威海海源公园一战华工纪念馆被动式低能耗建筑设计

1 项目概况

威海市海源公园项目改造工程于 2013 年 11 月 1 日取得立项批复，为威海市政府投资的公益性项目。威海海源公园一战华工纪念馆由威海市园林管理局开发建设。该项目于 2014 年成为中德合作被动式低能耗建筑示范项目，同时是住房城乡建设部国际科技合作项目、山东省首批 11个省级被动式超低能耗绿色建筑试点示范项目之一。

2017 年 3 月 31 日，该项目通过住房和城乡建设部科技与产业化发展中心（CSTID）及德国能源署（dena）的质量验收。2017 年 10 月 11 日，在第五届中德合作被动式低能耗建筑技术交流研讨会上，该项目获得中德合作高能效建筑——被动式低能耗建筑质量标识。整个项目的设计、建造时间是 2015 年 6 月至 2017 年 3 月。

如图 1 所示，威海一战华工纪念馆位于山东威海海源公园内，在威海市环海路东侧、连林岛路南侧，东侧及南侧紧临黄海，周边主要是休闲疗养和滨海度假酒店，与市区其他滨海公园共同构建出威海独具特色的生态滨海景观廊道。

威海一战华工纪念馆是国内首个被动式低能耗建筑的纪念馆项目。该项目是为纪念一战期间，威海作为山东最大的华工招募集结地和训练出发港而建，目前为全国唯一的一个一战华工纪念馆。项目为清水混凝土建筑，建筑外形酷似一只远航的船，2/3 部分嵌于地下，1/3 部分面向大海，是集展览、科普、休闲于一体的综合性主题场馆，包括展览厅、放映厅、办公区和公共休息区。纪念馆建成后，大量详实、丰富的史料通过图片、实物等展示方式与市民见面，讲述一战华工的历史。

图 1 威海海源公园一战华工纪念馆

该建筑为钢筋混凝土剪力墙结构，总建筑面积为2343.9 m²，基底面积 2144.2 m²，建筑高度 4.5 m（室外设计地面至屋面最高点标高），体形系数 0.26。建筑抗震设防烈度 7 度，耐火等级为一级。纪念馆内外装饰均采用清水混凝土。现浇清水混凝土工程质量完美，分别呈现出光洁和船身的木纹效果。屋顶均为种植屋面，局部设置石材汀步。

表 1 列出了威海一战华工纪念馆项目的主要参建单位

2 建筑技术方案

2.1 建筑节能规划设计

如图 2、图 3 所示，该项目建筑总平面规划设计的特点是，屋顶绿化、半覆土植被绿化，有利于减少冬季散热，同时减少夏季得热；建筑设计充分利用自然通风，过渡季及夏季采用可开启外门窗自然进风，长廊排风口排风；主要房间避开了冬季主导风向（北向、东北向）和夏季最大日射朝向（西向）。建筑体型系数符合《公共建筑节能设计标准》DBJ14-036-2006 的规定。

图2 威海一战华工纪念馆建筑节能规划设计（图片来源：设计院）

图 3 威海一战华工纪念馆自然通风设计（图片来源：设计院）

2.2 外围护结构做法

本项目被动式低能耗建筑区域的建筑面积为 1633.5 m²，包括展览馆层、设备层、设备夹层。为了实现地上外墙内、外表面均为素混凝土的立面效果，采取了砌筑两道清水混凝土墙体，内、外两道墙体中间铺设保温层的做法。以内侧 300mm 厚清水混凝土墙体作为主要结构墙体，在其上外挂式安装外门窗并铺设石墨聚苯板，完成保温层铺装后再浇筑外侧 250mm 厚清水混凝土墙体。图 4 为威海海源公园一战华工纪念馆平面图及防火分区图，图中红色线条范围内为该项目的被动式低能耗建筑处理区域。图 5、图 6 为该项目的立面图、剖面图。

图 4 威海海源公园一战华工纪念馆平面图

图 5 威海海源公园一战华工纪念馆立面图（东立面、南立面）

图 6 威海海源公园一战华工纪念馆剖面图

具体的外围护结构保温做法为：地上外墙采用220mm 厚石墨聚苯板，夹在内、外侧清水混凝土墙体中间；地下外墙采用 220mm 厚石墨聚苯板；屋面采用350mm 厚钢筋混凝土屋面板外粘贴 300mm 厚挤塑聚苯板保温层，再做屋面地砖及草坪；底板采用 200mm厚挤塑聚苯板。地上接触室外空气的外墙、地下接触土壤的外墙、屋面、底板的传热系数分别达到了 0.19 W/(m²∙K)、0.18 W/(m²∙K)、0.10 W/(m²∙K)、0.15 W/(m²∙K)。

外门窗采用铝包木型材，透明部分采用三玻中空真空复合玻璃，并配置暖边间隔条，玻璃结构为（5+16A+5Low-E+0.15V+5），整窗传热系数达 0.98 W/(m²K)，玻璃的太阳能总透射比 g 值为 0.522。

图 7 以及表 2、表 3 给出了该项目外围护结构的主要技术参数。

图 7 威海一战华工纪念馆项目主要围护结构做法

表 2 威海一战华工纪念馆项目非透明外围护结构的主要技术参数

表 3 威海一战华工纪念馆项目透明外围护结构的主要技术参数

2.3 气密性措施

在建筑气密性方面，威海一战华工纪念馆是现浇混凝土结构，混凝土自身可视作气密层。如图 8 所示，在门窗洞口以及管道穿墙洞口等位置，采用防水隔汽膜、防水透气膜进行了密封处理。现场检查门窗洞口、穿墙管道等位置的气密性措施施工质量较好。

图 8 门窗洞口以及管道穿墙洞口等位置的气密性处理

3 设备技术方案

该项目采用多联机空调系统作为采暖、制冷设备。通风系统采用了组合式多功能热回收空调以及半集中式全热回收新风机组。本项目无生活热水供应。空调系统室内机、室外机设备技术参数见表 4。通风系统设备技术参数见表 5

表 4 威海一战华工纪念馆项目空调系统设备技术参数

表 5 威海一战华工纪念馆项目通风系统设备技术参数

4 关键产品和材料

该项目的石墨聚苯板由威海大置塑材有限公司提供，各项指标检测结果为：表观密度 19.1 kg/m³，压缩强度 112 kPa，导热系数（平均温度 25℃）0.040 W/(m∙K)，垂直于板面方向的抗拉强度 202 kPa（破坏部位位于 EPS 板内）。

屋面、底板保温用挤塑聚苯板由济南福耐斯新型建材有限公司供应，其检测结果为：导热系数（平均温度为 25±2℃时）0.029 W/(m∙K)，压缩强度 230 kPa。

外门窗采用威海嘉润木业有限公司提供的铝包木平开铝合金（门）窗系统。测试样窗总面积 2.16m²，开启缝长 3.86m，配置真空中空复合玻璃 5+(16)+5+(0.15)+5。整窗传热系数检测值为 0.98 W/(m²∙K)。三性检测样窗达到抗风压性能 8 级（P3=4.50 kPA），气密性能正压 8级（q1=0.41 m³/(m∙h)，q2=0.73 m³/(m²∙h)）、负压 8 级（q1=0.40 m³/(m∙h)，q2=0.71 m³/(m²∙h)），水密性能 5级（ΔP=500 Pa）。空气声隔声性能属国标 GB/T8485-2008 第 3 级（计权隔声量和交通噪声频谱修正量之和Rw+Ctr=34dB）。

外门窗透明材料由烟台东方玻璃有限公司供应，玻璃配置为 5+16A+5Low-E+0.15V+5。门窗洞口密封材料采用 Bosig GmbH 德国博仕格有限公司供应的 Winflex 可抹灰型防水雨布，包括室内一侧防水隔汽膜、室外一侧防水透汽膜，预压缩膨胀密封带 COMBBAND300（抗暴风雨强度 300Pa）以及预压缩膨胀密封带 COMBBAND600（抗暴风雨强度600Pa）。

该项目的空调系统室内机、室外机由广东美的暖通设备有限公司供应，组合式多功能热回收空调由南通华信中央空调有限公司供应，全热回收新风机组由广州沃森环保产业有限公司供应。

表 6 给出了威海一战华工纪念馆项目所涉及的关键产品和材料的供应商。

表 6 威海一战华工纪念馆项目关键产品和材料供应商

5 建筑能源需求技术指标

本项目热、冷负荷及需求的计算结果与建筑的运营方式以及建筑内部的人员、照明、设备直接相关，其对计算结果影响显著。本次计算中，所考虑的项目运营情况如下：

（1）整栋建筑的每日运营时间为 08:00-18:00；每年的工作日为 302 天（扣除 11 天法定节假日以及每周1 天休息日）。

（2）建筑内总人数按 150 人计算，人员不同时段的在室率详见后表。

（3）建筑内工作人员的新风需求量按 30 m³/(p∙h)计算，参观人员的新风需求量按 19 m³/(p∙h) 计算。

（4）建筑内照明功率密度为 6.5W/m²，工作时段的照明同时使用系数为 1。

（5）建筑内用电设备考虑有计算机、打印机、复印机、投影仪、显示屏，其中计算机按办公室工作人员每人 1 台计算，打印机按院长办公室 1 台、开放办公室2 台计算，复印机按 1 台计算，投影仪按多媒体放映室2 台计算，显示屏按多媒体放映室配置 1 台 10m² 大屏幕显示器计算。用电设备散热密度详见后表。

本项目的温度控制条件为：工作日，工作时间（08:00-18:00），冬季室内控制温度 20℃，夏季室内控制温度 26℃；工作日，非工作时间（18:00-08:00），冬季室内控制温度 15℃，夏季室内不控制温度。建筑能耗计算参数详见表 7 ～表 11。

表 7 威海一战华工纪念馆项目建筑能耗计算参数

表 8 新风设备参数

表 9 新风设备平均换气次数计算

表 10 人员数量及停留时间参数

表 11 室内设备散热计算表

冬季考虑围护结构传热失热、通风失热以及内部热源得热，分析得到该项目热负荷为 17.94 W/m²。夏季考虑围护结构传热得热、辐射得热、通风得热以及内部热源得热，分析得到该项目冷负荷为 24.94 W/m²。

采用逐时的热平衡计算方法进行能耗分析，以 11月 1 日至次年 4 月 28 日作为采暖计算期（共计 179 天），该项目的采暖需求为 9.84 kWh/(m²∙a)。以 6 月 1 日至8 月 31 日作为制冷计算期（共计 92 天），该项目的制冷需求为 17.75 kWh/(m²∙a)。能源需求技术参数见表12 ～表 16 以及图 9~ 图 13。

表 12 威海一战华工纪念馆项目能源需求技术指标

表 13 威海一战华工纪念馆项目热负荷

图 9 威海一战华工纪念馆项目热负荷构成图

表 14 威海一战华工纪念馆项目冷负荷

图 10 全天冷负荷随时间变化

图 11 冷负荷构成

表 15 采暖期能量得失平衡

图 12 采暖需求构成

表 16 制冷期能量得失平衡

图 13 制冷需求构成

将采暖、制冷、通风、照明、电器设备五部分能耗全部考虑在内（本项目无生活热水设施），该项目的总终端能源需求、总一次能源需求以及总 CO2 排放量分别为 38.59 kWh/(m²∙a)、115.77 kWh/(m²∙a) 和 38.48 kg/(m²∙a)。各技术指标具体分析结果详见表 17。

表 17 威海一战华工纪念馆项目一次能源需求指标及 CO2 排放

6 气密性检测

2017 年 3 月 31 日，德国能源署和住房城乡建设部科技与产业化发展中心对威海一战华工纪念馆项目的施工质量进行了质量验收。该项目整体施工质量较好，满足中德合作被动式低能耗建筑的要求。

图 14 中德合作高能效建筑——被动式低能耗建筑质量标识

该项目的建筑气密性测试于 2017 年 3 月 30 日，由 山 东 建 筑 科 学 研 究 院 完 成。 测 试 结 果 为： 负 压n-50=0.20/h，正压 n+50=0.21/h，平均 n±50=0.21/h，完全符合被动式低能耗建筑要求。

7 项目质量标识

2017 年 10 月 11 日，第五届中德合作被动式低能耗建筑技术交流研讨会上，威海市海源公园一战华工纪念馆项目获得中德合作高能效建筑——被动式低能耗建筑质量标识。在住房和城乡建设部建筑节能与科技司副司长倪江波的见证下，住房和城乡建设部科技与产业化发展中心主任俞滨洋、副主任文林峰和德国能源署Nicole Pillen 女士共同向项目建设单位威海市园林管理局颁发了威海市海源公园一战华工纪念馆的中德合作高能效建筑——被动式低能耗建筑质量标识（图 14）。

作者

北京康居认证中心    马伊硕

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