建筑節(jié)能一體化技術(shù)在合肥新橋國際機(jī)場T2 航站樓中的應(yīng)用

莊 璐

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑業(yè)對地球環(huán)境與資源的影響也在不斷加深，其可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。機(jī)場建設(shè)從項(xiàng)目立項(xiàng)到施工的全過程，都與生態(tài)、環(huán)境、資源的協(xié)調(diào)發(fā)展密切相關(guān)。為順應(yīng)時代發(fā)展，踐行合肥新橋國際機(jī)場集團(tuán)有限公司“綠色機(jī)場”的建設(shè)理念，在設(shè)計、施工層面從節(jié)能入手，有效降低機(jī)場建設(shè)項(xiàng)目的運(yùn)營成本，以產(chǎn)生更多的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，這是未來機(jī)場建設(shè)需突破的重點(diǎn)。

安徽省合肥市位于經(jīng)濟(jì)和消費(fèi)最具活力的區(qū)域，是長三角世界級城市群副中心和“一帶一路”節(jié)點(diǎn)城市?！堕L江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，優(yōu)化提升合肥區(qū)域航空樞紐功能，加快合肥國際航空貨運(yùn)集散中心建設(shè)，是未來發(fā)展的重要基礎(chǔ)?！逗戏市聵驀H機(jī)場總體規(guī)劃（2019 版）》將合肥新橋國際機(jī)場定位為長三角機(jī)場群的重要區(qū)域樞紐、合肥都市圈發(fā)展的重要支撐、全國性綜合交通樞紐的核心，以及合肥國際航空貨運(yùn)集散中心發(fā)展的重要載體。在此基礎(chǔ)上，以新建T2 航站樓為核心的新一輪擴(kuò)建工程應(yīng)運(yùn)而生，未來新橋機(jī)場將成為年旅客吞吐量達(dá)8000 萬人，集城際、市域地鐵和各類交通為一體的新型航空樞紐。

同時，本次航站區(qū)擴(kuò)建工程是新一輪綠色機(jī)場建設(shè)的先鋒，旨在打造國際生態(tài)綠色健康機(jī)場，將生態(tài)、可持續(xù)以及健康理念貫穿于設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)營的全周期，高效利用各種資源，提升旅客在航站樓內(nèi)的舒適度，減少對環(huán)境的影響，營造良好的生態(tài)環(huán)境。該機(jī)場旨在立足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及地方標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國綠色建筑的新標(biāo)準(zhǔn)和新技術(shù)，達(dá)到綠色三星級建筑標(biāo)準(zhǔn)，比肩國內(nèi)頂級綠色航站樓的設(shè)計水平。

1 綠色設(shè)計目標(biāo)

將節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于機(jī)場建設(shè)，是可持續(xù)發(fā)展理念在工程建設(shè)中的重要表現(xiàn)，以資源的高效利用為中心，追求低耗、高效、環(huán)保的同時，最大限度實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)保和生態(tài)的綜合效益。同時，這一技術(shù)的普及還可以為建筑業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)保效益。針對機(jī)場的節(jié)能減排，必須始終堅持以地質(zhì)、水文學(xué)、地貌、生態(tài)、氣候及人文等多學(xué)科為基礎(chǔ)，對其進(jìn)行系統(tǒng)分析與研究的核心思想。綠色評價標(biāo)準(zhǔn)是國內(nèi)綠色建筑的重要標(biāo)志。根據(jù)《綠色機(jī)場規(guī)劃導(dǎo)則》，合肥新橋國際機(jī)場以三星級建筑標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計目標(biāo)，充分運(yùn)用被動措施，利用自然通風(fēng)降低負(fù)荷，平衡日照與采光，配合高效節(jié)能機(jī)電系統(tǒng)，打造夏熱冬冷地區(qū)低能耗航站樓標(biāo)桿。針對航站樓中不同功能，進(jìn)行全人員、全空間的健康設(shè)計，提升空氣品質(zhì)、水質(zhì)品質(zhì)、光環(huán)境、熱舒適與聲環(huán)境，同時提供人性化的服務(wù)設(shè)施。

在技術(shù)措施選取方面，結(jié)合綠色評價標(biāo)準(zhǔn)，在投資增量最優(yōu)化的前提下，從更多的維度創(chuàng)建綠色三星機(jī)場。結(jié)合項(xiàng)目場地條件、功能造型特點(diǎn)，為項(xiàng)目制訂可行的綠色三星方案，采取被動為主、結(jié)合主動的方式，制訂增量較低、收益明顯、運(yùn)行便捷的有關(guān)措施[1]。

2 照明分析

對航站樓綠色照明工程不僅僅是從節(jié)能的角度進(jìn)行要求，而要從更高層次角度去詮釋，包括節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，為航站樓內(nèi)的旅客、工作人員等創(chuàng)造舒適、安全、有益身心健康的綠色照明，促進(jìn)人與自然、環(huán)境與發(fā)展、建設(shè)與保護(hù)、經(jīng)濟(jì)增長與社會進(jìn)步相平衡的機(jī)場體系。合理的綠色節(jié)能措施落地有賴于對航站樓日照情況和室內(nèi)照明需求的分析，機(jī)場航站樓的照明系統(tǒng)僅次于中央空調(diào)系統(tǒng)，能耗最大，因此在確保樓內(nèi)照明穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，必須考慮節(jié)能問題。

現(xiàn)代化的航區(qū)采用自然光照，這是一種有效節(jié)約能源的方式。航站樓最主要的出發(fā)層和候機(jī)區(qū)，為了解決采光均勻度的問題，除幕墻外還引入一定數(shù)量的天窗，包括主樓獨(dú)立式懸井天窗、出樓長廊交接處垂簾天窗和指廊三角形天窗等。天窗是建筑屋面的窗口，是自然光線照射到建筑物內(nèi)的最佳途徑，同時也是建筑物的主要照明方式。平板天窗的應(yīng)用，首先要在天窗下面裝上隔板，將一些光線反射到頂棚上，這樣可以讓室內(nèi)的光線更加均勻、柔和，既能滿足夏季日照需求，又能適應(yīng)冬季和夏季太陽高度角度的變化。側(cè)窗照明系統(tǒng)所提供的光線約為屋頂照明系統(tǒng)的40%。中庭照明也是建筑師常用的手段之一，它不僅可以提供直接照明，而且可以讓室內(nèi)的光線向周圍擴(kuò)散。因此，設(shè)計團(tuán)隊?wèi)?yīng)根據(jù)場地條件和不同工況，按照航站樓整體造型和室內(nèi)功能需求，通過計算機(jī)模擬進(jìn)行照明技術(shù)分析。

根據(jù)照明分析的研究，T2 航站樓朝向西側(cè)的傾斜天窗及大部分空側(cè)候機(jī)區(qū)玻璃幕墻受到的日照強(qiáng)度較大，需要更高性能的物料參數(shù)或采用遮陽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)照明效果。航站樓體量巨大，面寬近1400 m，主樓面寬近500 m，進(jìn)深約200 m，若全部采用人工照明能耗過大，需要引入自然光進(jìn)行日間照明。根據(jù)航站樓內(nèi)的樓層和功能布局，進(jìn)行室內(nèi)照明的模擬研究。該系統(tǒng)由一個中心圖形工作站構(gòu)成，可以將各個監(jiān)控點(diǎn)上多個控制器有機(jī)結(jié)合起來，從而達(dá)到集中管理、分散控制的目的。各監(jiān)測裝置采用總線方式相連，通過軟件控制。

每個子系統(tǒng)都可以獨(dú)立控制，中央工作站可集中控制。出發(fā)大廳和主航站樓步行區(qū)的照明控制是基于室外照明亮度和航班信息的組合。經(jīng)過現(xiàn)場測量，結(jié)合設(shè)計實(shí)驗(yàn)室推薦的數(shù)據(jù)，根據(jù)乘客的實(shí)際需求設(shè)定開/關(guān)值，并將受控照明組劃分為多個虛擬控制點(diǎn)，由過程控制語言（Powers Process Control Language，PPCL）程序進(jìn)行控制。該節(jié)能方案覆蓋航站樓的出發(fā)區(qū)域，一方面在程序中修改光照度的參照值（圖1、圖2）來改變照明開關(guān)時間，另一方面在程序中利用各時段不同的模式調(diào)整照明的開關(guān)方案。

圖1 14 m 層（出發(fā)大廳/國際出發(fā)候機(jī)）全陰天照明工況（來源：項(xiàng)目團(tuán)隊自繪）

圖2 8 m 層（行李提取/國內(nèi)出發(fā)候機(jī)）全陰天照明工況（來源：項(xiàng)目團(tuán)隊自繪）

3 建筑節(jié)能一體化

機(jī)場候機(jī)樓是現(xiàn)代多用途的綜合性建筑，其燈光設(shè)計是不可缺少的內(nèi)容。航站樓建筑燈光與一般民用建筑相比具有較高的技術(shù)指標(biāo)，是建筑美化、人體工程學(xué)、飛行安全性等多方面的綜合。在此基礎(chǔ)上，提出一種新的可持續(xù)發(fā)展的方法。為了向旅客提供舒適的出行體驗(yàn)，航站樓采用高大、開敞、明亮的空間，建筑圍護(hù)系統(tǒng)以玻璃幕墻、嵌入天窗的金屬屋面為主。航站樓巨大的尺度，在體形系數(shù)上不占優(yōu)勢。一方面，充足的自然采光是環(huán)境舒適、減少照明能耗和日常運(yùn)維成本的保證；另一方面，太陽輻射對物料選擇、遮陽系統(tǒng)等能耗控制措施提出更高的要求[2]。在綠色設(shè)計方面，應(yīng)合理處理這一矛盾，將采光與遮陽相結(jié)合，同時將被動節(jié)能與主動產(chǎn)能相結(jié)合。

3.1 光電玻璃與幕墻系統(tǒng)一體化

航站樓的建筑屋面為連續(xù)漸變的曲面造型，四周立面以玻璃幕墻為主。根據(jù)日照分析，主樓出檐深遠(yuǎn)，可不再設(shè)置單獨(dú)的遮陽系統(tǒng)。兩側(cè)延伸候機(jī)指廊朝向東側(cè)的區(qū)域由于機(jī)位較少，根據(jù)建筑整體效果采用以實(shí)面為主的幕墻系統(tǒng)。而面向西側(cè)的空側(cè)候機(jī)區(qū)則根據(jù)功能需采用大面積玻璃幕墻，需設(shè)置獨(dú)立的遮陽系統(tǒng)[3]?？諅?cè)候機(jī)區(qū)幕墻采用框架式幕墻系統(tǒng)，板塊橫向布置，其基本單元尺寸為3600 mm×2000 mm，既可保證旅客在視線上的通透性，又能夠適應(yīng)各種登機(jī)橋的入口銜接要求，如圖3 所示。

按照綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)判斷依據(jù)，外遮陽的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為降低夏季日照負(fù)荷的20%。水平遮陽可以有效遮擋夏季正午時段的日照直射，而西曬難以通過水平遮陽板完全遮擋，需考慮一定的傾斜角度。根據(jù)日照分析研究，經(jīng)多方案比選，采用從水平到傾斜的漸變方案，遮陽百葉寬度為600 mm，距離幕墻1400 mm。

常見的遮陽系統(tǒng)一般為各種形式的鋁合金百葉或格柵設(shè)施，以避免炫光和降低空調(diào)負(fù)荷。對于衛(wèi)星廳的指廊，由于功能需要，其進(jìn)深小，透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積大，不易做活動外遮陽，很容易受到太陽直射光和輻射熱的影響[4]。經(jīng)過研究，傳統(tǒng)晶硅系統(tǒng)雖然效率高，但是對日照方向更敏感，需要選擇合適的安裝角度方能取得較好的效果。同時，需要設(shè)置重型的安裝支撐結(jié)構(gòu)，常用于開闊場地或大面積平整堅固的屋面結(jié)構(gòu)，難以與建筑結(jié)合。而以碲化鎘為基礎(chǔ)的有機(jī)光電材料，則可將普通玻璃幕墻從絕緣體變成發(fā)電薄膜太陽能電池，在安裝生產(chǎn)工藝上較為簡單，只需將發(fā)電模組嵌入玻璃系統(tǒng)即可，其他安裝工藝與普通玻璃幕墻大致相同，這樣可以擺脫厚重的支撐結(jié)構(gòu)，使光伏和建筑一體化成為可能。

最終，為遮陽發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計一種簡潔的形式。設(shè)置2 根吊索，上端懸掛在屋面鋼結(jié)構(gòu)上，下端與航站樓6 m 層混凝土結(jié)構(gòu)相連。尺寸3.6 m×0.6 m 的光伏模組先嵌固在鋁合金框架上構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)單元模塊，再串聯(lián)在吊索系統(tǒng)上。

3.2 光電玻璃與天窗一體化

為了解決大進(jìn)深建筑空間的采光均勻度問題，航站樓設(shè)置了大致均布的不同形式的天窗。其中，位于主樓和長廊之間的垂簾天窗由于朝向西側(cè)，需要進(jìn)行專門的遮陽系統(tǒng)研究。根據(jù)建筑造型特點(diǎn)，垂簾天窗采用向下彎曲的剖面形式，從中部向兩側(cè)連續(xù)漸變，中部較為水平，兩側(cè)坡度逐漸增大，最終延伸至候機(jī)長廊，并與垂直側(cè)天窗融為一體[5]。由于采用漸變的造型，天窗在水平方向上有一定變形，通過玻璃板塊的依次錯動，有序擬合標(biāo)準(zhǔn)化后的板塊單元與理論模型，形成豐富的空間效果。

天窗常見的遮陽做法是采用類似鋁合金百葉的外遮陽系統(tǒng)，但根據(jù)建筑造型的特點(diǎn)不難看出，在漸變的板塊上附加遮陽系統(tǒng)會使構(gòu)造變得較為復(fù)雜，對于屋面這種受風(fēng)荷載作用比較大且必須保證水密、氣密性的區(qū)域，復(fù)雜系統(tǒng)無疑會帶來更大的后期運(yùn)維風(fēng)險。

因此，與天窗結(jié)合的光伏系統(tǒng)將是更加可靠的選擇，它可以通過不同的透明度選擇實(shí)現(xiàn)較好遮陽效果，同時能夠提供一定的電能，避免了不必要的復(fù)雜系統(tǒng)[6]。

與幕墻外遮陽不同，光伏發(fā)電系統(tǒng)與天窗的結(jié)合更簡單，只需將光伏組件復(fù)合在玻璃物料中，替換原有部分，與鍍有Low-E 膜層的玻璃組成中空夾層系統(tǒng)即可。在隨后的安裝、運(yùn)行維護(hù)等方面，與傳統(tǒng)玻璃幕墻系統(tǒng)基本相同。

通過與建筑形體的充分結(jié)合，光伏系統(tǒng)不再是獨(dú)立的附加系統(tǒng)，無須通過額外的建筑處理來弱化其影響，一體化設(shè)計思想使之成為豐富建筑空間的有機(jī)組成部分，整個航站樓也實(shí)現(xiàn)了從節(jié)能到產(chǎn)能的躍進(jìn)。

4 結(jié)語

節(jié)能技術(shù)在綠色建筑工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用該技術(shù)將成為建筑工程施工發(fā)展的必然趨勢。為了提高機(jī)場的節(jié)能效果，在建設(shè)過程中可能會增加機(jī)場項(xiàng)目的建設(shè)成本，但是從機(jī)場發(fā)展的長遠(yuǎn)利益來看，后期使用中節(jié)能所獲得的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于建設(shè)中的投入。因此，應(yīng)該在機(jī)場建設(shè)過程中引入安全高效的節(jié)能技術(shù)并且加強(qiáng)管理，降低成本，進(jìn)一步開發(fā)與創(chuàng)新節(jié)能施工技術(shù)，促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展，從而提升社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。