Сокращение энергопотребления в аэропортах

Интерес к повышению устойчивости зданий аэропортов и сокращению их энергопотребления постоянно растет во всем мире. Наблюдаемый сдвиг в сторону устойчивых проектирования и эксплуатации, а также сокращение издержек при решении экологических проблем актуален и в авиационном секторе.

Только за последнее десятилетие заметно возросло количество новых аэропортов, ставших обладателями зеленых сертификатов, таких как LEED и BREAM, включая давно эксплуатируемые аэропорты, устанавливающие амбициозные цели по сокращению энергоресурсов. Этому способствует проведение международных конференций, посвященных зеленым аэропортам и принятие планов по энергосбережению. Например в Дубае решено снизить потребление энергии на 20 % к 2020 году.

Выбросы углекислого газа

Авиационная промышленность отвечает примерно за 2 % мировых выбросов углерода, из которых 5 % приходится на аэропорты. Поэтому именно авиапром, а не аэропорты, в настоящее время уделяет особое внимание сокращению потребления энергии и выбросов углекислого газа от самолетов, вкладывая в это значительные финансовые средства.

На первый взгляд, кажется, что 0,1 % мировых выбросов углерода, выделяемых аэропортами, в глобальном масштабе это немного. Однако число новых аэропортов по всему миру растет, и соответственно их выбросы углекислого газа будут увеличиваться. Значит этому нужно уделять внимание.

Мероприятия по экономии энергии

Показателен опыт стран Ближнего Востока, где за последние семь лет произошел значительный рост количества инфраструктурных проектов. В ходе исследования этого опыта выяснилось, что существуют различные стратегии проектирования аэропортов с прямым и косвенным воздействием на потребление энергии, которые включают (но не ограничиваются) такие мероприятия как:

- выполнение графика полета в процессе расчета зонирования и тепловой нагрузки;

- адекватное определение размеров оборудования для максимальной эффективности и сокращения энергии, используемой при запуске оборудования;

- хранение охлажденной воды в непиковые часы;

Базовый уровень энергопотребления

Важным параметром, который регулярно регистрируется, является ежегодное количество пассажиров. Этот показатель напрямую связан с потреблением энергии в аэропортах и поэтому должен быть ключевым при расчетах.

В последнее время аэропорты устанавливают целевые показатели сокращения потребления энергии в рамках стратегий их устойчивости и снижения издержек. При этом важно определить базовый уровень, с которым это снижение следует сравнивать.

В традиционных зданиях базовый уровень энергопотребления является постоянным и рассчитывается в начале года. Однако в аэропорту много меняющихся параметров. Например его размер и количество пассажиров могут увеличиться в процессе реализации стратегий по сокращению выбросов. Поэтому прогресс в экономии энергии может быть завуалирован ростом энергопотребления из-за подключения новых объектов. По этой причине базовым уровнем должно быть потребление энергии на единицу рабочей нагрузки (1 пассажир или 100 кг груза).

Общие цели энергосбережения

Аэропорт – сложный объект, расположенный на большой площади (которая постоянно расширяется) и функционирующий круглосуточно в динамичном режиме работы. Аэропорт традиционно разделяют на две основные области деятельности: первая включает в себя здания терминала, автостоянки, общественный транспорт и подъездные пути, а вторая – все территории, доступные для воздушных судов, включая взлетно-посадочные полосы, рулежные дорожки. Т. е. аэропорт объединяет интересы различного бизнеса: авиакомпаний, гостиничных операторов, правительственных объектов и т. д.

В зависимости от географического местоположения аэропорта меняются климат, условия взлета и посадки, эксплуатационные параметры и т. д. Однако для всех аэропортов можно выявить общие зоны максимальной энергоемкости. Примерно половина электрической энергии и большая часть природного газа, потребляемых аэропортом, приходится на сложные инженерные системы, такие как кондиционирования, вентиляции, освещение и т. п. Именно здесь нужно искать возможности для экономии энергии.

Для примера рассмотрим несколько аэропортов, расположенных в разных климатических условиях, имеющих различные даты ввода в эксплуатацию и размеры, а также разные подходы к решению задачи снижения энергопотребления.

Международный аэропорт Гонконга является крупнейшим в мире по грузовым перевозкам, восьмым по величине пассажирского движения и десятым по занимаемой площади. В 2010 году Международный аэропорт Гонконга поставил цель сократить потребление энергии на 25 % на единицу рабочей нагрузки, с тех пор они реализовали более 400 стратегий по сокращению энергии и выбросов углерода.

Климат в Гонконге жаркий и влажный, в летний период температура превышает 31 °C.

Кондиционирование воздуха осуществляется системой с водяным охлаждением с переменным объемом воздуха (ПОВ), а распределение воздуха – через вертикальные башни, которые экономят энергию, охлаждая только нижнюю часть помещений с высокими потолками.

Рекуперация тепла не пользуется популярностью из-за ограниченности пространства: она рассматривалась для этого аэропорта, но не учитывалась из-за большого расстояния между подачей и возвратом воздуха.

Чиллеры были интегрированы в сис-тему охлаждения, которая была создана путем объединения двух существующих охлаждающих систем, предназначенных для охлаждения двух разных терминала. Таким образом оба терминала теперь обслуживаются общей системой охлаждения. Это позволяет при различных температурах и тепловых нагрузках в каждом терминале обеспечить оптимальное и более гибкое охлаждение воды и время восстановления чиллера. Экономия от данной инициативы достигает 6,1 млн кВт•ч/год.

Система освещения. Основное и самое существенное снижение энергопотребления и выбросов углекислого газа было достигнуто за счет замены 100 000 ламп на эффективные светодиодные фонари. Это обеспечило экономию 18,2 млн кВт•ч/год. Данный проекта выполнялся в течение 4 лет до завершения и имеет предполагаемый срок окупаемости от 2 до 4 лет. Данная инициатива экономит энергию на многих уровнях; снижается расход электричества при пуске и эксплуатации, а также тепловыделение от источника света.

В 2014 году в Международном аэропорте Гонконга были запрещены стационарные наземные силовые агрегаты. Теперь аэропорт обеспечивает предварительное кондиционирование воздуха и мощность через вспомогательные силовые агрегаты для самолетов во время их парковки в аэропорту. Это увеличивает потребление энергии аэропортом, однако снижает выбросы углерода от самолетов.

Международный аэропорт Гонконга стал пионером внедрения устойчивых решений в Гонконге и своим примером стимулирует других к использованию современных зеленых технологий.

За пять лет количество пассажиров, путешествующих через данный аэропорт, увеличилось на 18 миллионов (или 35 %), при этом потребление энергии только увеличилось лишь на 2 млн кВт•ч/год, что соответствует снижению потребления энергии на единицу рабочей нагрузки на 25,4 % на одного пассажира.

Аэропорт Ставангер, расположенный на юго-западом побережье Норвегии, является третьим по величине и самым старым аэропортом в стране. Климат классифицируется как субарктический с температурой, достигающей минимум –21 °C и в среднем 7,2 °C. Тем не менее, из-за выделения теплоты от источников освещения и людей помещения аэропорта требуется охлаждать.

За два года реализации «зеленых» решений, потребление энергии в аэропорту Ставангера сократилось на 11 %.

Было обнаружено, что в аэропорту Ставангера были неисправны датчики и нарушены температурные уставки, что привело к одновременной работе систем охлаждения и отопления, в результате которой возникали большие потери энергии.Чтобы решить проблему, была повторно заказана система ОВК, заменены неисправные датчики и внедрены современные эффективные системы управления.

Для повышения эффективности были применены светодиоды и рекуперация теплоты вентиляционных установок. Для подогрева воды установлен дровяной котел, работающий на отходах деревообработки, который обеспечивает треть от всей потребности в горячей воде.

На крыше автостоянки расположили солнечные фотоэлектрические панели, которые могут менять угол наклона и ориентацию для получения максимальной мощности. Количество полученной экологически чистой энергии от панелей учитывается и при этом фиксируется их положение для определения наибольшей эффективности. После определения оптимального пространственного положения панелей, площадь покрытия ими будет увеличена до 3 000 м².

Изучаются возможности использования геотермальной энергии для обогрева и охлаждения, а также тепловых камер для обнаружения тепловых зазоров в фасаде здания.

Благодаря внедрению энергосберегающих инициатив аэропорт Ставангер сократил потребление энергии на 2 млн кВт•ч/год (на 12,6 %), достигнув расхода 3,57 кВт•ч на 1 пассажира и 349 кВт•ч на м² занимаемой площади.

Аэропорт Бергена 3

Новый терминал Бергена спроектирован для бесперебойного пассажирского и багажного потока, и позволяет просматривать всю территорию от входа в аэропорт до выходов на взлетную полосу. Конструкция терминала максимально использует дневной свет, улучшая визуальный комфорт и экономя энергию.

Потребность в охлаждении составляет 4,5 МВт и обеспечивается с помощью чиллера высокого давления с водяным охлаждением, системы хранения охлажденной воды с использованием материал с фазовым переходом и системы кондиционирования воздуха с рекуперацией тепла, эффективность которой достигает 85 %, и системой Переменного Объема Воздуха.

Отопление, на которое требуется 5,5 МВт, осуществляется за счет использования теплообменников и горячей воды от установки централизованного теплоснабжения.

Для отопления и охлаждения зоны главного терминала предусмотрена система подпольного трубопровода с максимальными тепловой мощностью 50 Вт/м² и холодопроизводительностью 20–25 Вт/м².

На пиках добавляется охлаждение через вентиляцию для удовлетворения нагрузки. Охлаждение снега рассмотрено как решение, но не было принято во внимание.

Вопреки распространенному мнению, не все аэропорты работают 24 часа в сутки, есть короткий промежуток времени, в течение которого нет ни одного самолета как взлетающего, так и идущего на посадку. Аэропорт Бергена в период низкой занятости и оптимальных погодных условий для повышения эффективности эксплуатирует чиллеры для создания запасов охлажденной воды с температурой 11 °C для последующего использования в течение дня. Хранение осуществляется с помощью Материалов с Фазовым Переходом. Это позволяет выбирать чиллеры меньшего объема и, следовательно, сокращать первоначальные инвестиции и потребление энергии при запуске. Относительно высокая температура охлажденной воды означает, что агрегаты должны быть достаточно большими для удовлетворения нагрузки, фактически воздушный поток в каждой вентиляционной установке составляет 30 000 м³/час.

Нельзя недооценивать потребление энергии в системе обработки багажа. Чтобы переместить 2 500 мешков в час, система обработки багажа в аэропорту Бергена вместо традиционного широкого ремня использует два тонких ремня с низким коэффициентом трения, перемещающимися с багажными поддонами со скоростью 1 м/с. Это уменьшает потребление энергии при запуске и, следовательно, общий расход энергии.

Архитектура аэропорта Берген уделяет первостепенное внимание пассажиропотоку, который создает ограничения для строительных шахт и проемов, чтобы решить эту проблему, отверстия для обработки багажа в полу использовались для рассеивания холодного воздуха во входной зоне в терминал.

Галапагосский экологический аэропорт

Галапагосские острова являются одним из наиболее удивительных мест на планете. Аэропорт считается устойчивым, если хорошо вписывается в окружающую среду. Галапагосский аэропорт Экогаль, имеющий сертификат LEED Gold, нацелен на сокращение энергопотребления и достиг одного из самых низких уровней потребления энергии в мире.

Аэропорт Экогаль расположен на острове Балтра на юге Сеймура. Полузасушливый климат с умеренной средней температурой 23,6 °C позволяет не только четко придерживаться расписания полетов, но и создает уникальные возможности для снижения энергопотребления.

В здании аэропорта предусмотрена естественная вентиляция за исключением офисных помещений, предназначенных для управления и сбора данных, и диспетчерской башни. Выполненное энергомоделирование выявило лишь короткий период времени в году, когда стоят очень жаркие дни и температура наружного воздуха не удовлетворяет уровню комфорта. На основании этого было принято решение нигде не устанавливать охлаждающее оборудование, кроме как для офисных помещений, что значительно сократило потребление энергии.

Ориентация здания максимизирует поток ветра посредством CО₂ и жалюзи с контролем температуры, а также минимизирует воздействие солнца, ориентируя широкие фасады на юг и север.

Расход электроэнергии в аэропорту на искусственное освещение минимален благодаря высокому потолку, и предусмотренным световым люкам и вентиляционным отверстиям в фасаде здания.

Кроме того над пассажирскими дорожками установлено 350 фотогальванических панелей, которые генерируют 95 800 кВт•ч/год, что составляет 21 % от общего потребления электроэнергии.

Еще одно дизайнерское решение позволяет экономить электроэнергию: система обработки багажа является полностью механической.

Международный аэропорт Сан-Франциско

Терминал 2 в международном аэропорту Сан-Франциско стал первым сертифицированным аэропортом LEED Gold в США.

Увеличение энергоэффективности в этом аэропорту достигалось благодаря использованию различных энергосберегающих решений: от технологий охлаждения НАСА до эффективных градирен.

Установленные системы охлаждения в Международном аэропорте Сан-Франциско представляют собой систему скоростного понижения высокого давления Genesis (технология широко используется в больницах для создания воздуха хорошего качества и комфорта), что актуально для аэропортов. Воздухообрабатывающие агрегаты включают экономайзер и работают через вентиляторы с модульными лопастями, которые подают воздух между 2 и 3 дюймов статического давления. (странная размерность для давления). Воздух подается в зону терминала через перфорированные (продырявленные) стены под названием «Стены вентилятора».

Вентиляционный просек не включаются до тех пор, пока статическое давление в здании не превысит 300 PSI; это уменьшает энергию, используемую в вентиляционном просеке, по сравнению с традиционным непрерывным вентиляционным просеком.

Все насосы в здании терминала оборудованы частотно-регулируемым приводом на переменном токе, чтобы повысить их эффективность.

Охлаждается вода посредством электрических чиллеров, тщательно подобранных с учетом максимальной энергоэффективности и минимальному количеству «пуск-останов», чтобы обеспечить полную загрузку данных установок. Вода, возвращаемая к чиллеру по обратному трубопроводу, подается в систему водоснабжения котла, где происходит теплообмен. Эффективность градирен была существенно повышена, что позволило экономить воду и без ущерба системе охлаждения из двух установленных ранее градирен использовать только одну.

Резюме

В крупных аэропортах одновременная потребность в отоплении и охлаждении помещений является обычным явлением, независимо от климата. Это требует интеллектуального зонирования и контроля, чтобы обеспечить оптимальную эффективность и минимизировать потери энергии. Объединение систем охлаждения и отопления повышает эффективность системы в целом за счет возможности использования (рекуперации) тепловой энергии из системы вентиляции для нагревания.

Система кондиционирования воздуха является самой энергозатратной среди механических и электрических инженерных систем аэропорта. Подбор чиллеров и котлов для аэропорта должен учитывать как габаритные размеры, так и мощность агрегатов. Это столь же сложно, сколь и важно, поскольку позволяет обеспечить максимальную энергоэффективность и учесть расширение аэропорта в будущем, путем интеграции старых и новых систем.

Системы освещения также расходуют достаточно много энергии, поскольку необходимы лампы с мощным световым потоком для освещения терминалов, имеющих большие размеры и высокие потолки, и структурные ограничения в использовании дневного света. Поэтому обосновано применение в новых воздушных терминалах светодиодных фонарей и переход на данный источник света в существующих аэропортах.

2. https://avinor.no/en/corporate/airport/stavanger/community-and-environment/honey-production/

3. http://www.hongkongairport.com/eng/media/publication/annual-reports-2015-16.html

4. http://www.hongkongairport.com/eng/media/publication/sustainability-report/SD-reports-2015_16.html