,并预留未来发展到3000万人次的条件。

T2航站楼位于虹桥综合交通枢纽东侧,用地范围西起七莘路道路红线,东至T2航站楼与其站坪30m分界线,南北向均至与市政总体分界红线。T2航站楼由主楼和长廊(包括5个指廊:北单侧指廊、东一双侧指廊、中央单侧指廊、东二双侧指廊和南单侧指廊)组成,旅客工艺流程为/二层式0布局,出发和到达旅客被安排在不同层面上,互不交叉和干扰。建筑地下1层,地上12层。总建筑面积257266m2。航站楼实景如图1所示。1 可持续建筑设计理念

T2航站楼具有以下特点:占地面积大、跨度大、空间高大、外围护结构面积大、玻璃幕墙面积大、空调与照明系统能耗大、建筑材料使用量大。如在规划、设计、施工和运行过程中不加以重视,必将引起极大的浪费。因此,如何节约资源(能源、

*

m衣健光,男,1976年1月生,硕士研究生,高级工程师

200002上海市江西中路246号6楼华东建筑设计研究院

有限公司

(021)632174206630E-mail:jianguang_yi@ecadi.com收稿日期:2011-09-21 12暖通空调HV&AC 2011年第41卷第11期机场建筑

上海市典型气象年(TMY3)8760h的气象参数。能耗分析中采用的天然气费率为2.3元/m,上海

市电价如表1所示。能耗分析模型如图3所示。

表1 上海市电价

时段

08:00)11:00,13:00)15:00,18:00)21:0006:00)08:00,11:00)13:00,15:00)18:00, 21:00)22:0022:00)06:00

电价/(元/(kW#h))1.0020.6820.446

3

图1 T2航站楼俯瞰实景

水、土地和材料)、保护环境并为旅客提供优质和人性化服务,是T2航站楼设计面临的巨大挑战。

T2航站楼从策划开始就提出建设与节约并重的原则,始终把可持续发展的研究工作放在一个突出的位置,并全面参照美国LEEDTM-NC2.2(Leadership

in

Energy

and

Environmental

图3 能耗分析模型

Design)标准,紧密结合项目特点,采用切实可行、高效的绿色建筑节能技术,特别是被动式绿色建筑技术,将虹桥机场T2航站楼打造成一个节能、高效、舒适、环保的航站楼。2 全年能耗分析方法

在该项目全年能耗分析中,采用了逐时能耗分析软件Equest3.61,并分别根据设计资料、GB50189)2005《公共建筑节能设计标准》和ASHRAE90.1-2004《美国非住宅建筑节能标准》建立能耗分析模型,分别简称为/设计模型0、/GB模型0和/ASHRAE模型0。通过能耗模拟,对T2航站楼的全年能耗进行分析,并与基准模型进行比较,进而提出节能优化措施,建立一个优化模型,使其能耗比GB模型降低30%,也优于ASHRAE模型的能耗性能指标。能耗分析的思路如图2所示。

设计模型GB模型ASHRAE模型照明优化模型自然通风模型自然采光模型COP=6.1模型

4 T2航站楼节能潜力分析

首先通过比较设计模型与GB模型和ASHRAE模型的能耗,得到设计模型的能耗水平;然后对设计模型能耗组成进行横向比较,找出建筑能耗过高的原因,为采取节能措施提供依据。4.1 设计模型的能耗水平

各模型全年能耗指标与全年能耗成本指标见表2,3,可以看出,设计模型的能耗相当高,单位面积年耗电达到了509kW#h/m。设计模型的总能耗与GB模型相当,比ASHRAE模型高出34.8%;设计模型的总能耗成本分别比GB模型低3.6%,比ASHRAE模型高48.7%。

表2 单项节能措施节能效果比较1

节能措施

全年峰值用电/kW316183247821071224853214331618298293190231902

全年用电指标/(kW#h/m2)

509526312328500509498504506

全年用气指标/(MJ/m2)351288497438336351351351351

年总能耗指标/(MJ/m2)218321811620161920562183214621662172

2

图2 节能优化方法

大温差模型变频模型

3 能耗分析模型建立

能耗分析的输入参数包括平面布局、内部功能分隔、窗墙面积比、天窗面积比、建筑围护结构热工性能以及空调系统的设计参数、人流密度、照明功率密度等,均依据设计文件确定(由于篇幅所限,本文不再赘述)。能耗分析模型中采用的气象参数为 如果说ASHRAE模型可以代表美国公共建筑的平均能耗水平,那么设计模型的能耗约为美国

公共建筑平均能耗的1.5倍。可以看出,T2航站楼具有巨大的节能潜力,特别是与绿色建筑能耗水平差距很大。因此,非常有必要采取一系列节能优化措施来降低其能耗。2011(11)衣健光:虹桥交通枢纽T2航站楼节能研究

表3 单项节能措施节能效果比较2

元/m2

节省成本

0-131141121136722

13

从窗墙面积比、建筑围护结构、照明系统、空调系统、自然通风、自然采光等角度进行节能措施优化,

以实现该项目提出的节能目标。1)窗墙面积比

T2航站楼的主立面为东西向的,为了有效减少西晒对其能耗的影响,主楼部分的西立面以实体墙为主,辅以满足采光要求的外窗;仅在需要营造通透视觉的办票大厅、出发大厅、出发候机厅等部位采用玻璃幕墙。同时,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0.57,0.10,0.39,0.41,天窗面积比为0.14,从根本上减少夏季空调负荷,进而降低建筑能耗。2)建筑围护结构

玻璃幕墙主要采用两种型式:①8Low-e+12A+8.3.8中空夹层钢化玻璃+断热型材;②8Low-e+12A+8中空钢化玻璃+断热型材。传热系数为2.25W/(m#K),遮阳系数为0.33~0.35。铝板幕墙采用30mm厚挤塑聚苯板+200mm厚砂加气混凝土砌块保温构造。清水混凝土墙采用100mm厚半硬质憎水性岩棉保温板。3)照明配电密度

在满足各空间工作平面照度和照明均匀性的前提下,尽可能采用高效的照明方式及选用新型、高效的光源和灯具,优化后的照明功率密度采用GB50034)2004《建筑照明设计标准》的目标值。4)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。根据设计资料,在能耗模拟中设置仅4月和11月采用自然通风。T2航站楼自然通风开窗方案为:在东立面玻璃幕墙4.2m以上共设置3排3m@1.2m的可开启电动窗供过渡季自然通风使用。进风口设置在玻璃幕墙下部,出风口设置在玻璃幕墙上部。开启窗扇均匀成组布置,使之在玻璃幕墙中形成有序的韵律。5)自然采光

综合考虑旅客视觉通透性要求和自然采光性能要求,T2航站楼8.55m候机厅东立面离地3.6m以下的玻璃幕墙采用8Low-e+12A+8.3.8中空夹层钢化玻璃;离地3.6m以上的玻璃幕墙采2

节能措施 设计模型GB模型ASHRAE模型照明优化模型自然通风模型自然采光模型COP=6.1模型大温差模型变频模型

全年用电成本326343203209321292319324324

全年用气成本22

1831271620222222

总能耗成本348361234236337312341346346

4.2 T2航站楼节能潜力分析

通过比较三个模型全年能耗组成,可以为设计师提供节能优化的具体依据。三个模型的年耗电量和年耗气量见图4,5。

图4 各模型能耗组成全年耗电量比较

图5 各模型全年耗气量比较

由图4可见,照明、风机、冷水机组和水泵的耗电在三个模型间差异较大,尤其是设计模型和ASHRAE模型之间的差异尤为明显。ASHRAE模型的照明功率密度比设计模型低40%~50%;ASHRAE模型全部采用了VAV系统并设置了高效率的冷水机组(COP=6.1),使风机、冷水机组和水泵的耗电量也大为下降。

通过上述分析可知,空调系统能耗与照明系统能耗约占整个建筑能耗的78%,节能潜力巨大,是节能研究的重点。另外,减少照明配电会使供热耗气量增加,因此在降低照明配电的同时,也要注意通过提高围护结构的保温性能来降低供热耗气量。5 T2航站楼节能优化措施研究5.1 节能优化措施

通过上述分析,同时结合该项目的设计情况, 14暖通空调HV&AC 2011年第41卷第11期机场建筑

用8Low-e+12A+8.3.8中空夹层钢化玻璃,且第三面为彩釉面,覆盖率为50%。主楼内天井玻璃幕墙局部采用8Low-e+12A+8中空钢化玻璃,第三面为磨砂面。T2航站楼出发层设置条状天窗,天窗采用Low-e中空夹胶玻璃,在天窗下吊挂穿孔板或者在天窗外设置遮阳百叶,以改善室内照明均匀度。6)空调系统

综合考虑使用要求、运行时间、运行费用、初投资、先进性、经济性以及工程可行性等进行优化选择。主要针对以下三点进行分析:高效率冷水机组(COP=6.1),空调水系统采用大温差(5.2e/12.8e),水泵变频。5.2 节能措施效果分析

表2与表3为各节能措施节能效果的比较,可以看出,与设计模型相比,照明优化模型的单位面积年能耗降低25.8%,每年可以减少能耗成本约32.2%;自然通风模型的单位面积年能耗降低5.8%,每年可以减少能耗成本约3.2%;自然采光模型的单位面积年能耗降低8.8%,每年可以减少能耗成本约10.3%。照明配电的优化是对建筑能耗影响最大的一个节能措施,其次是自然采光,然后依次是自然通风、高效率冷水机组、水泵变流量和大温差。

5.3 综合优化模型能耗分析

图4为各模型的能耗组成比较,优化模型中照明能耗最低,因为对照明进行了相当程度的优化而大大降低了用电量;而设备能耗未变,因为没有经过优化。在空调系统能耗方面,ASHRAE模型中各空调区都采用了VAV系统,且水泵采用了一次泵变流量系统,而优化模型仅部分采用VAV系统和三次泵变流量控制,虽使风机和水泵能耗略有下降,但总体能耗仍比ASHRAE模型高。

图5为各模型全年耗气量的比较,综合优化模型的耗气量比设计模型要略高,这是因为照明配电的大幅下降使供热能耗有所增加。由于供热能耗所占比例较小,所以不影响整体能耗的下降。ASHRAE模型的耗气量比优化模型大的原因是外围护结构的保温性能差。

综合优化模型在采用了一系列节能措施后,能耗及能耗成本有显著下降(见表4,5)。优化模型与设计模型相比,全年用电每m2减少了36.7%,电费成本减少了40.6%;与GB模型和ASHRAE模型相比,全年用电分别减少了42.2%和2.6%,电费成本减少了43.4%和4.5%。优化模型的总能源消耗和能源成本比设计模型下降了41.5%和36.2%,比GB模型下降了29.2%和38.5%,比ASHRAE模型下降了4.7%和4.9%。也就是说优化模型的设计已经显著超越了GB50189)2005《公共建筑节能设计标准》,并已经达到了ASHRAE90.1)2001《美国非住宅建筑节能标准》所规定的节能水平。

表4 综合优化模型全年能耗指标比较

全年峰值用电/kW

设计模型GB模型ASHRAE模型综合优化模型

31618324782107121376

全年用电指标/(kW#h/m2)

619640380370

全年用气指标/(MJ/m2)428350605547

年总能耗指标/(MJ/m2)2657265419711878

表5 综合优化模型全年能耗成本比较 元/m2

全年电费成本

设计模型GB模型ASHRAE模型综合优化模型

397417247236

全年用气成本

26223734

总能耗成本

423439284270

节省成本

0-16139153

同时,建议在T2航站楼的实际运行中控制室内设备,包括办公设备和小电器等的用电负荷,尽量采用节能产品,从而进一步降低T2航站楼的运行能耗。6 结语

影响航站楼运行能耗的因素非常复杂,如果能在设计阶段对其进行分析并进行优化,必将起到事半功倍的效果。本文通过对T2航站楼的能耗对比分析,找出影响该建筑能耗的主要因素,并对其进行节能优化,以达到最优的节能效果。

经初步分析,空调系统能耗与照明系统能耗约占T2航站楼能耗的78%,节能潜力巨大,是节能研究的重点。根据项目特点,主要在以下几方面采取节能措施:窗墙面积比、建筑围护结构、照明配电、自然采光、自然通风、高效率冷水机组、水泵变流量、大温差空调水系统。与GB50189)2005《公共建筑节能设计标准》相比,T2航站楼全年能耗约减少30%。

T2航站楼的空调系统、照明系统等机电系统的运行时间表与投入运行后航班的安排情况密切

(下转第100页)

100 暖通空调HV&AC 2011年第41卷第11期专题研讨

舒适温度的要求上,上海受试者确实比北京受试者低2e以上。4 结论

4.1 相同冷刺激下,北京受试者比上海受试者觉得更冷,更不舒适;使受试者达到同一热感觉的室内环境温度在北京要比在上海高2.5e左右。4.2 相同冷刺激下,北京受试者比上海受试者的御寒生理反应更为强烈,生理调节负担更大,需要产生更多的热量来维持身体热平衡。

4.3 室外热经历相对于室内热经历来说,对人的室内热反应影响较小,而室内热经历对人的室内热反应影响占主导地位。长期在供暖房间内生活的经历使北京地区的受试者对冷环境的适应能力较差,这种适应能力不仅表现在对热环境的评价上,还表现在生理习服上。

5 致谢

对上海市建筑科学研究院(集团)有限公司在实验过程中所给予的帮助表示特别感谢,对参与实验组织工作的清华大学曹国光、崔惟霖同学和同济大学周翔老师表示特别感谢。参考文献:

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相关,而在设计阶段无法准确确定航班安排情况,这可能引起能耗模拟分析结果与实际运行能耗产生偏差。模拟分析结果的准确性还需要根据T2航站楼的实际运行能耗数据进行验证,由于其投入运行时间不长,笔者还无法获得实际运行数据,这也是本文的最大遗憾。笔者也期望能够获得T2航站楼的实际能耗数据,对模拟分析结果的准确性作进一步的验证。参考文献:

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