航站楼绿色设计

  • 来源:建筑创作
  • 关键字:绿色建筑,设计理念,昆明
  • 发布时间:2015-09-24 11:56

  背景

  绿色建筑是当前建筑设计领域的重点、热点课题,并已逐步形成体系化的设计与评价标准。

  机场航站楼作为旅客空陆交通的集散中心,人流密度大,运营时间长,其建筑用地、建筑规模、建筑工程量往往十分巨大,单位建筑面积能耗也远远高于一般公共建筑。2007年9月,机场工程民航科研基地等单位调研了全国25个机场的用能情况,其中,旅客吞吐量千万级以上的10个机场航站楼的年能耗平均值为257kW·h/m2,最低值为170kW·h/m2,最高值达到566kW·h/m2,远高于一般办公类建筑约100kW·h/m2的年平均能耗水平。航站楼能耗虽然受到自然条件差异的影响,但仍可看出其整体水平尚不均衡,其中具有巨大节能潜力,同时考虑到机场、航站楼本身对用地、环境的先天性巨大影响,绿色机场、绿色航站楼的发展已势在必行,迫在眉睫。

  目前,针对机场、航站楼建筑,国内还缺少专项的绿色设计标准及评价体系,相关的标准研究、设计实践都还处于探索阶段。2007年,中国民用航空总局在昆明长水国际机场建设中提出了建设“资源节约型、环境友好型、科技型和人性化服务绿色机场”的要求,首次在政府决策层面上,将机场的绿色设计、建设推进到强制性、规范化、系统化的高度,预示着我国绿色机场建设一个全新的开端。

  航站楼绿色设计理念与方法

  在讨论航站楼绿色设计的基本原则之前,有必要回顾一下绿色建筑的基本定义和本质。2006年,建设部发布《绿色建筑评价标准》(GB/T50378~2006),对“绿色建筑”给出了官方定义:“在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。”从上述定义可以看出绿色建筑的几大本质特征:环境友好、节约资源、健康、适用和高效的使用空间。

  环境友好:与自然条件和谐共生,自然条件包括地理条件、气候条件两方面;

  资源节约:节地、节能、节水、节材,这是所有绿色建筑应该遵循的基本设计原则;

  健康、适用和高效的使用空间:建筑都是被赋予某种功能的,满足功能是建筑设计的基本要求;

  航站楼与其他建筑类型一样,同样符合绿色建筑设计的普遍性规律。民航总局所提出的“资源节约型、环境友好型、科技型和人性化服务”绿色机场的要求,对于航站楼来讲,在基本性质和内容上与绿色建筑的普适性定义是一致的,同时由于航站楼功能和使用等特点,在绿色建筑设计方面也会表现出自身的特殊性。这里着重强调以下几点。

  航站楼绿色设计是基于航站楼特性的设计

  航站楼特性一方面体现在航站楼与整个机场体系化建设的关系上。航站楼是机场体系中的一个节点,其自身的定位及作用必须符合整个机场体系建设、运营的需求,这是一个背景性的系统要求。与普通公共建筑相比,航站楼与机场大体系的关联度更密切、更复杂,相关要求也更严格。航站楼特性还体现在功能、建造、使用、运营管理等各方面的自身属性上。这种特性化设计实际上就是航站楼类型建筑的核心内容,需要在各个不同方面、不同层面进行深入的研究,毫无疑问,这也是航站楼绿色设计的立足点,离开了它,所有的绿色只能徒有其表。

  航站楼绿色设计是基于特定自然环境条件(地理条件、气候条件等)的设计

  机场、航站楼由于用地条件、定位、规模功能特性、内部空间条件等要求,对自然环境的影响,以及受自然环境的制约都远较其他类型建筑更为明显,这也是其功能特性的一种表现。在机场前期策划、选址阶段,决定性因素更多来自于更宏观的决策,如地区经济发展的需求,机场的整体空域、地域条件需求等,而不会仅仅出于对航站楼单体建筑的考虑。因此,航站楼设计、建设必须立足于整体的全局性要求,在一个相对微观的工程建设层面,展开对既定环境条件的深入研究,依据被动式优先的基本原则,去适应、利用环境条件,克服环境制约。在设计前期对环境条件的准确分析,将直接影响到机场、航站楼绿色设计的基本定位和方向。

  航站楼设计普遍性目标:节地、节能、节水、节材

  节地、节能、节水、节材是对所有绿色建筑设计的共同要求,也是航站楼绿色设计的重要内容,是绿色性能的最直接的考量。不同的航站楼基于不同的外部和内部条件,在节约方面自有特点,和航站楼环境条件、功能特点、空间条件、运营使用需求等密切相关。抓住突出问题、解决主要矛盾比面面俱到更有实际价值。

  航站楼绿色设计应贯彻于规划、设计、建造、运营的建筑全生命周期

  由于其功能性特点,航站楼设计比其他一般公共建筑更加强调在前期设计规划以及后期的运营的重要性和对建筑设计的指导作用。

  从目前较普遍的实际工作状况来看,建筑师在机场航站楼的前期规划阶段相对参与较少,在建筑策划方面的工作还相对滞后或研究不足。而由于航站楼的设计发展有着很强的功能路线和技术逻辑,建筑设计的方向实际在前期规划的宏观决策下就已经基本确立。建筑师大量的工作都是在摸索、梳理这些决定设计方向的各种隐性条件,衡量航站楼与外部环境、与机场体系的关系,从而确定航站楼的基本构型和功能框架。如果能够更早、更深地介入前期规划和策划工作,无疑将有利于获取更多技术信息,建立系统的逻辑性,从而更深入、更准确地把握设计方向,保证规划与设计的衔接与持续性发展。这里也再次体现出机场体系化建设对航站楼设计的深远影响。

  航站楼是功能优先的建筑类型,功能的实现依赖于运营,运营是需求,也是目的。了解运营,就是了解使用和需求,这是航站楼功能条件、技术发展的重要来源,也是提升设计水平的重要途径。

  规划、设计、建造、运营是一个动态的互动循环过程,绿色建筑不仅体现在这四个阶段当中,更体现在四个阶段的衔接关系和衔接能力上,形成四个阶段的良性循环机制是推动绿色航站楼发展的核心动力。整体性、系统性是绿色建筑的重要特征,也是推动绿色设计的重要手段和方法,这一点在机场、航站楼设计中尤为突出。

  航站楼绿色设计倡导成熟技术的系统整合

  航站楼是以功能性为主导的建筑,规模巨大,系统复杂,需要占用大量社会资源,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,必须更加重视技术的成熟度和实效性,强调技术的系统整合,强调技术的细化与优化,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。

  昆明长水国际机场航站楼绿色设计实践

  航站楼的绿色设计与航站楼各自的需求和建设条件紧密相关,在具体的技术应用方面并无定式,因地制宜的性能化设计仍是基本的核心策略。下面将结合昆明长水国际机场航站楼项目的绿色设计实践,对相关技术应用问题进行必要展开和阐述,以期为相关工程建设提供一些参考和借鉴。

  基于特定地理条件的绿色设计

  1.基于自然地质条件的抗震设计

  昆明长水国际机场航站楼建设场地位于地震带边缘,属地震高烈度区,地质情况复杂,跨越多个地貌单元,岩溶非常发育,并有多条断层从场区穿过,加上航站楼自身结构的复杂性,都对建筑结构抗震提出了挑战。

  针对昆明长水国际机场航站楼所处的特殊地质环境和工程特点,在航站楼南中心区约7万平方米的区域内,采用了叠层橡胶隔震支座与粘滞性阻尼器组合隔震体系的设计方法,在基础与结构底板之间设置3m层高的隔震层,共使用1m直径橡胶隔震支座1810个,阻尼器108套,通过新技术、新工艺进一步提高了航站楼结构抗震安全,极大地减轻了上部结构的抗震负担,节约了大量建筑用材,结构造价可降低约10%。同时,这也为云南地震高烈度区建筑抗震设计与实践开创了坚实的技术基础和保障,带动了地方相关产业的科技进步和发展。

  这一基于特定地质条件的技术应用,强调从优化设计出发,以高科技含量提升系统性能、提高设计效率和社会效益虽然在绿色评价体系中并非直接“得分点”,却具有真正的绿色含义和价值,从现实作用和长远发展上都体现着绿色的精神,并已产生积极而深远的影响。

  2.因地制宜的竖向剖面设计

  昆明长水国际机场航站楼建设场地为丘陵地貌,地势起伏较大,北高南低,东高西低,除前端东指廊位于挖方区以外,其余部分均处于填方区范围内,最大填方高度约达24m。建筑设计中将如何适应地形地势,减少对周边自然环境的影响作为了重要课题。

  实施方案中综合调整了楼内功能布局和流程设计,结合国际/国内到港旅客通道分流设计,将航站楼南中心区到港迎客大厅的设计标高由常规的机坪层±0标高降至-5.000m标高,使航站楼楼前道路交通系统、停车楼,以及整个场前区地坪高度都随之降低,大大减少了场地的高填方处理量,可减少土石方回填量约300万立方米。在大幅减少工程量的基础上,也大大减小了对周边自然环境的影响。

  这种基于特定地势条件所产生的针对性设计,也使建筑布局和内部空间产生了鲜明特点,形成了建筑独特的空间特色,一切自然而然,顺理成章。它源于对外部条件的响应,只能始于建筑设计的最初阶段,对后期设计的发展有决定性的影响,绝对无法通过后期的贴补来实现。

  基于特定气候条件的绿色设计

  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、室内外景观等方面,构成了整个建筑绿色设计的基石。

  建筑对气候的响应建立在特定建设地点的气候分析之上,因而它所呈现的结果千差万别而无法套用。昆明的地理位置属北纬亚热带气候温和地区,年平均温度15℃,冬季平均温度8℃~10℃,夏季平均温度19℃~20℃,是我国著名的“春城”,这一特有的优越自然气候条件,催生了相应的航站楼绿色设计内容。

  1.围护结构热工性能优化

  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。《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005)对温和地区的围护结构热工参数没有明确限定。因此如何根据昆明地区的气候特点,选择合理的建筑围护结构热工参数,是本项目建筑围护结构热工设计的重点。

  (1)外幕墙系统

  作为航站楼外围护系统的重要组成部分,外幕墙系统设计从建筑功能和当地自然条件出发,综合热工性能、安全性能、声学性能、光学性能上的特点和要求,一方面创造了富有特色的建筑外部形象,另一方面,也为实现自然采光、自然通风创造条件,在满足安全、健康、舒适的要求下,创造出以人为本的高品质室内环境。

  昆明地区优越的自然气候条件,为玻璃幕墙的使用创造了条件。玻璃幕墙的应用可最大程度地利用自然光线,减少人工照明开启的时间,达到节能降耗的目的,同时其不可替代的视觉感受也是创造人性化室内环境的重要手段。玻璃幕墙在航站楼主要应用在旅客集中的南中心区、各指廊二层、三层公共候机区域,玻璃幕墙面积占航站楼外幕墙总面积的77%。

  ①玻璃幕墙热工性能

  玻璃幕墙的传热系数是决定其保温隔热性能的关键参数。本节将通过计算表1不同K值工况下的全楼累计冷热负荷,分析K值与累计负荷的关系,完成玻璃幕墙传热系数的优化分析。

  由于昆明地区室外新风温度绝大部分时间低于室内最高设定温度(26℃),在过渡季和夏季增大新风量,将有利于消除室内发热,减小房间冷负荷。因此在进行玻璃幕墙K值优化分析时,应考虑新风量调节对计算结果的影响。新风量的具体设定为:最大新风量等于房间最大送风量,约3~4次/小时换气(4m层高),最小新风量等于人员所需最小新风量,新风量可在最大值与最小值之间调节以适应负荷变化。

  图1是玻璃幕墙传热系数优化分析的计算结果。图1中的全年累计总负荷等于全年累计冷负荷与累计热负荷的绝对值相加。从图1可以看出,随着K值增大,全年累计冷负荷减小,累计热负荷增加,热负荷增加量略大于冷负荷减少量,因此全年累计总负荷随K值增大略有增加,但趋势不明显,K值从2.5W/(m2·℃)增大到5.0W/(m2·℃),其对应全年累计总负荷只增加2.0%。

  基于昆明长水国际机场航站楼的特定环境条件和使用需求,室外新风对室内冷负荷有良好调节作用,玻璃幕墙的传热系数对全年累计总负荷的影响不显著。选择航站楼幕墙玻璃类型时重点考虑遮阳系数、透射光、反射光性能以及室内人员的视觉要求,最终航站楼幕墙玻璃选择了Low-E镀膜中空玻璃(Low-E镀膜须结合中空玻璃设置,否则易氧化而难以持久)。Low-E镀膜中空玻璃自身传热系数K值约为1.8~1.9W/(m2·℃),在与幕墙系统框架复合时,由于没有严格的隔热要求,可采用非断桥隔热型材,幕墙系统整体传热系数K值控制在3.0~3.5W/(m2·℃)。

  航站楼南中心区到达大厅四周玻璃幕墙采用拉索幕墙(约占玻璃幕墙总面积的20%),从幕墙拉索构造优化出发,局部采用夹层釉面玻璃,玻璃的传热系数适当扩大为5.5W/(m2·℃)。

  ②玻璃幕墙被动式遮阳

  昆明地区日照强烈,外幕墙系统的阳光控制性能至关重要,需防止阳光透过玻璃给室内带来额外的热量,并应与玻璃阳光透射率、外反射率等主要技术性能指标应取得良好的平衡。在充分利用自然采光的条件下,有效降低空调负荷,达到节能降耗的目的,同时又应为旅客提供良好的室内外视觉效果,创造人性化环境空间。在航站楼外围护系统设计中,结合建筑形体和构造设计,针对建筑阳光控制采取了多种技术被动式遮阳措施:

  A.建筑屋面挑檐遮阳:屋面檐口向外出挑一般5~6m,南侧中心区最大出挑30余米,对建筑外幕墙系统的整体遮阳性能效果明显。

  B.玻璃幕墙系统外遮阳构造:设置玻璃幕墙系统外遮阳板构造,遮阳板向外出挑800mm,对遮阳性能提供了更加微观的调节和适当的补充。

  C.以上两项遮阳设施对于入射角大于50°的太阳直射辐射遮挡效果尤为显著,可使全年累计建筑空调负荷减少约10%。

  D.将旅客候机区玻璃幕墙向外倾斜12°夹角,可进一步减少阳光直射,加强遮阳效果。同时可减小光线的镜面反射,提高视觉舒适度。

  E.降低玻璃材料自身遮阳系数,提高玻璃遮阳性能。

  玻璃幕墙系统采用Low-E镀膜玻璃以有效降低玻璃遮阳系数。根据航站楼热工计算,配合各项建筑遮阳措施,通过Low-E镀膜或(和)釉面处理,幕墙玻璃材料本身的遮阳系数基本控制在0.55以内,同时可将阳光透射率控制在60%,阳光外反射率12%,保证了良好的视觉效果。

  考虑到西向、西偏南、北15°方向等日照强烈的不利区域遮阳性能要求,在使用Low-E镀膜基础上,采用不同密度的玻璃釉面处理,进一步提高幕墙玻璃的遮阳性能。通过设计图纸及现场实体样板比选,确定在室内地坪人视高度以上,采用白色釉面,釉点直径3mm,60°排列,釉面密度由20%随着高度增加以每层分格(1.6m)5%逐级递增。从实际完成效果来看,在室内视觉效果上并无明显差异,实现了视觉要求与遮阳性能的平衡。

  为保证在实际运营中对不利季节、不利方位的阳光照射强烈的局部区域进行有效控制,幕墙系统设计中在各重点部位预留了可调控内遮阳系统的安装条件,实现对特殊时段、区段(阳光布透景面料,玻璃纤维材质)进行强化处理,降低日照对室内环境的不良影响。

  (2)屋面系统

  航站楼屋面设计是与航站楼功能布局相匹配的系统设计,它反映了内部空间的功能属性,是对建筑内部空间特征的外在表达。同时还必须与幕墙系统相衔接共同构成航站楼外围护体系,并与其内部的结构、机电系统相互协调,是多专业、多功能、一体化设计完成的系统工程。

  它由内部的旅客公共活动空间序列入手,以保持、强化内部空间的完整性、连续性、流畅性为重要出发点:在南北两端中心区为制高点,以平滑曲线无缝连续衔接,并向东西两翼自然展开。由南至北形成一个连续、完整的流线型中脊天际线,强调了建筑的完整性,并使建筑正立面成为视觉中心,与其功能属性完美统一。双坡屋面以中脊为轴东西对称,中脊处适当脱开,形成贯穿南北的屋顶采光带,为航站楼内部开放空间确立了清晰的方向感和导向性,完美呼应了建筑内部空间的有序展开。

  航站楼主体屋面采用直立机械锁边的金属屋面系统,金属屋面总面积约为21万平方米,占航站楼总外围护面积的70%以上。这一系统做法与航站楼围护体系的整体性特点相适应,保证了大面积整体安装、快速施工和工厂成套标准化技术的要求。

  屋面系统自身的技术性能根据外围护功能的需求确定,其中还包括自然采光、自然遮阳、自然通风、排烟等辅助性功能要求。与结构、机电、装修等系统的技术协调与技术整合成为基本方法和重要内容。

  ①热工性能

  屋面系统热工性能是自然环境条件和内部功能需求、条件共同作用的结果,通过屋面系统构造实现。昆明长水国际机场航站楼屋面系统构造设有100~150mm厚防潮性保温层(不小于36kg/m3),平均传热系数不大于0.35W/(m2·℃)。

  ②自然采光与通风

  屋面天窗是实现自然通风和自然采光的重要内容,包括南侧中心区屋面天窗82个,洞口面积约4400m2;屋面中脊天窗总面积约3400m2,东、西前端直指廊屋面天窗总面积约600m2。合计屋面天窗总面积约8400m2,约占覆盖室内空间屋面部分(不含挑檐)总面积的6%。

  屋面天窗玻璃采用夹层钢化中空Low-E镀膜玻璃(10mm,12mm-AIR,8mm+1.52PVB+8mm),镀釉面40%。可见光透射比60%,窗体传热系数3.4~3.5W/(m2·℃),遮阳系数SC为0.5。屋面天窗重点控制了阳光透射,采用釉面玻璃增加遮阳系数的同时,还适当保证必要的通透性,可提供良好的采光和视觉效果。屋脊通长天窗下为避免阳光直射,配合室内吊顶设计,设置室内遮阳装置,使光线更加柔和。

  2.自然通风设计

  自然通风是最为常见的建筑技术措施,已成为人们生理与心理的基本需要。昆明当地自然气候条件优越,为自然通风创造了条件。结合当地气候特点和航站楼特定功能需求,昆明长水国际机场航站楼分别对陆侧、空侧区域采取了相应的自然通风策略。

  全面的自然通风首先要保证新风源良好的空气质量,从这一点出发,结合航站楼使用特点,航站楼主要自然通风区域选择在人流最为集中的南中心区及东、西前翼直指廊,这里集中了航站楼最重要的值机大厅、迎候大厅,是全航站楼的人流集散中心。为保证进风空气质量,航站楼主要自然通风进风口设置在南中心区陆侧的东西两侧幕墙,以及东、西前翼直指廊靠近中心区的南侧幕墙10.40m以下区域。

  热压作用下的自然通风一般的气流组织形式为下部侧窗进风,上部天窗排风,因此对侧窗及天窗的开窗面积都有一定要求。侧窗开窗面积过小则无法满足通风要求,开窗面积过大则会带来建筑成本过高、运行管理复杂等一系列问题,因此选择适当的开窗面积是自然通风设计的重点。本设计中,顶部天窗分两部分,一部分是屋脊天窗,沿纵轴线分布,计算区域长度为234m;另一部分是屋面天窗,分布在航站楼中部屋面,以屋脊为中心呈对称分布。由于建筑下部侧窗可开启面积相对天窗较大,考虑阻力因素的影响,确定天窗的开窗面积取可开启的最大值,即屋脊天窗和屋面天窗的可开启面积均取300m2。侧墙开窗由于机场条件的限制,只在地下一层,一层和二层的中部东西朝向侧墙以及二层东西指廊南侧开窗,要满足自然通风要求,需要在有限区域调整开窗面积比例。

  本节对侧窗的可开启面积比例(窗的可开启面积与所在自然通风面总面积之比)进行调节,选取四种典型方案,进行自然通风模拟分析计算。

  方案比选:

  比较上述四个方案,计算各种开窗情况下的自然通风室内温度。计算结果见图2。

  从图2可以看出,方案二自然通风室内温度约为26℃,基本满足室内温度要求。

  经计算机模拟分析计算,在自然通风区域内,确定各部分的可开启通风面积与立面幕墙总面积之比为8%~15%。在设计中,实际开口的有效通风总面积按照模拟、测算要求可达740m2。自然通风的出风口利用屋面可开启的天窗实现,同时也兼顾了自然采光的需要。在自然通风区域内,可开启的屋面自然通风窗有效通风面积约为600m2。通过对室内热环境及风环境进行CFD模拟分析,可以看出在南中心区及东、西前翼直指廊的自然通风区域,通过自然通风可基本保证良好的室内环境条件。

  自然通风做法对建筑造型、表皮设计提供了新要求和新思路。在航站楼南中心区域东、西两侧,结合幕墙各设置了8樘6m×9m的大型旋转幕墙单元,既是自然通风的主要途径,也可作为联系航站楼和室外自然景观区的通道,促进了室外自然景观与航站楼室内空间的最大化融合,构成了航站楼一个显著建筑特色。

  考虑到航空噪声和空气污染等方面的影响,位于空侧的中央指廊、Y指廊及前翼指廊东西两端等区域不宜采用全面自然通风策略。设计对这部分区域进行优化调整,采用机械、自然相结合的组合式通风方式。即利用空气处理机组净化、过滤含有航空燃料燃烧尾气的室外空气,对室外风不需进行冷却或加热处理而直接送到各空调区域,通过屋面通风天窗自然排放。同时,为进一步提高自然通风效果,在航站楼旅客候机厅空侧外幕墙处每间隔24m距离,设置两套3000mm×1600mm自然通风可开启装置,根据实际运营情况,在条件许可的适宜时段选择开窗自然通风。

  昆明长水国际机场航站楼登机桥设计中也充分考虑了自然通风条件。昆明长水国际机场航站楼共有登机桥固定端68个,总建筑面积达12300m2,是连接航站楼与活动桥的重要交通设施。考虑到昆明当地气候舒适,四季差别较小,同时登机桥内旅客停留时间短,在加强空侧机坪空气质量控制的条件下,登机桥固定端内不设空调系统,在桥内两侧每隔6m设有手动、自动控制功能的玻璃通风百页,可开启面积大于总外墙面积的20%,可满足通风散热的要求。大大节省了空调设备投资及能耗,同时也节省了桥内有效空间。

  昆明长水国际机场航站楼自然通风区域在夏季和过渡季大部分时间能够通过自然通风满足室内的热舒适性要求,大大节约了空调运行能耗。昆明地区适合自然通风的季节为3月~11月,共三个季度(过渡季和夏季),合计约270天。经统计分析,昆明长水国际机场航站楼采用自然通风与电制冷技术方案相比,每年可减少电耗约655万千瓦·小时,与机械通风方案相比,每年可减少机械通风电耗约420万千瓦·小时。

  3.自然采光设计

  出于功能的需求,航站楼主要公共空间一般为开敞大空间,其外墙大多采用开敞通透的玻璃幕墙做法,以求在许可条件下强化自然采光,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。

  昆明长水国际机场航站楼在旅客集中公共区域大面积运用了玻璃幕墙,玻璃幕墙面积占航站楼外墙总面积77%,最大程度地利用自然光线,减少人工照明开启的时间。同时,在航站楼中心区等纵深较大、立面自然采光被大大削弱的内部区域,则通过在航站楼屋面、屋脊处设置屋顶采光天窗作为补充,同时作为航站楼自然通风、消防排烟的重要途径。这一方式成为建筑表现的重要内容。贯穿航站楼南北两端的中脊采光带与航站楼造型完美结合,形成了航站楼的纵向主轴线,将航站楼南北各个主要空间有机地联系在一起,形成连贯统一的空间序列,构成清晰的方向感和导向性,成为一大建筑空间特色。

  通过采光日照的计算机模拟分析,可以看出在三层、二层、B1层等主要旅客公共区域(不含内区)全年满足自然采光要求的时间与全年总日照有效时间(每日白天10小时)的比例大于40%。

  在充分利用自然采光的同时,为了进一步加强采光均匀度的控制,在可能出现太阳直射或照度过大的屋脊天窗下方采取了室内遮阳措施(其他屋面天窗通过屋架、室内吊顶等已达到遮阳效果)。通过计算机模拟,重点分析了值机大厅和安检大厅视觉的光学舒适度。从下图可以看出,值机大厅及安检区域照度分布均匀,平均照度8500lx,最低照度7200lx,照度比为1.18,控制在1.5倍范围内,满足采光视觉舒适度的要求。

  航站楼自然采光设计对航站楼室内环境和节能减排都有重要的实际意义。通过采用全年逐时分析统计的方法,昆明长水国际机场航站楼主要公共活动区域满足自然采光时效的统计结果如表4所示(每天10个小时作为自然采光的时间基数,全年共有10×365=3650小时)。

  根据上述分析得出的各区域全年满足自然采光的小时数,参照全年人工照明的耗电量进行比较,得出全年节约电能的百分比,如表5所示。其中无自然采光全年总耗电量以每天照明18小时计算,人工照明按实际设计功率密度值8W/m2计算,控制方式为自动调节。

  4.景观设计

  昆明长水国际机场航站楼景观设计重点在于配合环境保护评估报告和水土保持报告的环保策略和要求,利用当地植物,实现自然环境的保护与恢复,同时营造出具有昆明地方特色的航站楼景观环境。

  航站楼景观设计将室外自然景观、停车楼屋顶绿化、水体景观以及建筑室内景观相结合,形成了一体化的内外连续的景观链,为旅客提供全程的景观体验,创造与昆明“春城”美名相匹配的自然、人文景观。

  (1)航站楼前景观

  航站楼前景观设计是航站楼在自然环境中的延续。

  结合航站楼地形特点,航站楼前的停车楼、轨道交通中心全部设于地下,其屋面成为楼前景观绿化的主体区域,利用自然地势,从高架桥远端交汇点到航站楼前到港路,构建出层层升高的景观台地,最高处与到港路、航站楼旅客到达大厅同层设置,为旅客提供最近人、最通畅的景观视野。台地内种植云南当地植物,其形式类似云南满山的梯田。靠近航站楼一侧采用曲线型水面,倒映出航站楼傣家风情的主楼形象,充分展现出七彩云南的地方景观特色。在地下,航站楼内部功能流线与景观梯田下的停车楼、轨道交通中心无缝衔接,形成一体化功能空间。

  (2)航站楼室内景观

  航站楼室内景观规划配合室外绿化、水体景观设计,将之延续到室内设计中来,使景观设计贯穿室外、室内,形成完整的景观链。

  ①自然景观的引入:航站楼周边自然景观通过航站楼玻璃幕墙自然引入到航站楼内部,构成了航站楼内最宏大的景观画卷。

  ②南中心区迎候大厅内设置较大型室内观赏植物,将场前景观延续至室内,并可配合迎候大厅的空间尺度。其间配置小型水池,创造平静祥和氛围。

  ③采用点状景观沿旅客主要出发、到达流程展开,配合不同的空间尺度和特点,配置中、小型室内景观植物、灌木、花坛等,创造温馨小环境。

  ④点状景观在平面上形成线性景观序列,适当选用较高植物等,用以连通不同标高的空间,使建筑空间更加顺畅、流通。

  ⑤在北侧中心区以及各指廊端部配置节点型室内景观植物、水面等,形成室内景观的收束。

  基于功能特性的绿色设计

  航站楼是以功能优先的特定建筑类型,内部复合了多类型及多流程的人流、物流、交通组织和各类服务功能,同时还需要完善与铁路、公路、水运、管道等其他各类交通工具之间的高效可靠接驳,其功能要求极其复杂。特定的功能需求产生特定建筑解决方案。

  1.建筑构型与空间设计

  航站楼构型依据总体规划条件,取决于空侧站坪停机和运行、陆侧交通接驳,以及楼内功能组织等三大要素。合理的航站楼构型能够达成三者之间良好的平衡关系,通过集约化规划设计和合理的航站楼构型设计,可以充分利用土地资源,提高土地综合效益,提供最佳的空侧、陆侧整体运行效率,降低建设成本,并为中、远期发展留有余地和灵活性。

  昆明长水国际机场最终形成的航站楼构型呈现出以中央集中式主楼加五条指廊的基本形态,主楼面宽324m,南北长约866m,东西宽约1130m,航站楼周边共有68个近机位,是迄今国内担负近机位最多的单体航站楼。

  南中心区、指廊的平面布局长度、宽度及空间体量根据各自内部使用需求和机位设置确定,在昆明长水国际机场航站楼设计过程中,结合航站楼内部功能和空间特点,对各主要功能区的空间尺度进行了细化研究,中心区及各候机指廊的空间高度进行了多次优化调整,主要围绕着建筑主体形象、舒适的内部空间感受、合理的空间体量、充分的技术实现条件等几大要素展开,一方面满足功能性要求,一方面提供舒适的空间感受。同时,特别加强了对大空间能耗的控制,力图在功能、形式、能耗之间找到一个最佳的平衡点,在保证功能需求和空间效果的前提下,合理压缩高度以减少不必要的建设工程量,避免空间浪费,降低空间能耗。

  航站楼南中心区南北长244m,东西长324m,中脊处最大室内高度38m,东西向坡屋面室内高度大部分控制在15m以下,东西两端向上微微起翘。

  在五个指廊中,中央指廊双侧候机、通行人流量最大,指廊长度约300m,指廊内设有往返于前后集中商业区的双向自动步道,指廊宽度达到42m(含两侧挑空),空间高度由南向北从15~18m呈曲线均匀变化。

  前端指廊前段为单侧候机,指廊长度约396m,指廊宽度为24m,空间高度7.2m,端头平面宽度加大至48m,高度也适当呈曲线形式微微上扬,在外部形体上形成微微起翘的效果,最大高度可达10.4m,在总体高度上也兼顾到了塔台对南端飞行区和指廊南侧站坪不间断监控视线的要求。北侧Y形指廊长度约296m,由于端部接驳飞机较多,需要更大的候机空间,指廊宽度由前部区域的40m逐渐放宽至端部的66m,端部高度同样微微起翘,室内高度从15m~18m均匀过渡。

  昆明长水国际机场航站楼由于基本定位的需求,其功能的多样性、复合性及标准要求很高,平面展开巨大以获得充分的功能空间。从功能需求出发的建筑延展面在一定程度上增大了旅客的行程。从航站楼大门到最远的登机口之间的行进距离约为1000m,对于如此规模的集中式航站楼来说,这一距离尚在可接受范围。当然,如何在航站楼规模与运营效率、旅客便捷性之间取得最佳的平衡是一个值得长期探讨的重大课题。

  2.高效流程设计

  (1)航站楼内部功能流程

  功能的完善性和高效性是绿色设计的前提与首要条件。高效的流程是航站楼最基本的功能需求,是航站楼设施能否有效发挥基本功能的决定性因素,也直接关系到机场整体服务质量和旅客感受。

  航站楼旅客流程设计具有一定的通性,一般包括:国内出港流程、国内进港流程,国际出港流程、国际进港流程,国内中转国内流程、国内中转国际流程,国际中转国际流程、国际中转国内流程及其他旅客流程等。同时,由于机场定位、规模、航线特点、管理方式、自身条件和发展方向等方面的差异性而各具特点。

  昆明长水国际机场航站楼旅客流程可概括为国内国际分开、出发到达分开,中央指廊和Y形指廊国内进港采用下夹层分流,前端东侧国际指廊和前端西侧国内指廊采用平层隔离廊分流的基本布局。

  流程设计中重点深化了国内及国际旅客出发、到达主流程,保障日常最大功能流线的简洁、顺畅,同时结合枢纽功能,提供了完善、独立的中转通道以进一步强化中转功能,并对国际航班国内段、国内经停、国际过境等细节流程予以了全面关注。从远期发展出发,为西侧指廊国内出发区转换成国际使用预留了充分条件。在基本的旅客流程之外,还高度关注后勤流程,妥善解决员工、机组、货物、垃圾处理等功能流线,充分协调好与旅客流程的关系。这对于提高航站楼的整体运行效率和服务水平有直接的影响。

  航站楼功能需求及流程设计随着社会经济发展、城市建设、生活方式、管理方式、技术进步的改变而持续发展,如自助值机、城市远端值机和远端行李托运等。使用需求和使用方式的变化对航站楼这种功能性建筑来讲往往会带来革命性的影响。

  (2)行李处理系统

  航站楼行李的交付、运输、提取是与旅客流程密切相关的基本功能。

  行李处理系统是航站楼特有的功能设施,负责完成旅客行李交付后到旅客行李提取前的行李运输、传送。行李处理系统需根据航站楼功能定位、标准、规模等确定自身的相关设计要求和标准,由具有专业设计资质的设计单位完成,其复杂程度和标准对于不同的项目往往差异较大。

  从建筑设计角度来讲,行李处理系统最直接的影响主要来自于如何结合航站楼构型和功能布局,妥善设置行李处理机房及相关传送系统,以及配合相关的结构、机电设备条件,其最终的性能一方面依赖于行李处理系统自身的技术性能,一方面依赖于建筑系统与专用设备系统之间的技术整合度。这里再次体现出建筑整合对系统优化、运行效率的巨大作用。

  昆明长水国际机场航站楼采用自动分拣和人工分拣100%互备的方式,并设计了柜台安检和集中安检相结合的安检模式,以保证行李处理系统的运营可靠性。

  值得一提的是,昆明长水国际机场航站楼首次打破了国内大型枢纽机场行李处理系统建设都被国外集成商垄断的局面,实现了值机、收集、水平

  /倾斜输送、垂直分/合流、水平分流、转盘、DCV小车及其轨道系统等行李处理成套设备的国产化,基于同等技术要求的前提条件下,系统造价仅为国外集成商的70%~80%,同时大大降低了投入使用后的运营成本,每年的系统保障服务费用不到建设投资的0.2%,为国外集成商服务价格的10%。

  (3)外部功能流程—公共交通系统的综合利用与一体化设计

  航站楼承担着大量人流、物流的集散功能,它一方面需要解决城市与城市间的空中运输,同时还要使人流、物流能够从所在城市的各个分散的点快速汇聚到航站楼,也要使由空中到达航站楼的人流、物流能够快速抵达城市中各个分散的目的地。这必须通过与城市公共交通系统的高效衔接来实现。航空与城市道路、轻轨、长途客运交通、铁路、水运的一体化综合交通设计成为提高航站楼运转效率的重要环节。这一内容因为城市与机场、航站楼的特定需求、条件的不同而各有特殊性。

  从人流集散来看,航站楼与城市公共交通的衔接换乘模式呈现为一种以内部步行系统对各种不同交通方式的整合,其基本原则是安全、快速、高效,公交优先,大容量交通优先。

  地铁轨道车站和停车场组成楼前交通中心,并由相同的路径连接航站楼。交通中心最大限度地靠近航站楼,于B2层(相当于陆侧的地下一层)设置与航站楼联系通道,平层连接轨道车站的站厅和停车场,并设有自动扶梯、大型电梯、坡道分别连接航站楼出发层和到达层,为旅客在航站楼和城市交通之间建立最直接的便捷联系。

  3.人性化设计

  民航总局把“人性化服务”列入到建设“绿色机场”的“四大主题”之中,这是一个具有丰富内涵和深远意义的命题。

  绿色建筑是“为人们提供健康、适用和高效的使用空间”,绿色机场追求的是“最安全、健康、高效及舒适的工作与活动空间”。绿色建筑并非片面地要求节约与环保,而把人使用的安全、健康、舒适、高效放在核心位置,为人服务始终是绿色建筑的基本宗旨,同时为人的需求设定了一个“度”的要求,那就是“高效率地利用资源,低限度地影响环境,低环境负荷”并“与自然和谐共生”,追求的是人的需求与环境和能源消耗之间的最佳平衡。航站楼是大量人流的集散场所,人的需求在这里得到了全方位体现,“人性化服务”具有鲜明的航站楼功能特色。航站楼的首要功能是保证大量的旅客、货物能够安全、快捷地集散并去达各自的目的地,同时还必须在这一过程中满足使用者的各种衍生需求。“服务”已经成为航站楼运营的基本社会定位,这里充满“绿色”的深刻含义。

  人性化主题是航站楼建筑功能属性的深刻反映,是对基本功能的补充,同时它还必然具有更为广泛和深远的社会影响和巨大的社会效益。

  “人性化服务”同其他绿色要素一样,是融入在建筑各系统设计之中,是建筑各系统的综合性能,它至少包含了:

  (1)规范化的服务标准

  全面满足机场人性化服务的相关规范性要求,达到民航行业标准《民用机场服务标准》(MH/T5104—2006),使航站楼服务水平不低于IATA的C级标准。

  (2)便捷的综合交通一体化系统设计

  加强与城市公共交通系统的衔接,建立以步行系统为骨架的航空、城市道路、轨道交通、长途客运交通、铁路交通、水路交通的无缝衔接一体化综合交通设计。

  (3)完善而便捷的流程系统设计

  优化建筑布局,提供高效运行的系统流程和服务设施,提高旅客通行及流程转换效率,缩短旅客步行距离和楼层转换,满足旅客在流程各环节的不同功能需求。

  (4)简单、易懂、高效且非常具有逻辑性的引导标识系统设计

  具有良好构架的标识系统可以对机场的旅客人流和交通起到非常有效的组织引导作用,是人性化设计的重要内容。首先应发挥建筑语言本身的导向作用。在昆明长水国际机场航站楼设计中,利用屋脊天窗形成南北贯通的轴线,为室内旅客提供清晰、明确的方向,而周边的玻璃幕墙又可为旅客在室内环境与室外自然环境之间建立起良好的方位关系。

  对于大型交通建筑而言,专业化引导标识系统设计的作用愈显突出,对建筑内部人流和交通进行有效组织和引导是实现功能流程不可或缺的重要部分。一套规范、简单、易懂、识别性强且非常有逻辑性的指示设计,可引导各类人流按照各自流程,顺利使用、通过各类功能区域,并最终到达目的地,使首次来访的旅客也能够像经验丰富的旅客一样便利使用。航站楼引导标识系统设计应依据国际通行的识别性原则,以适应不同地区、不同文化旅客的识别:

  ①统一的标识形式和标识尺寸;

  ②统一的专业术语;

  ③国际通行语言和字体;

  ④采用公认的、标准的图形符号;

  ⑤使用正确的、符合功能及规范要求的颜色。

  同时还应以人体工程学为基础,结合内部空间条件和设计控制原则,合理确定标识系统设计字体高度、识别间距、字体和背景颜色设计、醒目而易于识别的标识定位原则,如:

  ①引导标识应在远距离清晰可见并放置于与主要流程垂直或合适的角度。

  ②旅客服务设施信息标识应在近距离清晰可见并与主要流程平行放置。

  ③控制不必要标识对旅客视线的干扰。标识是在决定点辅助流程的,因此只要建筑空间构造已经明确界定最佳路线,就不需提供额外的标识。

  ④当两个标识之间的距离较长时应提供再次确认标识。应根据标识所在的建筑空间、机场通行量和人流量确定标识的最佳观察距离和字体大小。

  ⑤方向性标识的下表面应位于地面以上最小2350mm的位置,具体应按照已有幕墙或内装修系统的建筑模数确定。

  ⑥引导标识尽量不设在幕墙或其他精装修墙壁中;这些区域应该主要用于设置信息屏和广告。

  可以看出,这些原则是对人的实际使用需求、心理需求的积极响应,同时对设计一体化设计理念的贯彻。

  (5)安全、舒适的室内外环境设计

  为旅客创造适宜、舒适的室内候机环境是全专业技术整合的综合体现,其中主要包括:

  ①建筑空间尺度与空间体验—配合建筑内功能布局和流程设计,将航站楼各个主要空间,与航站楼内各类流程,以及休闲、购物等各种旅客活动空间有机地联系在一起,并通过整体设计提供具有地域特色的空间氛围,丰富出行体验,缓解紧张感。

  ②健康的空气质量。

  ③舒适的光环境。

  ④舒适的热环境。

  ⑤舒适的声环境—由于飞机起降的影响,航站楼对外围护结构系统的隔声降噪性能提出了严格的要求。航站楼屋面系统为轻质金属屋面系统,内部设置重质隔声材料及多层次吸音构造系统以降低室外飞机起降等航空噪音、降雨噪音对室内声环境和扩音系统清晰度的影响。

  ⑥高度严格的消防:安全消防性能化设计—作为大量人流集散的场所,保证航站楼在消防等紧急情况下的人员和财产安全是航站楼设计中必须重点考虑的问题,也是人性化设计的重要内容。交通建筑由于功能需求,往往空间巨大,对某些超大空间的消防设计按照当前国内消防规范将很难开展,消防性能化设计成为常用的技术手段。这对于切实保障旅客及运营人员的环境安全至关重要。可采用国际消防工程界普遍接受的计算流体力学模拟软件FDS、区域模拟软件CFAST以及STEPS软件等进行建筑消防的各项模拟分析,根据功能需求,为不同区域提供不同的消防安全措施。目前,对于以大空间为主体的交通建筑来讲,消防性能化设计已成为制定具体消防策略的基本方法,在实际工程中已得到广泛应用。

  (6)室内外一体化景观系统设计

  航站楼景观设计是包括航站楼建筑主体形象、室内装修设计、室外环境景观设计以及室内微环境景观设计等多个系统的集成设计,从大的环境设计到建筑内部小环境的细节营造。景观设计是最直接的“绿色”设计环节,是全过程的人文关怀。

  除了前面已有论述的绿化景观设计外,在航站楼设计中,室内文化艺术展示正逐步成为一种新的景观形式。对航站楼室内外文化、艺术展示进行统一规划,一方面可大大提升航站楼品质,另一方面可大力宣传昆明当地文化、艺术特色,给旅客丰富的文化体验和感受,贴近与旅客间的距离。相关展示主要集中设置在旅客出发前和到达后的重要节点,如旅客出发车道边、旅客出港大厅、迎候大厅以及候机区、到达廊等,结合建筑小品、墙面、地面、吊顶等多类型装置展示。这些节点往往成为旅客摄影留念之处,为旅客留下美好回忆。在昆明长水国际机场航站楼行李提取大厅内,利用两侧墙壁设置了长达300m、高5m的云南自然、文化景观壁画长卷,成为云南地域文化的展示窗口,也提升了航站楼内部空间品质。

  (7)完备的公共服务设施系统设计

  当前的交通建筑除了交通运输的主要功能之外,多元化服务功能的趋势越来越明显。在旅客出发、到达的流程之中,需重点分析不同旅客在建筑内部停留期间的各类需求,提供完善的旅客服务功能和设施,并在总体功能布局和旅客使用的细节设计上充分考虑人性化设计内容。以昆明长水国际机场航站楼为例,其旅客服务设施主要包括:

  ①自助值机

  在值机大厅设置自助值机柜台并预留充分的进一步扩充的空间。

  ②公共卫生间

  航站楼公共卫生间设计有其自身的使用特点,主要设计内容包括公共卫生间服务范围、设置部位、规模数量、男女比例、空间条件,以及卫生间内部的设备选型、数量、标准等。

  在昆明长水国际机场航站楼设计中,对航站楼公共区域旅客卫生间做了全面系统的规划和设计,将卫生间的基本间距(单向)定义在了150m左右,局部人员较少或使用频率较低的地区适当增加到200m,从而保证各个区域步行时间都在2min以内,保证各部分的均好性,同时兼顾到相邻区域的借用。

  在卫生间使用者的男女人数比例取值上,考虑当今的社会发展和男女比例变化,在航站楼设计中,适当提高了女性需求比例,男女比例设定为65%∶35%,并根据不同部位的实际需求,在局部重点部位进一步提高了女性需求比例。如针对到达旅客经过长途飞行进入航站楼到达区后,对卫生间会有短时相对集中的大量需求,特意增加了到达廊卫生间数量,并侧重于增加了女厕洁具数量。此外,在到达旅客相对集中、滞留时间较长的行李提取大厅,也采取了加强措施,较大增加了女厕洁具数量。

  昆明长水国际机场航站楼公共卫生间设置独立的残疾人卫生间,残疾人卫生间内设置紧急呼叫器。考虑到现在有很多男性照顾小孩的需求,还设置了独立婴儿间。

  公共卫生间洁具选型上综合考虑航站楼等交通枢纽建筑使用特点,满足不同地域,不同环境使用者在身体、习惯、认知上的差异,采用蹲坐便混合的设计方式。通过研究旅客数量和比例参数,本航站楼内卫生间国内区蹲坐便比例为7∶3,国际区蹲坐便比例为3∶7。

  公共卫生间厕位空间适当放宽以增加使用舒适度,厕位隔间尺寸为1.2m×1.8m,小便器间距750~800mm,并设有隔板,洗手盆间距为800~900mm,隔间与手盆、隔间与小便器之间的间距为1.8m。同时,考虑到使用卫生间的旅客有可能携带大量行李,公共卫生间出入口采用无外门的迷宫式布局,主要卫生间内还设置专用行李厕位。

  ③室内公共运输系统

  作为大量旅客集散的公共场所,航站楼从旅客的需求出发,提供了完备的室内自动交通体系,包括了电梯、扶梯、自动步道等多项系统设计,形成网络和体系,大大缓解大型机场规模过大,旅客步行距离相对较长的弱点,在航站楼内全程为旅客快速通过提供最大便利。

  电梯、扶梯、自动步道等设施的设置数量、间距、设备选型和主要技术和标准都充分考虑机场人流大、使用率高,而且使用时段相对集中并携带行李的特点,适当提高各类设备规格和性能标准,提供最大旅客通行效率,保证旅客运行安全。同时,室内公共运输系统除考虑固定设施外,航站楼内还可提供小型电动运输车辆,为有特殊要求的旅客提供更加快速、便捷的服务。根据航站楼运行特点,明确提出各类设备的节能标准和系统运营的节能要求。

  ④酒店及旅游咨询服务中心

  ⑤旅客更衣室

  ⑥问询处

  ⑦饮水处等小型自助服务设施

  ⑧其他服务设施

  航站楼设计需充分考虑各类特定人群的特种需求服务设施,如:母婴休息室、残疾人候机室及无人陪伴孤老候机室,儿童活动区,医疗急救室及隔离病房,VIP、CIP专用候机区,两舱旅客服务,吸烟室,室外休息区等。

  (8)完善的商业服务设施系统设计

  为旅客提供良好、全面的商业服务,是交通建筑中的一项基本功能,可以为机场创造最大化的商业收入,提升机场非航空赢利的能力。这需要根据航站楼的建筑空间、旅客流程、流量等特点,制定系统的商业规划来实现。昆明长水国际机场航站楼内商业区营业面积约为31290m2,商业后勤区面积约为12800m2,总面积约占航站楼内功能面积的10%。主要的商业业态包括:

  ①零售服务:集中的商业区、分散的小型便利店、国际区的免税店;

  ②餐饮服务:中西正餐、快餐厅,便利咖啡厅、自动售货机;

  ③服务型商业:邮局、外币兑换处、ATM机、商务中心、互联网使用区、休闲娱乐设施、钟点客房、儿童看护处、行李寄存处、租车处、酒店介绍处;

  ④高级商务候机室(区);

  ⑤广告及商品推广。

  (9)完备的无障碍系统设计

  无障碍设计是人性化设计的重要内容。作为人流集散中心,交通建筑必须具备完善的无障碍设施,全面满足各类无障碍使用需求。

  (10)高效、健康的员工工作环境

  旅客是航站楼服务的主体对象,航站楼内各类运营管理人员是服务的主要执行者,对楼内运营管理人员的关注也是人性化设计的重要内容。这对提高工作效率、提升服务水平具有积极意义。

  高效、简洁的员工流线是航站楼流程设计的重要内容,员工主要办公区、后勤区的工作环境也应得到充分重视,如空间布局、自然采光、自然通风等。这往往直接关系到员工的身心健康。其中,航站楼管理中心、电力监控中心、楼宇管理中心、消防控制中心、主通讯机房等核心控制机房除执行日常运营管理职能外,往往还会带有对外展示的功能,还应给以特别关注。

  “绿色”本身即带有强烈的人文色彩和服务意识,它的含义更历史、更宏观一些,服务自然、服务大众,服务现在,更服务未来。“人性化服务”这一绿色理念在航站楼设计中具有突出的重要性,为航站楼设计增添了更多的人文内容和色彩,使它更加丰满、充满愉悦和幸福。

  4.常规绿色节能设计

  遵循绿色设计的普遍目标(节地、节能、节水、节材)是航站楼绿色设计的基本原则之一。绿色建筑设计中的很多常规节能节水技术,在航站楼中普遍适用。如暖通空调节能设计中的变风量、变水量系统、分层空调设计、室外新风利用等;节水设计中的节水器具使用、用水计量、雨水回收、余热利用等;照明及电气节能设计中的节能灯具使用、智能照明控制、智能楼宇控制等;节材设计中的模数化控制、可循环材料利用等。上述这类常规绿色节能技术在昆明长水国际机场航站楼中得到了广泛应用。

  (1)暖通空调节能设计

  ①内区冷源采用热回收风冷热泵机组

  大型机场航站楼内存在大量通讯机房、内区商业零售及办公等需要全年供冷的区域,需要设置内部冷源满足上述区域全年供冷的需求。当采用电制冷系统为上述区域供冷时,将向室外排放大量冷凝热。如何对这部分余热进行有效利用是航站楼暖通系统节能设计的重点。本项目采用风冷螺杆热泵四管制热回收机组,回收制冷运行时产生的冷凝热,将这部分热能用作生活热水热源。热回收型热泵机组在高温高压的气态工质进入到冷凝器前,加一套热回收用的热交换装置,冷凝器为热回收换热器(制冷剂环路/供热水环路)+冷凝器(制冷剂环路/冷却风机)的形式。机组选用R134a高温冷媒,可向较高温度的热水里排放冷凝热。风冷螺杆热泵四管制热回收机组可实现制冷优先运行、制热优先运行、单独制冷运行、单独制热运行四种运行模式。

  风冷热泵机组制冷和制热工况能效与使用地区的气候条件密切相关,最适用的室外温度范围为7℃~35℃。昆明全年室外温度介于15~20℃之间的时间超过3200h,全年月平均温度基本分布在10℃~20℃之间,非常适合此类机组的使用。

  采用热回收风冷热泵机组为航站楼内区供冷的同时提供生活热水热源,实现了能源的综合利用,节省运行能耗。与燃油/气锅炉相比,CO2排放量可减少约60%,向大气的排热量也会减少,有利于保护大气环境,同时节省了热水锅炉等设备的投资,提高了设备的利用率。

  ②空调水系统节能设计

  A.空调冷水系统大温差运行

  为了满足航站楼内的空调水系统输送,楼内设置了三个换热机房,以尽可能降低空调水系统的服务半径,但空调水系统供回水管线长度仍超过2000m,最长的一个系统,其供回水管线长度甚至超过3200m,对应水泵扬程接近40m。这是大型机场航站楼空调水系统的共同特点。因此如何有效降低空调水系统的输送能耗,是航站楼暖通空调节能设计的关键。

  水系统的输送能耗取决于水泵的流量和扬程。由于大型机场航站楼建筑构型的特殊性,空调水泵扬程难以降低,因此降低水泵流量是唯一途径。采用大温差运行,可以减少系统流量,达到节约水泵电耗的目的。昆明长水国际机场航站楼的两管制空调冷水系统及全年供冷空调冷水系统均采用6.5℃/13.5℃(7℃温差)大温差运行,与常用的5℃温差相比,系统流量减少29%,在比摩阻取值相同情况下,可以减小管道直径,节约管材,同时节省水泵电耗。

  B.空调冷冻水、热水系统变流量运行

  航站楼的空调冷热负荷受室外气象条件、航班与旅客流量的共同影响而发生变化。航站楼的空调系统必须采取有效措施,以适应建筑物处于部分冷热负荷和仅部分空间使用时的运行需求,达到节约运行能耗的目的。

  昆明长水国际机场航站楼的两管制空调冷水二次泵、空调热水循环泵采用变频调速水泵,可适应航站楼负荷变化变流量运行,节省水泵电耗。内区全年供冷系统采用冷源测定流量的一次泵变流量系统,循环水泵与冷热水机组的台数和流量相对应。末端设备采用电动两通阀,在总供、回水管之间设压差旁通阀,保证末端设备变流量运行时,机组测定流量运行。

  ③空调风系统节能设计

  A.合理分区设置空调系统

  航站楼内的功能分区众多、复杂,室内空间连续并且面积巨大,与一般公共建筑相比,航站楼内的空调系统更需要强调合理的分区。昆明长水国际机场航站楼内空调系统根据服务区域功能和温湿度控制要求、使用时间、朝向、内外区等进行了合理分区,整个航站楼采用了223台AHU(全空气处理机组)和55台PAU(新风处理机组),为系统合理灵活运行及分区控制创造了有利条件。

  B.应用变风量系统

  大型机场航站楼内的值机大厅、到达大厅、候机厅、行李提取厅、联检厅等一般为连续的大空间,适合采用全空气空调系统。为了适应负荷变化,这类全空气系统一般采用变风量系统。昆明长水国际机场航站楼内的值机大厅、到达大厅、候机厅、行李提厅、远机位出发到达厅、联检大厅、VIP/CIP、商业餐饮等旅客公共区域均采用全空气系统,并且针对系统风量以及服务区域特性,采用了不同系统形式。具体如下:系统送风量<10000m3/h且服务单独空调区域时,采用一次回风定风量空调系统;系统送风量≥10000m3/h且服务单独空调区域时,采用无变风量末端的一次回风变风量空调系统;系统负担多个空调区域且各空调区域温度需要分别控制时,采用带变风量末端的一次回风变风量空调系统。

  C.设置分层空调

  大型机场航站楼内的值机大厅、到达大厅、候机厅、到达指廊区域大多是高大空间区域,空间高度一般高于10m。如昆明长水国际机场航站楼值机大厅,最低处高15m,最高处达到38m。这类高大空间宜采用分层空调系统,仅对室内下部人员活动区进行空气调节,避免能量浪费。分层空调的实现形式包括侧送风口、机电综合单元(罗盘箱,)等。

  D.室外新风利用

  机场航站楼内大部分公共区域均采用了全空气空调系统。设计全空气空调系统时,应充分考虑新风比可调和实现全新风或最大新风量运行的可能性。空调系统全新风运行,不仅可以有效改善空调区内空气品质,更重要的是可以充分利用室外空气的自然冷却能力,最大限度地实现“免费供冷”,大量节省空气处理的能量消耗和运行费用。

  昆明长水国际机场航站楼所有全空气空调系统均为送风机+排风机系统,可实现最小新风比和全新风两种模式运行,当室外热环境参数优于室内时,系统可实现全新风运行,充分利用新风冷量。计算表明,在过渡季和夏季绝大部分时间,通过增大新风量消除室内发热,可使全年累计冷负荷减小为固定新风工况的60%,大大节约了空气处理的能量消耗。航站楼内的附属区域,如行李处理区域、变配电室、厨房、热交换机房、给排水机房等不需要保证热舒性的区域,全年均采用机械通风模式,节省人工制冷量。

  ④冷热量的分项、分区计量

  公共建筑各部分能耗的独立分项计量对于了解和掌握各项能耗水平和能耗结构是否合理,及时发现存在的问题并提出改进措施等具有积极的意义。对航站楼这类大体量建筑实现分项、分区能耗计量,实行量化管理,不仅有利于降低能耗,还能够大大提高能源管理水平。

  昆明新航站楼在冷热源入口处设置了冷热量计量装置,楼内两管制空调冷热水系统及全年供冷空调水系统均按分区设置了能量计量表,为实行量化管理,促进行为节能创造了条件。

  (2)照明及电气节能设计

  ①照明节能

  航站楼照明系统应以技术先进﹑经济合理﹑环保可持续发展为设计理念,照明系统应做到技术合理性与先进性统一,环境舒适度与环保节能统一。

  A.绿色的照明设计标准

  在满足各航站楼功能分区基本功能及旅客舒适度前提下,采用照明功率密度值(LPD)来严格检验设计结果;在灯具招、投标及采购阶段利用功率密度值(LPD)来检验产品的高效性与节能性。

  B.充分利用自然光

  昆明长水国际机场航站楼结合自然采光模拟分析结果,在照明灯具的布置、控制方式、控制策略上充分利用自然光。在能全天利用自然采光照明区域制定时间表,定时限制点亮时间;不能全天利用的局部区域设置亮度传感器,控制点亮灯具。

  充分、合理的利用自然采光与总线制的智能照明控制系统相结合,可实现全年人工照明节能约10%~15%。

  C.高效、节能的照明灯具

  人工照明的实现载体是灯具,灯具是否节能、环保关系着照明系统的绿色性。设计照明系统时,各功能区域的灯具应合理选择光源、配光曲线及电器,应采用优质、高利用系数、高光效光源和高效率的节能灯具。昆明长水国际机场航站楼节能光源、高效灯具使用率达到100%。具体参数控制如下:a.高强度气体放电灯,开敞式灯具效率≥75%,格栅或透光罩灯具效率≥60%。

  b.荧光灯,开敞式灯具效率≥75%,透明保护罩灯具效率≥65%,格栅灯具效率≥60%。

  c.照明系统的功率因数PF≥0.9,镇流器流明系数μ≥0.95,波峰系数CF≥1.7。

  d.谐波含量符合《电磁兼容限值谐波电流发射限制》(GB17625.1—2003)规定的C类照明设备的谐波电流限值。

  e.限制灯具配光角度在30°以内,要求灯具采用暗光技术控制眩光,配光具有较高的中心光强等特点。

  f.增加室内灯具增加防护等级,减少光源光通量衰减,延缓灯具老化速度,降低污染程度。

  g.采用低眩光灯具或利用格栅减少灯具的眩光。

  D.开放、先进、合理的智能照明控制系统

  开放、高效、先进的智能照明控制系统是照明系统管理部分实现绿色节能的技术手段。完善合理的照明管理系统不仅能保证整个工程照明系统高效、节能运行,而且大大减少人工成本。

  昆明长水国际机场航站楼的照明监控管理系统架构基于C/S的二层网络结构,照明支路智能模块安装在照明配电箱(柜)内,现场设置智能照明开关实现就地手动场景控制。

  航站楼智能照明主要为大空间照明、公共区域公共通道照明、屋顶顶棚照明、卫生间照明、走道、机电管廊照明、大面积机房照明、标识灯箱照明、广告灯箱照明、VIP/CIP房间等的照明提供集中管理与控制。

  在智能照明具体实现上,昆明长水国际机场航站楼根据各区域的功能特点,灵活采取各种节能措施,主要体现如下:

  a.依据日光分析,重点针对各主要公共空间,制定全楼的日光与人工照明相结合的照明控制策略,结合亮度传感器设置,控制灯具的点亮时间,充分利用自然采光照明;

  b.可根据航班/车次信息合理规划各公共区域点亮照明的布光强度;

  c.公共区灯具分支路电源布线及控制;

  d.员工卫生间采用人体移动传感器控制点亮照明;

  e.机电管廊、员工走道及机电用房等非公共区设场景照明开关,可根据需求设置相应的照度;

  f.除疏散指示标志常明外,所有灯具均受控,消灭常明灯;

  g.后勤区、办公区内尽量做到单灯单控,最大限度的提高利用效率;

  h.部分要求照度范围较宽、照度精度较高的多功能房间可采用调光灯具及调光控制;

  i.走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用节能自熄开关;

  j.广告灯箱、大型商业区内照明结合时钟系统自动控制。

  ②楼宇自控、节能的机电设备与环保的材料

  A.变配电系统节能

  航站楼体量巨大,各类用电设备对供电要求各不相同,简单、合理、高效的变配电系统是整个航站楼节能的关键。

  a.开闭站及变配电所在航站楼内的合理布置,应尽量靠近负荷中心以缩短配电半径并减少线路损耗。

  b.供配电系统简单可靠,采用电容器串电抗器的补偿滤波相结合方案,提高供电系统的功率因数及治理谐波,减少无功损耗,同时使谐波限制在规范允许的范围内。

  c.采用干式节能型变压器,合理选择变压器容量,使其工作在高效低耗区。

  d.对70mm2以上电缆按经济电流密度选择,在电缆全寿命周期内减少电缆的自身电能损耗。

  e.配合设备工艺要求,采用变频技术对电动机运行进行变速控制,达到节能效果,同时对变频器的谐波含量进行限制。

  f.设置电力监控系统,对变配电馈出干线采用分项计量方式进行电能的监测。

  B.高效、节能的机电设备与环保材料

  航站楼80%的用电负荷均消耗在除照明外的机电设备上,高效节能的机电设备是整个航站楼绿色环保的关键。在设计时应保证各类机电设备的节能与环保性能。

  a.采用新型SCB-10型非包封型、杜邦NOMEX绝缘的节能变压器;

  b.严禁使用高压汞灯;

  c.采用新型节能Y2系列电动机;

  d.缆线均选用耐火/阻燃低烟无卤的产品;

  e.开关、插座及电气器件等均采用难燃环保材料;

  f.扶梯、步道采用自动感应型。

  C.智能楼宇管理系统

  航站楼内的各种电器的数量庞大,必须组建一套高效、方便、快捷的管理平台,全方面对工程的各类机电设备进行运行状态监视及采取优化控制策略,达到满足使用要求的前提下最大限度地节能及安全运行。航站楼是一个高度智能化的建筑,其构建的管理平台也必须是开放的、简洁、高度集成的一个平台,智能楼宇管理系统应运而生。智能楼宇管理系统集成了建筑设备管理系统、智能照明监控系统、电力监控系统、电梯/扶梯/步道监控系统。采用常规的控制层及管理层两层网络架构,其中管理层按IEEE802.3标准,构建标准化的以太网平台,网络互联采用TCP/IP协议,系统主机之间采用光纤连接。

  控制层为专用网络,采用智能二总线系统,接口采用RS485,数据协议采用LonWorks。

  D.科技人性化

  在整个航站楼电气设计中,其人性化贯穿始终。采用先进、可靠的技术最大限度的满足旅客的使用要求和舒适性,主要体现在:

  a.残厕设低位开关及求助报警按钮,紧急声光报警器及蜂鸣器;

  b.残疾人及母婴候机区设紧急声光报警器;

  c.旅客公共区设置残疾人公用电话及求助对讲电话;

  d.旅客公共区设CO2、温度及湿度传感器;

  e.旅客公共区设置充电用电源插座;

  f.VIP/CIP休息室设VAVBOX温控器既可远程遥控,也可以现场设定参数。

  (3)给排水节能节水设计

  ①使用节水设备

  使用节水设备是实现节水最直接有效的措施。合理选用节水器具是《绿色建筑评价标准》(GB/T50378—2006)中的控制项条款,必须严格执行。昆明长水国际机场航站楼内所有卫生器具配件均采用满足《节水型生活用水器具》(CJ164—2002)标准的用水器具。不同区域的节水器具选用原则如下:

  a.公共卫生间采用光电感应式延时自动关闭、停水自动关闭水龙头,感应式高效节水型小便器和蹲便器;

  b.客房及VIP休息间采用陶瓷阀芯停水自动关闭水龙头,两档式节水坐便器,水温调节器和节水型淋浴头;

  c.厨房采用加气式节水龙头,节水型洗碗机。

  ②用水计量

  按不同分区、不同用途设置用水计量表是实现节水的另一有效途径。昆明长水国际机场航站楼除了在各分区供水总管上设置总计量水表外,在各餐饮用水点、零售区商业用水点、承包招租区用水点等处均设置了分户水表单独计量,可以有效促进行为节水。

  ③空调内区余热提供生活热水热源

  大型机场航站楼内存在大量通讯机房、内区商业零售及办公等需要全年供冷的区域。这些区域的发热量常年稳定,需要制冷机组向其供冷,排除室内余热。而航站楼内的餐厅、厨房、卫生间等用房需要提供生活热水,加热这部分热水需要热源。采用风冷螺杆热泵四管制热回收机组,可以实现向航站楼内区供冷的同时,回收制冷运行时产生的冷凝热,将这部分热能用作生活热水热源。昆明长水国际机场航站楼即采用了上述系统,利用航站楼空调内区产生的余热,作为生活热水的热源,采用以热回收机组为主结合一次热水换热设备为辅助热源的系统形式,为航站楼内的餐厅、厨房、卫生间、淋浴间、VIP休息间、计时休息室等用房提供55℃生活热水。

  ④污水排放与中水利用

  航站楼内的冲厕用水、绿化灌用水、道路、场地冲洗用水等均可以用中水代替,以减少对水资源的消耗。大型机场场区内,除了航站楼、停车楼等主体建筑外,其周边还有很多配套建筑设施,如能源中心、机库、货运站等。为了有效综合利用场区内的可再生水资源,一般不在航站楼或各建筑物内建独立的中水处理系统,而是采用航站楼与其周边建筑设施统一建集中中水处理系统的办法。航站楼的污水输送至场区内的污水处理站,经处理后的中水回送至航站区用于机场绿化、路面冲洗、冲厕等用途。昆明长水国际机场航站楼采用上述中水回用方式,每天可节约用水约846t,中水利用率约40%。

  (4)节材与材料利用

  ①模数制原则与标准化设计

  航站楼的建设需要消耗大量材料,在航站楼建筑设计全过程中始终贯彻使用模数制设计的原则,尽量减少非标构件的数量,倡导材料规格标准化。模数化设计不但是环保节约之道,对减少造价,加快工期也大有裨益。

  在航站楼设计的全过程中,贯彻模数制设计原则,通过合理的网格规划和标准模数设计,极大提高了建筑构件的标准化程度和工厂化预制水平,将现场制作降至最低,大大加强了产品材料的加工精度,减少材料的浪费。通过精确设计先期解决界面和协调问题,避免日后返工,从而减少浪费。昆明长水国际机场航站楼也沿用了模数化设计原则,其中可供参考的基本模数如下:

  a.航站楼钢筋混凝土柱网:12m×12m~12m×18m矩形网格;

  b.航站楼钢结构柱网:36m×36m;

  c.航站楼幕墙系统基本模数:3.0m×0.8m;3.0m×1.6m;

  d.航站楼主体建筑金属屋面:定制的机械成型产品;

  e.航站楼公共区墙面基本标准模数:3.0m×0.8m;1.5m×0.4m;

  f.航站楼公共区地面基本控制模数:0.75m×0.75m;

  g.航站楼吊顶基本控制模数:2.0m×0.75m;

  h.停车楼标准柱网:9.0m×9.0m~9.0m×18.0m。

  ②清水混凝土设计

  航站楼内公共空间为一连续的整体,清水混凝土设计以本色、朴实、厚重、沉稳的特点很好地与映衬了航站楼的整体空间效果,共同奠定了空间的基调。在一些节点性区域,配合适宜的空间高度和纵深,以清晰、规整、具有严谨序列性的结构机理,赋予空间特有的气势和力度感。

  一体化设计原则是实现清水混凝土设计的重要手段和保证。昆明长水国际机场航站楼清水混凝土区域结合功能、空间特点进行了统筹规划,充分体现了室内空间效果的连续性和空间特色。航站楼所有公共区域内的混凝土结构均采用了清水混凝土处理手法,并根据饰面标准分为A类、B类、C类,对梁板柱在模板采用、外观形式、完成面色彩、质量等分别提出不同标准施工质量要求。清水混凝土区域主要部位包括混凝土结构梁板、混凝土结构立柱等,其中以混凝土梁、板范围分布最广,总面积达7.5万平方米,其施工难度也最大。

  清水混凝土结构梁、柱截面在满足结构性能的基础上,均经建筑优化,在形式上被赋予了更丰富的细节和表现力。相关机电主管线均采用垂直布置方式,利用梁间空隙,配合局部梁间吊顶,有效集成各类末端点位—喷淋、灯光设施等,凸显清水混凝土的整体效果和美学价值。

  在绿色设计的角度来看,清水混凝土应用的意义除了在于减少装饰面层,节约工序与建筑材料,降低维保费用,降低工程总造价之外,还在于有效促进和利用了施工技术、施工工艺的进步,并通过建筑一体化设计的方法,以适度的技术标准,挖掘出结构构件自身的表现力,而取代了附加的装饰构件,是一种内在性的技术美学的表达,传达了一种天然去矫饰的自然主义绿色理念,体现了建筑一体化设计的理念和成果。

  ③当地材料

  选材时尽量使用当地生产的材料,提高本地区内制造或获取的建筑材料和产品的需求,将大大减少由于材料运输对环境造成的影响,并降低后期的运营维护成本。

  在昆明长水国际机场建设中,由于机场、航站楼建设的巨大社会影响以及自身的巨大工程量,云南省委省政府、昆明新机场工程建设指挥部也把机场建设作为促进本地区经济发展的重要契机,工程建设得到了当地建设企业、建材企业的大力支持。

  经严格的技术论证和审查,通过深入优化钢筋混凝土结构设计,工程建设选用了本地生产的水泥、砂浆、结构钢筋等;选用当地特产的砂岩,作为航站楼中心区室内墙面装修的主要材料之一,面积约11300m2,同时体现了昆明的地方装饰特色。

  ④材料的可循环使用

  在建筑设计选材时考虑可循环使用性能。由于航站楼自身建筑特点,主体大空间部分的结构多采用钢结构,外围护体系多采用玻璃幕墙、外挂铝合金板材、金属屋面等独立体系的围护结构做法。同时由于航站楼内的通透性及大量人员密集的要求,内装修材料的耐久、耐擦洗、抗冲击、易清洁维护成为重要的考量指标,因而大量采用了玻璃隔断、玻璃栏板、玻璃外挂墙板、金属外挂墙板、金属吊顶等可循环利用材料。

  经各施工单位详细统计,昆明长水国际机场航站楼土建及装修使用建筑材料种类、体积、重量等参数统计见表6,全楼可循环材料使用比例达到13.58%。

  航站楼全年能耗预测及分析

  航站楼全年能耗预测及分析的目的

  在设计阶段对航站楼全年总能耗和分项能耗进行预测和分析具有重要意义。这里一方面强调分析的内容,另一方面强调分析的过程和对设计的作用。能耗分析需要作为一项技术信息和性能标准在设计过程中持续输入、检测,从而能够实时纳入到“循环设计”当中,作为设计的一项动态分析方法,对设计起到辅助、指导作用。当计算得出既有航站楼在当前设计条件下的总能耗和各分项系统能耗时,可清晰地分析各分项系统能耗在总能耗中所占的比例,并通过与其他航站楼能耗的横向比较,以及对本航站楼在不同设计阶段、采用不同技术措施时性能表现的纵向比较,才能获知该航站楼在现有设计条件下的能耗处于什么水平,哪些方面还有改善的潜力,从而判断是否需要对现有设计加以调整。

  能耗分析并非精确性的结论,与实际运营情况也还会有一定的差距,但作为相对性的比较分析手段,对设计方法、技术应用仍有积极推动作用。

  航站楼全年能耗预测及分析的基本方法

  航站楼全年能耗的预测及分析方法与一般公共建筑的能耗分析方法基本相同。但由于航站楼内部功能分区复杂,能耗设备系统种类繁多并且涉及大量专用设备(如行李传送系统、登机桥系统等),而且航站楼运行时间、管理模式和设备使用率与一般公共建筑相比,也有其特殊性,因此在进行航站楼全年能耗预测时,其能耗分项和运行条件定义要相对复杂。

  首先通过建筑能耗模拟软件建立建筑模型,把建筑室内环境参数,包括人员密度、新风量、各类设备负荷(机电设备、办公设备、行李、安检等机场专用设备)、灯光负荷等及其相关的使用率估算输入到能源模型中。最后输入相关的暖通空调系统类型及其设定值,包括送风温度、室内设计温度、设备功率及效率等,在项目所在地的气象条件下,对整栋建筑进行全年能耗模拟,便可预测建筑运行时的全年能耗。

  为了验证各种绿色节能设计措施的节能效果,往往需要将全年能耗模拟结果与一个参照建筑进行比较。所谓参照建筑是指其建筑的形状、大小、朝向、内部的空间划分和使用功能与所设计建筑完全一致,但其围护结构热工参数、室内环境参数、暖通空调系统类型及设定值等按照国家或地方的《公共建筑节能设计标准》进行设定。通过比较设计建筑和参考建筑的全年能耗模拟结果,即可验证各种绿色节能设计措施的节能效果。

  除了与参照建筑进行比较,还可以将航站楼的全年能耗预测结果与已投入运营的规模等同、地理气象条件接近的航站楼全年实际能耗进行比较。在当前实际应用中项目团队面临的一个主要问题是,不同项目的各类设计模拟数据、实际运营数据在设定条件上,在数据分类、收集、统计、分析的方法、原则上,以及实际运营中的计量内容、计量方式、计量标准上都不尽一致,各类基础数据的积累尚不充分,信息细化不足,这对不同航站楼之间的横向比较造成困难,比较分析的结论以及对设计的方向性指导还容易产生偏差。

  昆明长水国际机场航站楼全年能耗预测及分析

  昆明长水国际机场航站楼全年能耗主要分项包括:空调冷热源系统、空调通风输配系统、给排水系统、照明系统、办公设备系统、楼宇系统、厨房餐饮商业系统、电扶梯步道系统、行李系统、登机桥系统等能耗。本节将按照上述系统分类,采用建筑能耗模拟软件DeST,按照4.2.4.2节的能耗预测基本方法,对昆明长水国际机场航站楼的全年能耗进行预测。

  1.计算条件

  在进行能耗模拟分析时,首先根据相关实际运营需求,在做适当简化、合并后,设定了能耗分析的假设条件。

  (1)航站楼运行时间

  在航站楼运行时间的假定条件在实际运营基础上作适当简化,主要包括:

  ①航站楼全年运行天数:365d;

  ②航站楼年起降架次取2015年预测数据:19.7万次;

  ③航站楼弱电及信息系统、楼宇、消防系统为24h运行;

  ④航站楼后勤区、商业区、公共区每日集中运行时间:10~19h(运行时间:5:00~24:00不等);

  (2)空调通风系统能耗预测

  ①空调箱风机:空调箱风机有变频和不变频两种,定频风机运行电耗与运行时间有关,与负荷变化无关;变频风机与运行时间及负荷变化均相关,但由于变频风机的风量变化最小值为50%,因此负荷小于50%以后,耗电量均按50%风量对应值计算。

  ②厨房送排风机:厨房送排风机均为定频风机,其运行电耗与运行时间有关,运行时间长短取决于其对应餐厅的营业时间,除个别职工餐厅运行时间较短(5h),其余营业性餐厅的营业时间均在12h左右。

  ③其他通风机:其他通风机主要包括卫生间、变配电所、各种机电用房、管廊、车道等区域的送排风机。这些通风机均为定频风机,其运行电耗与运行时间相关,运行时间长短取决于其对应区域的使用时间。目前计算将通风机的运行时间分为四类:(1)间歇运行,如服务于各机电用房、管廊、车道等区域,排风机只需间歇开启,全天运行时间总和假设为6h;(2)办公区卫生间排风,其作息为办公作息,每天运行10h;(3)旅客卫生间,其作息为旅客区作息,每天运行19h;(4)服务于变配电所、煤气表间及客房的通风机,其运行时间为24h。

  (3)给排水系统能耗预测

  ①生活热水循环泵负责热泵机组板换后到用水末端的管路压降。其服务对象为旅客区卫生间盥洗用水,日运行时间与旅客区使用时间相同,由于水泵为定频泵,因此假设其功率不变。水处理仪与水泵负责区域一一对应。

  ②电热开水器安装在员工工作区,其使用时间与办公时间相同,但由于开水器是间歇工作的,因此需要考虑一定使用率,此外还要确定办公区域的年工作日数,目前按365d计算。

  ③厨房及卫生间排水泵电耗与排水泵使用时间相关,使用时间与厨房或卫生间对应区域的作息相关,厨房作息一般为商业作息,卫生间作息为旅客区作息。

  (4)照明系统能耗预测

  ①照明系统能耗按照各功能分区统计。

  ②照明系统能耗已考虑了自然采光、智能照明监控系统的最大节能效果。

  (5)楼宇系统能耗预测

  机场楼宇信息系统是全年24h运行的,但有一定同时使用系数,因此楼宇信息系统能耗按全年运行8760h并考虑一定同时使用系数计算确定。

  (6)电扶梯步道系统能耗预测

  电梯系统根据供货商样本中提供的年耗电量与年启动次数关系,结合航站楼电梯运行时间计算获得。扶梯、步道系统根据相应区域内的每日运行时间及使用率计算获得。

  (7)行李系统能耗预测

  行李系统是航站楼的专用设备系统,其运行能耗与航站楼行李系统规模、航班旅客流量等密切相关,需要采用行李系统专业仿真软件进行预测。行李系统能耗一般也不计算在建筑能耗范畴,但为了与已投入运营的航站楼实际能耗进行比较,昆明长水国际机场航站楼行李系统能耗采用按照行李系统变压器装机容量占航站楼变压器总装机容量的比例进行粗略估算。

  (8)登机桥系统(活动端)能耗预测

  登机桥系统(活动端)也是航站楼的专用设备系统,不属于一般建筑能耗范畴,同样是为了与已投入运营的航站楼实际能耗进行比较,必须对其能耗进行估算。昆明长水国际机场航站楼登机桥系统能耗按照机场年起降架次结合登机级桥转动功率、转动时间计算确定。

  2.已采用的节能设计措施

  昆明长水国际机场航站楼已采用的节能设计措施主要包括以下7项。进行全年能耗模拟时,设计建筑模型应把这7项节能设计措施定义到模型中,用于进行能耗比较的参照建筑不考虑这些节能措施。

  (1)自然采光;

  (2)自然通风;

  (3)空调系统全新风运行;

  (4)变风量空调系统;

  (5)空调冷热水泵变流量运行;

  (6)降低照明功率密度值;

  (7)智能照明控制。

  3.全年能耗预测结果及分析

  根据计算条件及已采用的节能设计措施,昆明长水国际机场航站楼全年能耗计算结果如图12所示。

  昆明长水国际机场航站楼设计建筑模型,全年电耗指标计算结果为144千瓦·小时/(平方米·年),参照建筑模型全年电耗指标为214千瓦·小时/(平方米·年),设计建筑比参照建筑节能33%。在设计建筑能耗模型中:

  ①照明用电占航站楼总能耗的40%;

  ②空调电耗(包括制冷机、水泵、风机、冷却塔等)占26%;

  ③室内设备电耗(包括电扶梯设备、办公设备、弱电设备、行李系统设备、登机桥设备等)占34%。

  与参照模型相比,设计模型主要在照明和空调两项节省了电耗。特别是空调系统,通过利用自然通风、空调系统全新风运行以及变风量、变水量系统的应用,空调系统能耗从85千瓦·小时/(平方米·年)下降到38千瓦·小时/(平方米·年),节能率达到55%。

  图13是2007年国内10个大型机场(旅客吞吐量1000万以上)年耗电指标的实际调研结果。10个调研样本的耗电指标平均值为251千瓦·小时/(平方米·年),远远高于昆明长水国际机场航站楼的耗电指标预测结果。

  10个调研样本中还包含了原昆明机场—巫家坝机场—的电耗178千瓦·小时/(平方米·年)。通过对处于相同气象条件下的新旧两个机场进行比较,可以剔除气象条件差异对航站楼能耗的影响,只比较各种节能技术措施的节能效果。巫家坝机场航站楼总面积约5.8万平方米,机场设计容量:1037万人次(2010年达2019万人次、2011年达2229万人次),计有登机桥12个、停机位30个。与昆明长水国际机场航站楼相比,在功能定位、建设规模、运行使用要求、服务标准、设施设备条件上都有很大差距。在这种条件下,新机场航站楼的电耗指标较巫家坝机场下降19%,可以看出新机场航站楼能耗各项节能技术措施的作用是显著的。

  由于昆明长水国际机场航站楼以上能耗数据仅是预测结果,并不是实际运行值,昆明的气候优势也是导致其能耗水平相对较低的一大因素,因此准确的能耗数据对比与分析,还有待详细的能耗调研之后才能进行。

  昆明长水国际机场航站楼绿色设计评估

  2012年5月,昆明长水国际机场通过住房和城乡建设部三星级绿色建筑设计标识评审,成为国内首个获得三星级绿色建筑设计标识认证的机场航站楼项目。

  按照《绿色建筑评价标准》(GB/T50378—2006)的相关要求,昆明长水国际机场航站楼项目达标情况如表7及图14所示。

  从表7及图14可以看出,由于现行的《绿色建筑评价标准》中很多条文与大型机场建筑的特点尚无法全面适应,除“节地与室外环境”以及“运营管理”没有不参评条文外,其他各项均有不参评条文,不参评条文比例明显高于一般公共建筑。

  “节水与水资源利用”、“节材与材料资源利用”、“室内环境质量”、“运营管理”四项的达标率达到100%,表明对航站楼建筑而言,上述分项的绿色设计目标在绿色机场指标体系中相关要求比较明确,技术条件、设计标准的容许度较大。

  而“节地与室外环境”、“节能与能源利用”各有一项不达标。“节地与室外环境”是由于场地环境噪声无法符合国家标准《声环境质量标准》(GB3096—2008)的规定导致不达标。场地环境噪声超标,这是机场的特殊性决定的。对于机场来讲,噪声控制是机场建设环境影响评价的重中之重,但其环境影响、评价方法、评价标准与《绿色建筑评价标准》的要求并不一致,这也体现了现有评价标准与机场建筑的不适应性。

  “节能与能源利用”中的不达标项是关于新风热回收设备的设置。由于昆明属于温和地区,室外新风条件在大部分情况下优于排风,不适合进行热回收。经分析比较,昆明地区进行排风热回收的回收年限为6年,回收年限相对较长,不宜采用热回收。因此我们在进行空调系统设计时,没有设置新风热回收装置,但评价条文只是简单地根据有无热回收装置判定是否达标,没有根据项目实际情况判断热回收装置的适用性,本身的技术合理性值得商榷。设计团队认为,不应该为了获得高认证级别盲目迎合评价条文的要求,导致不合理的设计。

  优选项中的不达标项是由于可再生能源利用率不能达到要求。按照《绿色建筑评价标准》条文要求,可再生能源产生的热水量不低于建筑生活热水消耗量的10%,或可再生能源发电量不低于建筑用电量的2%。这一条文对于小型建筑实施起来比较容易,但对于大型机场建筑,由于其热水耗热量及用电量基数都远高于一般公共建筑,要实现10%的可再生能源产热量或2%的可再生能源发电量均十分困难。此外,由于航站楼功能和建筑造型的要求,航站楼屋面往往不适合安装太阳能集热器、光伏发电板等可再生能源设备,因此大部分机场项目的可再生能源系统,包括太阳能集热系统、光伏发电系统、风力发电系统等,主要应用于其附属建筑,如货运站、停车楼等。

  在当前阶段,建筑师与工程师更必须坚持基于建筑功能、适应自然环境、采用适宜技术的整体设计理念,避免机械地针对某个标准或体系的条文式设计。

  结语

  当初面对昆明长水国际机场航站楼绿色设计任务书的宏观目标和各项具体设计指标时,设计团队充满困惑,最终决定暂时把这些标准放下,而把重点放回到真实的设计中,努力去设计并实现一个好的航站楼、一个好的建筑。在设计过程中,设计团队始终坚持团队所固有的以建筑为主导的系统设计和整合设计的理念和方法,执着于对建筑品质、设计品质的追求,各专业近百人的设计团队常年现场设计,心无旁骛共同为此日夜艰辛努力。时不时,设计团队会再次回到航站楼绿色设计任务书中来,发现其中积极的设计要素,去弥补设计的不足,同时将设计团队在设计逻辑中演绎出的结果反馈回去,去说服上级部门进行必要的调整和修正。现在回想起来,那竟是一个很绿色的设计过程:在团队组织上的高度整合(这种模式恐怕以后很难再遇到),无间断的持续设计流程,以整合为目标的设计理念和设计方法,对建造、对工艺、对性能的深入把控,对旅客使用和体验的高度负责,对运营的快速准确的反映,与业主、与施工方、与专业厂家的密切伙伴关系,以及设计团队不知疲倦的反复协调、调整、深化、再协调、再调整、再深化……正是这样的设计过程,使我们最终与业主、与绿色设计任务书编制单位达成了对绿色设计、对绿色技术的共识,并最终忠实地建造呈现出来,这真是一种在自觉与不自觉间的幸运。

  本节对航站楼设计中的技术应用作了一些相应的表达,在这里,想表达的是一种响应性的、适应性的、被动式的绿色设计逻辑,不想过多讨论或说明技术措施本身,而更希望去辨析技术之间的关系,虽力有难及,但相信这是一个重要的方向,也希望大家能在其中找到一些有益的参考。

  柳澎 黄季宜 晏庆模

……
关注读览天下微信, 100万篇深度好文, 等你来看……
阅读完整内容请先登录:
帐户:
密码: