南昌机场登机桥固定廊道热工分析和空调设计

南昌机场登机桥固定廊道热工分析和空调设计
潘峰马宁
（中国民航机场建设集团公司，约克（中国）商贸有限公司北京分公司）
摘要：阐述登机桥固定廊道维护结构的特点，并结合南昌机场登机桥固定廊道空调设计详细分析对比了各种维护机构的材料对登机桥固定廊道冷热负荷的影响，并根据登机桥固定廊道维护结构的特点论述了空调设备选型过程。
关键词：登机桥固定廊道　VRV空调系统玻璃幕墙
一、前言
登机桥作为连接飞机与航站楼的桥梁，为进出机场的旅客提供全天候、舒适和安全的行走空间，同时也为不同的机场规划和机坪布置提供经济、灵活的解决方案，提高了机场的运行效率和航站楼的服务水平。现在我国大中型机场多采用不低于70％的近机位布置，按此原则也加大了对登机桥数量、舒适性和服务的需求。
登机桥固定廊道或称登机连桥是连接航站楼与登机桥的走道，为了能给旅客提供一个更直接欣赏与了解机场飞行区的第一窗口，固定廊道现多采用玻璃幕墙侧壁通道设计，这样一来，夏季太阳辐射以及室外大面积停机坪的反射效应就使得登机桥玻璃幕墙的表面温度很高，根据有关机场工作人员的实测结果，夏季这些玻璃幕墙的表面温度达到60℃。如何提高登机桥舒适性和减少登机桥固定廊道对航站楼空调系统的影响以降低空调系统能耗？就需要我们进一步掌握登机桥固定廊道的维护结构型式并对其进行系统的热工分析，以确定合理的空调方式。
二、登机桥固定廊道所使用的维护结构材料
登机桥固定廊道的维护结构共由三部分组成，其侧壁为玻璃幕墙，上顶为铝合金板，地面由于是架空方式也采用铝合金板。
2.1玻璃幕墙
首先我们对玻璃幕墙热传导方式进行必要的分析。以常用的中空玻璃为例，玻璃幕热传导方式主要有以下三种形式：（1）室内外两侧玻璃表面的对流换热；（2）由室内外温差引起的空气间层的导热；（3）辐射换热，包括室内外环境与玻璃表面的辐射换热和夹层玻璃表面间的辐射换热。
中空玻璃的保温性能取决于以上传热方式的热阻大小，由此可以得到玻璃幕结构的保温性能的主要影响有以下几个方面
（1）气体层的厚度和数量：常用的中空玻璃间隔层的厚度为6mm、9mm、12mm等。在玻璃材质、密封构造相同的情况下，气体间隔层越大，其热阻也越大，对应的玻璃传热系数K值就越小，但当气体层厚度增加到一定程度后，气体在玻璃之间温差的作用下就会产生一定的对流过程，从而降低了气体层增厚对热阻增加的影响。
（2）夹层空气类型：中空玻璃空气层热阻不仅受夹层空气厚度的影响，还与夹层空气的类型有关。夹层空气为纯导热状况，其热阻与夹层的厚度成正比，而与夹层气体的导热系数成反比，因此通常的做法是在中空玻璃内部充惰性气体。
（3）表面镀膜处理：增加玻璃的总传热热阻，提高玻璃的保温性能，不仅可以通过增加空气夹层的导热热阻来实现，还可以采用提高玻璃间的辐射换热热阻来获得。为提高玻璃表面的辐射换热热阻，可以采用降低玻璃表面的红外辐射发射率的措施，通常的做法就是在玻璃表面镀上低辐射膜，即Low-e膜。对于普通的中空玻璃，其空气层的传导热阻与辐射换热热阻的比值约为3：1，因此如需提高中空玻璃的隔热性能，应首先提高其空气间层的辐射换热热阻，即减少玻璃表面的红外发射率，而不是增加空气层的传导热阻。
（4）窗框和幕墙支撑结构的隔热性能：由于采用了镀Low-e膜的中空玻璃，其传热系数K值可以降至2.0W/(m2.k)左右，而普通的金属窗框和支撑机构的K值为5.0W/(m2.k)以上，如果直接使用会在玻璃与窗框之间存在明显的冷桥，大部分的热量将通过传热系数大的窗框散失到室外，大大降低了整窗的综合传热系数。
2.2铝合金板
登机桥固定廊道屋顶和地面的金属面板多为铝合金复合结构，保温隔热功能是通过选用适当厚度的隔热材料应用于复合结构中而实现的。隔热材料通常为岩棉或玻璃棉。
三、设备选型
　　航站楼登机桥固定廊道的负荷较大，使用是不连续的，而航站楼空调设计采用舒适性空调为主，为了减少登机桥固定廊道的负荷对航站楼空调系统的影响，应采用相对独立的空调系统。登机桥固定廊道高度一般不会很高，但又要保证廊道内净高不小于2.20米，为了廊道的使用性和美观性，空调设备应优先布置在吊顶内。根据以上的条件限制。登机桥固定廊道空调设备应选VRV一拖多智能空调系统，空调室外机布置在登机桥旋转平台的基础旁，廊道内选用天花板嵌入式室内机，空调系统的控制接入航站楼楼宇控制系统中，方便集中控制和管理。
四、工程实例分析
南昌航站楼登机桥固定廊道采用双通道剪刀式构造，进港、出港旅客互不干扰，避免了客流交叉影响，每座桥长39m，宽为2.5米，高2.5米。（登机桥详见图1）根据南昌新机场规划，如图2所示，南昌新机场20座登机桥布置在候机指廊的东西两端，廊道侧壁以南北方向主，热工情况较差，现以 205号登机固定廊道进行热工计算。
图１　

图２

4.1维护结构材料的确定和负荷计算
登机桥固定廊道的冷热负荷主要是来自侧壁的玻璃幕墙、屋顶和地面的合金铝板。表1-1，表1-2，分别列出可供选择的玻璃材料和屋面材料等维护机构热工分析情况。

玻璃材料表1-1
编号材料种类材料特性可见光太阳能
厚度
(mm) 传热系数
(W/M2•K) 遮阳系数SC 通过率透过率
1 单层标准玻璃 12 5.50 0.89 0.86 0.71
2 普通中空玻璃 6＋12+6 2.80 0.71 0.76 0.66
3 LOW-e中空高透玻璃 6＋12+6 1.80 0.69 0.72 0.46
4 LOW-e中空遮阳低辐射玻璃 6＋12+6 1.60 0.32 0.46 0.24

屋面材料表1-2
编号材料种类厚度
(mm) 传热系数
(W/M2•K)
1 手册屋面结构类型II (70mm混凝土板) 加气混凝土厚200mm 0.78
2 铝合金面板结构 340 1.25
3 铝合金面板＋100mm玻璃棉保温层 200 0.31
4 铝合金面板＋200mm玻璃棉保温层 280 0.18
5 铝合金面板＋300mm玻璃棉保温层 380 0.13
备注：玻璃棉保温层按容重：16kg/m3，导热系数：0.045W/M•K计算

根据热工计算分别列出登机桥固定廊道采用
单层标准玻璃（1），LOW-e中空高透玻璃（3），LOW-e中空遮阳低辐射玻璃（4）与安装普通中空玻璃（2）的总维护结构得热量增加或减少的情况。
表1-3
单层标准玻璃（1）％ LOW-e中空高透玻璃（3）％ LOW-e中空遮阳低辐射玻璃（4）％
夏季冬季夏季冬季夏季冬季
＋43.3 ＋73.2 －12.1 －27.1 －45.2 －32.5

从表1-3中可以看出不同的玻璃材料对登机桥固定廊道维护结构热工影响很大。虽然登机桥固定廊道所占用面积很少，但由于立面采用的玻璃面积比登机桥面积大，夏季及冬季的传热对登机桥内的热舒适性环境影响就会很大，而且其影响的时间较长，所以登机连桥的立面应优先选用遮阳性能好的玻璃。表中LOW-e中空遮阳低辐射玻璃（4）的遮阳特性最好，但是价格昂贵，其价格为普通中空玻璃价格的150％以上；而LOW-e中空高透玻璃比普通中空玻璃价格高20％－25％。经过综合性价比分析比较，因此我们在登机桥固定廊道首选LOW-e中空高透玻璃。
由于登机连桥的高度较低而且采用架空敷设，一般在4m标高之上。根据维护结构的计算，屋面和地板材料也对桥内的热工情况影响很大。表1-4列出按普通中空玻璃下不同的屋面材料对登机连桥进行分析，以屋面材料表（1）对比登机连桥的维护结构的得热量增减如下。
表1-4
屋面材料（2）％屋面材料（3）％屋面材料（4）％屋面材料（5）％
夏季冬季夏季冬季夏季冬季夏季冬季
3.94 14.5 －3.94 －14.5 －5.03 －18.6 －5.45 －20.1

根据上表1-4可以看出，尤其是在冬季，屋面和地板的材料对维护结构的影响达到了15％左右。考虑到经济性和层高以及对结构的影响，我们认为登机桥固定廊道屋面和地板采用铝合金面板＋100mm玻璃棉保温层更为适合。
根据对以上登机桥固定廊道维护结构型式的分析，我们选定屋面和地板采用铝合金面板＋100mm玻璃棉保温层，传热系数K=0.31(W/M2•K)；廊道侧壁采用LOW-e中空高透玻璃，传热系数K=1.80(W/M2•K)。通过计算得到夏季单条登机桥固定廊道的冷负荷为12343w，冷负荷指标为127w/m2。与以往的工程中登机桥固定廊道按冷负荷指标250w/m2进行估算相比较，估算值严重偏大，造成了设备投资浪费和能耗的增加。
4.2设备选型
在南昌机场航站楼空调设计时考虑到登机桥固定廊道的使用是不连续的，同时也为减少其对航站楼空调系统的影响，选用了独立的空调方式VRV空调系统，这样空调系统既可以按需求灵活开启又能和航站楼的的楼宇控制系统连接。VRV空调系统的室外机布置在登机桥立柱旁或固定廊道立柱旁，单条廊道选用型号为RHXYQ8PAY1的室外机。
考虑到登机桥固定廊道对高度的要求，尽量选用超薄型的室内机，故根据计算单条廊道选用3台型号为FXFP56LVC环绕气流的天花板嵌入式室内机。天花板嵌入式环绕气流室内机360°全方位送风，温度分布状况更为均匀；风速柔和，大大提高了人体舒适度；这种室内机具有超薄机身，机身厚度仅为204mm，所需吊顶高度也仅为224mm，非常适合布置在登机桥固定廊道内；室内机标配有扬程为850mm的冷凝水提升水泵，更方便配合现场实际情况排放冷凝水。
五、结论
本文通过对登机桥固定廊道维护结构的热工分析，计算比较各种维护结构材料对登机桥固定廊道夏季和冬季冷热负荷的影响，最终选择了适合的维护结构材料和确定了空调系统，符合机场对节能方面的要求。对以后机场航站楼登机桥固定廊道设计标准化提供一定的参考。