【天然气】北京新机场区域能源规划案例分析

2017-10-15 华气能源猎头

1、能源规划背景

北京新机场位于北京大兴区榆垡镇、礼贤镇和河北廊坊市广阳区之间。与天安门的直线距离46km，距首都机场67km，距天津滨海机场85km，距廊坊市中心26km，距雄安新区55km。

北京新机场功能定位为辐射全球的大型国际枢纽机场，建成后将对京冀周边区域经济发展产生重要影响。大型机场能源供给较为复杂，用能末端包括跑道、航站楼、综合换乘中心、停车楼、货运、航空配餐、场外、消防救援、生产生活辅助、航管、气象、通信、综合保障、航空和地面车辆加油站，以及综合训练（生产调度）中心等诸多建筑子项及设施。北京新机场能源供给特点如下：一是子项多且复杂，能耗总量大；二是用能种类复杂，包含多种类的工艺用能；三是能耗随时间波动大，如机场航站楼等高大空间，人流密集、流动性大，且人流呈现随季节、节假日、日间高峰低谷的变化。

本次能源规划主要研究一期约476万m2建筑的用能需求，重点研究一期航站区和配套区内建筑用冷用热解决方案，在满足用能安全可靠的前提下，尽可能提高可再生能源利用率，提高区域能源综合利用效率。

2、能源需求分析

新机场各区域设计冷、热、电负荷如表1所示。

表1建筑设计负荷

3、能源需求解决方案

3.1供热规划方案

新机场供热以传统能源为主，地源热泵和污水源热泵作为补充，同时因地制宜地采用燃气冷热电三联供技术，提高能源利用效率。地源热泵系统设置在各个地块内，污水源热泵系统结合污水处理厂的位置，给配餐楼供热。各个供热系统的装机容量和供热占比如表2所示。

表2供热系统装机容量和占比

3.2供冷规划方案

新机场航站楼以电制冷为主，结合峰谷电政策，采用部分蓄冷的策略设置冰蓄冷装置，通过蓄冰系统实现冷负荷的削峰，减少设备装机容量。同时在诸如办公楼、酒店、信息中心等冷热电负荷均匀的建筑单体设置适当规模的燃气冷热电三联供系统。各个供冷系统的装机容量和供冷占比如表3所示。

表3供冷系统装机容量和占比

3.3生活热水规划方案

新机场生活热水优先使用太阳能进行加热，在太阳能不足时再采用辅助热源进行加热，在供暖季采用市政热力作为辅助热源，非供暖季采用电蓄热锅炉，利用夜间低谷电作为辅助热源进行补充，太阳能集热器设置在各个建筑的屋顶。太阳能光热系统和辅助热源系统的供热量和供热占比如表4所示。

表4生活热水系统供热量和占比

3.4电力规划方案

新机场位于北京大兴，属于太阳能资源较为丰富的地区，因此规划在停车口和货运楼的屋顶建设两座光伏电站，设计规模分别为2.4MW和6.0MW，新机场剩余用电全部由市政电力提供。

4、可再生能源利用率分析

4.1可再生能源利用率计算

式中ν为可再生能源利用率，%；∑G为新机场区域内全年可再生能源替代一次能源输入量，包括浅层地热、太阳能、污水废热等，都统一折算成标准煤，t；∑M为新机场区域内全年总的一次能源消耗量，t。

经过计算，该项目全年总的可再生能源利用量折算成一次能源为11442.1t，具体计算见表5。根据《中国国际工程咨询公司关于北京新机场工程建设项目节能评估报告的评审报告》，新机场项目计算年综合能耗为88800.1t，其中机场工程计算年综合能耗为81026.4t，空管工程计算年综合能耗为4790.5t，供油工程计算年综合能耗为2983.2t，上述报告评估的新机场建筑面积为278.3万m2，航站区综合能耗指标为29.51kg/m2，其他区域综合能耗指标为22.36kg/m2。新机场在建设过程中，规划指标不断调整，截至目前，本期建设规模已经达到456万m2，根据评估报告中各个区块的能耗指标，调整后本期全年总能耗为116444t，具体计算见表6。经过计算，新机场全年可再生能源利用率为11442.1t÷116444t×100%=10%。

表5可再生能源利用计算

表6新机场全年综合能耗

4.2可再生能源经济性分析

新机场通过充分利用浅层地热、太阳能和污水废热，实现了可再生能源利用率10%的目标。然而，对于不同的可再生能源利用方式，利用成本不尽相同，本文按照单位可再生能源利用率投资进行综合比较得出，污水废热的单位投资最低，太阳能光伏的单位投资最高，具体对比见表7。

表7可再生能源经济性分析

可以看出，每实现1%的可再生能源利用率，太阳能光伏系统的初投资最高，其初投资是浅层地热（太阳能光热系统）初投资的3.7（3.6）倍，污水源热泵系统初投资最少。因此，从节约投资的角度考虑，应大力发展浅层地热、太阳能光热和污水源热泵等性价比相对较高的可再生能源技术，适当发展太阳能光伏。

5、区域能源综合利用率分析

根据《北京新机场工程建设项目节能评估报告书》，到2020年，旅客吞吐量4500万人次时，新机场全年输入能源81026.46t标准煤，其中加工转换损失2058.59t标准煤，输送损失2538.50t标准煤，终端输出损失8474.25t标准煤，最终有效能源输出量为67955.12t标准煤，综合能源利用率为83.87%。新机场能量平衡图如图1所示。

图1能量平衡图

6、结语

新机场作为一项国家重点工程，能源供给方案应更加务实、可靠。天然气、市政电力等常规能源依旧是解决新机场能源供给的主力军，在此基础上，充分利用浅层地热、太阳能以及污水废热等可再生能源，实现新机场可再生能源利用率10%的建设要求。

建议在后续的开发建设过程中，应规划先行，落实可再生能源建设需要的各项条件，新机场建设指挥部应统一管理，统一协调。

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北京新机场主航站楼核心区的骨架建设完成，虽然在年底才能完成封顶封围工作，但是其独特的造型已经惊艳了一片吃瓜群众。今天，我们一起来盘点一下新机场的十大设计亮点！

亮点一：首次采用「海星」状构型

北京新机场被大家亲切的称呼为「海星」，因为它创造性的首用「海星」放射状构型：除了北部为一栋独立建筑外，其他指廊都汇聚于中间的主航站楼。

新机场以主航站楼为中心向四周散射五条指廊：位于中央的主航站楼的屋面最高点高度为 50 米，然后下降至指廊端部 25 米，楼前屋盖悬挑长度达 47 米；每条指廊从末端到中心的距离只有 600 米，最大限度地缩短了步行距离，还可以增加整个航站楼的连通性。

亮点二：全球最大机场航站楼

北京新机场航站楼区南北长 1753 米，东西宽 1591 米，由旅客航站楼、换乘中心和综合服务楼以及停车楼三部分组成。规划显示，北京新机场航站楼的总建筑面积达到 103 万平方米，将成为全球最大的机场航站楼。

其中，作为主要功能区的主航站楼就占了 60 万平方米，包括地下两层和地上局部五层；西南、中南、东南三条指廊各长 411米，西北、东北两条各长 298 米，单体面积在 4.6 万到 10 万平米之间；

亮点三：东西对称区域既独立又统一

在完整的「海星」结构下，航站楼主体被划分为相对独立的东西两个区域：除中央指廊主要服务于国际功能外，西侧主要为南方航空公司服务区，东侧主要为东方航空公司服务区。这两个对称的区域，既可以独立运作，也可以完美的统一起来，不仅增加了航站楼使用的灵活性，也能为出行的旅客提供更有标识性的服务。

亮点四：不规则自由曲面的屋盖结构，施工难度堪称世界之最

航站楼的主体结构为全现浇钢筋混凝土框架结构，这种结构现在大多用于工厂厂房建设；

屋盖钢结构则采用空间网架结构体系，这种架构体系一般由许多规则的几何体组合而成，稳定性好。但不同的是，航站楼的屋盖为不规则自由曲面，这无疑增加了施工难度，其难度堪称世界之最。

亮点五：8根C型柱做主要支撑

作为全球最大的机场航站楼，其屋盖钢架构的投影面积就达到 18 万平米，相当于 25 个标准足球场。但是，为了保障充足的活动空间，如此庞大的屋盖仅用了 8 根 C 型柱作支撑。这 8 根 C 型柱彼此间距 200 米，形成的空间可以装下整个水立方。

亮点六：国内首创双层出发高架桥

值得注意的是，北京新机场航站楼还是国内首次采用双层出发高架桥设计的航站楼。

双层桥分别对应航站楼的第三层和第四层：国际出发走上层，也就是第四层；国内出发上下两层均可。第三层是与国内安检平行的楼层，其中部可以进行自助取票、自助行李托运等服务；第四层中部为国际办票柜台和行李托运，两侧则可以办理国内航空业务。

亮点七：到机场前就可完成行李托运服务

在面积如此庞大的机场内，拖着沉重的行李、穿过长长的指廊去办理托运一定是一件费心又费力的事情。

为了避免这样的情况出现，新机场设置了多种办票及行李托运形式：除了三层和四层设置了大量或人工、或自主的办票柜台和行李托运外，地下综合换乘中心和机场停车楼内都设置了服务柜台，不管是对乘坐轨道交通还是自驾到机场的旅客，都十分方便；更惊喜的是，在市区的草桥城市航站楼内也设置了办票和行李托运柜台，旅客在来到机场之前就可以完成行李托运工作。

亮点八：注重节能，采用双系统处理方式

节能是新机场在行李系统上的又一大亮点。

新机场建成后，每年将容纳 4000 万—— 7000 万的人流量，在这么庞大的人流量下，尽可能的降低能耗就成了设计者重点考虑的难题，其中行李系统更是重中之重。

在新机场内部，部分行李系统采用了双系统处理方式，在高峰时段行李将全系统运行，而在客流量较低的时段，就只使用直通转盘，这样就有效降低运营成本，既高效又节能。

亮点九：国内首创隔震技术

在航站楼的正下方，聚集着高铁、城铁和地铁站，地下有六条轨道横贯整个机场。为了机场安全，新机场采用了层间隔震技术，这项技术目前是国内首创。层间隔震技术就是在航站楼首层板下，设置了隔震支座，将航站楼首层和地下一层完全隔开，既隔震又不影响地下层的使用。

亮点十：出发到达混流设计

与传统机场不同，北京新机场的国内出发和到达两个区域没有设置物理隔断。这种出发到达混流的设计，可以实现服务资源的共享，避免商业设施的重复设置，从而促进资源的最大化利用；另一方面，混流设计减少了楼层设置，也有效降低了建设成本。

北极新机场位于北京市大兴区礼贤镇、榆垡镇与河北廊坊市广阳区之间，建成后，它将成为超大型国际航空综合交通枢纽。由于占据着如此重要的地理位置，新机场建设的同时，北京市与河北省共建的新机场临空经济区也将逐渐发展起来。河北的伙伴们是不是有点小激动呢？

来源：作者：北京新机场建设指挥部王路兵中国中元国际工程有限公司傅强石海洋贺继超任毅全文刊登于《暖通空调》杂志2017年第9期

编辑：华气能源猎头（微号：energyhunt）

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