本案例為超低溫二聯供商用產品在北方寒冷地區新農村建設項目供熱清潔能源市場中的典型應用。本項目採用了合同能源管理的方式，為空氣源熱泵在民用供暖領域裡的應用提供了新的運作模式。
1.工程簡介
項目位於山東萊州城港路街道朱旺村。該村建設各種設施配套齊全的高標準小區住宅樓13棟，共計500戶。本採暖系統主要為該小區二期住宅樓（9～13號樓）提供冬季配套採暖熱源，共有230戶，採暖面積約有26000平方米，開發商已為全部區域配備了地暖盤管末端。針對該項目樓房結構、供熱特點、取暖習慣等情況。
在對該建築的採暖系統進行了一系列的設計和配置方案對比，最終採用了“空氣源熱泵+儲能水箱+供熱管網”的型式以及合同能源管理的供熱模式。
該工程2015年8月開始系統設計，12月中旬竣工、調試，正常運行至今。通過能源管理措施，整個系統一直運行在節能高效的狀態，室內溫度均達到了合同約定的技術指標，經銷商的成本回收也能在預期內完成並保證實現盈利。
2.空調設計
2.1 設計規範規定
甲方提供的建築圖紙及工程資料；《居住建築節能設計標準》（DB37/5026-2014）；《採暖通風與空氣調節設計規範》（GB50019-2012）；《民用建築供暖通風與空氣調節設計規範》（GB50736-2012）；《通風與空調工程施工規範》GB50738-2011；《通風與空調工程施工質量驗收規範》GB50243-2011；《輻射供暖供冷技術規程》JGJ 142-2012；《全國民用建築工程設計技術措施 / 暖通空調•動力》2009版
2.2採暖設計基礎資料
A.室內主要空調設計參數
B.項目所在地室外氣象條件參數
通過查相關設計規範知萊州市所屬煙臺地區，建築熱工氣候分區為寒冷地區，其室外設計計算參數如下表：
另外，煙臺市日平均溫度≤+8℃的天數為140天（11.15～04.03），期間的平均溫度為1.9℃，極端氣溫為-12.8℃。
2.3採暖熱負荷計算
供暖系統的設計熱負荷是指在某設計室外溫度下，為達到要求的室內溫度，供暖系統在單位時間內向建築物供給的熱量。冬季供暖系統的熱負荷應根據建築物或房間的得、失熱量確定，而建築物牆壁、窗戶、頂棚等各個構成體傳熱不同均有不同的熱量損失，且與建築材料的厚度、材質都有關係。
構成採暖熱負荷的因素主要為：1）維護結構傳熱耗熱量；2）冷風滲透耗熱量；3）冷風侵入耗熱量；4）水分蒸發耗熱量；5）加熱由外部運入的冷物料和運輸工具的耗熱量；6）通風耗熱量；7）最小負荷班的工藝設備散熱量；8）熱管道及其他熱表面的散熱量；9）熱物料的散熱量；10）通過其他途徑散失或獲得的熱量等。
採暖熱負荷採用面積熱指標法進行估算。根據甲方條件、工程經驗及建築節能設計規範，結合本項目建築物結構情況，在冬季平均氣溫在0℃以上，採暖熱負荷指標按照30W/㎡計算。值得指出的是，山東省發佈的《居住建築節能設計標準》（DB37/5026-2014）自2015年10月1日起施行，該省成為全國首個出臺並執行節能75%標準的省份；之前至2012年的建築均執行的為65%的標準。
本工程中有效採暖面積為26000㎡，可得采暖負荷為：
QA=S×Q’=26000㎡×0.03kW/㎡=780KW。
2.4 水系統設計
為方便能源管理，採暖水系統採用“儲熱式熱源水循環加熱方式”，設計一個儲能水箱，該水箱為熱量交換水箱。
主機側，由空氣源熱泵主機進行小溫差循環、不斷加熱水箱內的水，使水溫保持在設定溫度；使用側，水箱內的水提供為地面輻射採暖末端提供熱量，且能保證5～10℃的運行溫差。
本方案中設計採用主機側水泵為一級泵、採暖水系統為二級泵；採用隔斷水箱設計，主機側為定流量循環、採暖負荷側水系統為變流量系統（推薦採暖泵為變頻控制，但考慮到集中供熱的特點，變頻泵使用率不高，改用壓差控制）。
雙管制供熱；管路採用同程式的管網系統。
採暖管材：當管徑DN＜100mm時採用鍍鋅鋼管，絲接；當管徑DN≥100mm時採用無縫鋼管，焊接。
採用B1級發泡橡塑材料保溫，當管徑≤100mm時，δ=32mm；100＜管徑≤250mm時，δ=40mm。室外管道外設不小於0.7mm的鋁皮製作防護層；室外埋地管網做法：除鏽/防腐+6cm聚氨酯預製或現場發泡保溫+高密度聚乙烯外護管。
所有水流設備和附件的工作壓力不小於1.0MPa。
3.冷熱源選型
由前述設計計算可知本項目冬季採暖的熱負荷分別為780kW。
考慮到萊州市屬於寒冷地區，為保證在低溫環境條件下機組提供的熱能可以滿足建築物的採暖需求，本項目空氣源熱泵設計機型採用了噴氣增焓EVI技術的超低溫機組。
二期工程，採暖熱源設備選用18臺空氣源熱泵機組（參數見表3），安裝在小區北側靠臨海邊的空地平臺上，並預留一期將增設的設備及管網餘量。水箱、水泵及電控裝置放在另外搭建的設備間內。
注：機組的名義制熱量是在名義工況下的參數，即額定工況測試條件為：乾球溫度7℃，溼球溫度6℃，進出水溫度40/45℃下測試得到的數據。
由性能測試實驗室測得的數據可知，該系列機組在煙臺市冬季採暖室外計算乾球溫度-5.8℃環境條件下、出水溫度為45℃、供回水溫差為5℃運行時，機組的制熱量修正係數為0.69。本系統在最不利的條件下，機組能夠提供的供熱量為：63*0.69KW/臺*18臺=782.46KW，略大於系統所需的780kW的散熱量。
4.系統設計
4.1 儲能水箱
本工程所用水箱為熱量交換水箱，水箱的容積根據採暖系統要求選取；水箱容積越大，儲存的熱量越多，對整個採暖系統的穩定性來說更有利，但同時帶來的能量損失也會越大。
除去末端管路及設備中的水容量，並綜合考慮熱穩定性、投資的經濟性以及以後擴容的初投資利用率，本系統設計採用了一個30噸的保溫水箱。儲能水箱除了儲存熱能的作用外，還有排氣、緩衝、水分壓、排汙等功能。
4.2 排氣裝置
管路系統的最高點或局部高點都設計並安裝有自動排氣閥。
4.3 控制系統
A.熱源設備的控制
二聯供機組的啟停控制採用的是機組面板的就地控制。二聯供機組可根據回水溫度或水箱溫度（本項目制熱時為45℃）控制機組壓縮機的啟停，來達到節能的目的。另外，空氣源二聯供機組自帶低水溫保護、缺水保護、高低壓保護等功能。管道式電加熱器作為輔助熱源只有當環境溫度低於某一設定值、或儲能水箱水溫在特定的時間內無法達到設定值時才開啟。其餘時間，處於關閉狀態。
B.採暖水泵的控制
採暖水泵的啟停，受到採暖總回水管的溫度控制。
C.缺水控制
採暖管路供回水總管之間為防止水泵缺水，設有壓差旁通控制系統；壓差旁通閥的分流作用使流經熱泵機組的水量穩定不變。另外，熱泵主機缺水運行時，會開啟水流故障報警，關閉壓縮機及機組循環水泵的運行。
5.系統節能措施
本系統自2015年12月運行至今，採暖效果良好，均達到了設計技術指標，用戶評價較高。為加強能源管理，工程商採用了分戶收取整年採暖費用的形式，在運行過程中根據用戶的採暖需求，全程記錄了系統的運行情況。在2016年1月在該市遇到號稱50年難得一見的最低氣溫-15℃的條件下，室內溫度仍能保證達到18℃以上。
為節約運行成本，經過理論計算和不斷的實踐，得知隨著室外溫度的變化宜將水箱內水溫設定在35～45℃之間，此時室內溫度可以保證達到20℃的設計溫度，且運行成本最低。在該項目的運行及管理中，供暖系統的設計及使用過程中主要採用的節能措施總結為以下幾條：
根據室內負荷和室外氣溫的變化，調節熱源水的供水溫度，實現按需供熱和合理分配，提高能源的利用率，可以達到最大限度的節能；
在滿足熱環境要求的前提下，不要盲目提高供暖系統室內設計溫度，冬季供暖室溫越高，系統能耗越大；
一般規律是室內溫度每降低1℃可降低能耗5～10%，這是最重要、最有效、實施最簡單的措施之一。
在能源管理項目的運行過程中，必須通過室溫調節和控制設置，對地面輻射供暖室內末端進行切實的調節和控制，否則會造成嚴重浪費。
6.總結
低溫熱水地板輻射採暖系統的採暖形式是目前空氣源熱泵採暖最合適的末端，使用上最直接、舒服、節能。本項目也是合同能源管理這種市場化節能機制用在民用住宅樓供暖領域的一次成功案例。這種採暖系統操作模式雖然利潤較高，但存在前期投入大、回收週期長等原因，比較適用於大型的、有一定經濟實力的供暖公司或企業來運營。結合各地對可再生能源的補貼及電價優惠政策，這種模式可廣泛應用於採暖、製冷、供應熱水等場所。
版權：本案例首發於《熱泵市場》雜誌2017年7月刊。圖文均由浙江中廣電器提供，特此致謝。
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