近年来航空运输业发展迅猛，空中交通的客流量屡创新高。国际航空运输协会（IATA）发布的数据显示，2009—2019年的10年内，全球航空业旅客吞吐量由24.83亿人次增加到45.4亿人次，我国民航旅客吞吐量由4.86亿人次增加到13.52亿人次，分别增加82.8%和178%。
在这种激增的需求下，机场数量及规模持续攀升。以我国为例，民用运输机场数量从2009年的166个上升至2019年的238个，增加37.7%。机场航站楼的快速建设在未来也将持续进行，由中国民航局2021年12月发布的《“十四五”民用航空发展规划》可知，“十四五”期间规划新增运输机场29个，续建34个机场、新开工39个、前期建设67个。
在航空业蓬勃发展的基础上，中国民用航空局提出了民航高质量发展的要求。在《“十四五”民用航空发展规划》中提到机场建设要坚持数字化、智能化、智慧化发展路径，要加强智慧服务场景应用；加快以智慧机场为关键支撑的“平安机场、绿色机场、智慧机场、人文机场”的“四型机场”建设；民用机场能源系统应具有快速响应管控系统控制的能力，能够快速调节负荷，采用负荷预测技术，以气象预测数据、航班信息等数据为基础，提前预测用能负荷。
机场建筑节能潜力巨大
现有的机场航站楼单位面积能耗普遍高于其他类型建筑，建筑节能潜力较大。根据中国民航局2017年发布的《民用机场航站楼绿色性能调研测试报告》，航站楼单位面积能耗（包括航站楼及能源站电耗）为129～281kWh/（㎡·a），均值为180kWh/（㎡·a），相同气候、相近旅客量的航站楼单位面积能耗，最大值约为平均值的1～1.5倍，存在较大的节能潜力。航站楼单位面积能耗远高于同期全国公共建筑的单位面积电耗61.96kWh/（㎡·a），平均约为后者的2.9倍。降低航站楼能耗，在当今“双碳”背景下，具有重要意义。
机场航站楼的能耗包括通风空调、照明、信息弱电、广告、安检、扶电梯等设备、商业、登机桥电源、行李系统、生活热水等用能。根据机场能耗调研报告，整个空调系统的能耗约为73.4～121.7kWh/（㎡·a），占航站楼总能耗的41.2%～62.9%，是航站楼总能耗的最主要部分，所以研究及降低空调系统能耗对减少航站楼的总能耗意义重大。研究一年内航站楼能耗特性，将航站楼逐日能耗分为通风空调系统能耗和航站楼内除空调系统之外的其他能耗进行研究，航站楼通风空调系统能耗主要的影响因素是客流、气象参数、送风机频率、渗风等，航站楼空调系统之外的能耗主要的影响因素只有客流。总之，客流是机场航站楼能耗的重要影响因素，且是动态变化的。
机场节能降碳的途径
机场航站楼建筑节能降碳的途径主要有三个方面：降低需求能耗、提高供给能效，以及供应和需求的“供需匹配”。前两个主要是常规的节能技术，但在航站楼内，影响能耗重要因素的客流是动态变化的，会导致能源（尤其是空调系统）供应与需求的不匹配，达到能源供应与需求的匹配才能体现出前两者的价值。
降低需求侧能耗。针对需求侧，降低航站楼内各个用能项目的能耗，使之处在适宜的能耗水平。所用的方法包括：被动节能方法和主动节能方法，前者主要是高性能围护结构、高效新风热回收、气密性、自然通风、自然采光、被动遮阳等；后者主要是电梯变频及群控、高效灯具、照明系统分区定时智能感应控制、大空间气流组织优化等。
提高供给能效。空调系统能耗占航站楼总能耗的一半以上，提供空调系统供应设备的能效具有重要意义。主要的方法和技术包括：高效机房、高效热泵、热回收系统、蓄冷技术、光伏技术等。
冷热需求与供应精确匹配
达到能源供应和建筑环境需求的匹配说起来容易，但要完全做到，尤其是空调系统全年动态的供需匹配确实不易，因为需求是动态变化的，供应还存在一定的滞后性。所用的方法和技术主要有：CAE模拟仿真分析能耗及运行策略、空调系统全过程调适、建筑设备智能化管理等。其中控制策略和算法是技术的核心。将传统的静态思维转为动态设计，设计的系统需要满足各种工况条件。利用模拟仿真工具是其实现途径之一。
首先，要厘清客流的动态变化，对客流的动态时空分布进行研究，可建立14个典型区域的客流时空分布模型对动态客流进行描述，该模型相比以往数据，空调系统的年冷热量降低11.3%。
其次，研究航站楼空调系统滞后特性，多数功能区域客流的动态变化时间远小于空调系统滞后时间，采用现有的反馈控制方法将很难达到空调冷热供给与客流动态变化下需求的精确匹配。
最后，基于客流的预测，探究客流的动态变化导致的系统调节滞后和室温响应滞后特性，建立基于动态客流变化的空调系统预测控制模型，是解决航站楼空调冷热需求与供应精确匹配的方法之一。
机场航站楼建筑节能降碳新途径之一就是在厘清动态需求的基础上，集成现有技术与创新数字技术，达到供需精确匹配，更好地节能降碳。
（作者系北京市建筑设计研究院有限公司副总工程师）
本文原载于《中国建材报》10月17日11版