本工程為內蒙古呼和浩特大青山生態綜合治理回民區段指揮部辦公樓， 建築面積約為1447㎡， 提供辦公、生活、餐飲等功能。 為響應國家環保治理及節能減排的號召， 要求設計採用清潔能源採暖設備， 並與原有熱力換熱站的輸配設備、管路實現對接。
系統設計配置“中廣•歐特斯”北極星系列之超低溫型空氣源熱泵機組作為本專案的熱源設備， 替換原有燃煤鍋爐；並充分考慮了現有的末端形式（鋼制散熱器）與空氣源熱泵機組的適應性， 通過對該建築的採暖系統進行最佳設計和配置， 為使用者提供了舒適、便捷的採暖環境。
該工程於2015年9月初開始被確定為試點單位， 隨後進行系統設計， 11月中旬確定改造方案並組織進行安裝， 2015年12月上旬竣工並完成系統調試， 新的採暖系統經歷了多股寒流甚至-30℃的低溫環境考驗， 室內溫度均達到了預期的技術指標，
2.1 設計規範、規定
甲方提供的建築圖紙及工程資料；
《內蒙古自治區工程建設標準公共建築節能設計標準》（DBJ 03-27-2007）
《採暖通風與空氣調節設計規範》（GB 50019-2012）
《民用建築供暖通風與空氣調節設計規範》（GB 50736-2012）
《實用供熱空調設計手冊》
《通風與空調工程施工規範》（GB 50738-2011）
《通風與空調工程施工品質驗收規範》（GB 50243-2011）
《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、室內採暖主要設計參數
表1 採暖設計室內計算參數
B、專案所在地室外氣象條件參數
查詢相關設計規範知， 呼和浩特市所屬建築熱工氣候分區為嚴寒地區A區， 其室外設計計算參數如下表所示：
表2 室外計算氣象參數
另外， 呼和浩特市日平均溫度≤+5℃的天數為167天（10月20日～4月4日）， 期間的平均溫度為-5.3℃， 極端氣溫-30.5℃。
2.3 採暖熱負荷計算
A、冬季採暖熱負荷計算
採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， 採暖系統在單位時間內向建築物供給的熱量。
根據甲方條件、工程經驗及暖通設計規範， 結合實地勘察結果和本專案建築物結構實際情況， 冬季平均氣溫在-10℃以上， 採暖熱負荷指標按照60W/㎡計算。
本工程中有效採暖面積為1200㎡， 計算後可得採暖負荷為：
QA=S×Q'=1200㎡×0.06kW/㎡=72kW
B、散熱器與空氣源熱泵的匹配問題
眾所周知， 一般地採用散熱器作為末端的採暖系統中， 採暖系統熱源供回水溫度為95℃/70℃， 二次網設計參數75℃/50℃， 供回水溫差不宜小於20℃；而常規的空氣源熱泵機組的出水溫度一般不大於60℃、迴圈溫差為5℃。 在散熱器系統中， 如何解決採暖供熱水溫和溫差的問題是決定空氣源熱泵替換鍋爐能否成功的關鍵。
經瞭解可知：1）本專案現有散熱器型式為鋼制翅片管式散熱器， 對水質要求不高， 如此本專案可以設計成開式儲能水箱的系統， 使得二次水可設計採用大溫差迴圈， 以匹配現有的以20℃迴圈溫差設計的管路系統；2）現有的小型鍋爐往年運行時供水溫度一般將二次水水溫控制在65℃即可達到室內設計溫度， 初次安裝時散熱器的配比也比較大，如此可以通過校核計算確定當系統水溫降至55℃時散熱器的散熱量能否滿足採暖需要。
綜合以上條件，使得空氣源熱泵機組替代鍋爐成為了可能。
2.4 水系統設計
採暖水系統採用“儲熱式熱源水迴圈加熱方式”，設一隻儲能水箱，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迴圈，不斷加熱水箱內的水，使水溫保持在設定溫度；使用側，水箱內的水為散熱器散熱末端提供熱量。
本方案中設計採用的主機側水泵為一級泵、採暖水系統迴圈泵為二級泵；採用隔斷水箱設計，主機側為定流量迴圈、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，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=40mm；100＜管徑≤250mm時，δ=50mm。室外管道外設不小於0.7mm的鋁皮製作防護層。嚴寒地區，建議管道及閥門處加裝自帶溫控裝置的電伴熱帶。所有水流設備和附件的工作壓力不小於1.0MPa。
三、冷熱源選型由前述設計計算可知本專案冬季採暖的熱負荷約為72kW。
3.1 空氣源熱泵機組選型
考慮到呼和浩特市屬於嚴寒地區，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，本專案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。
熱源設備選用中廣•歐特斯北極星系列2台ZGR-70ⅡAD型號的低溫型二聯供機組，安裝在原有鍋爐房的屋面。
設備的主要技術參數見下表：
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：幹球溫度7℃，濕球溫度6℃，進出水溫度40℃/45℃下測試得到的資料。
由中廣•歐特斯熱泵性能測試實驗室測得的資料可知，ZGR系列機組在呼和浩特市冬季採暖室外計算幹球溫度-17.0℃環境條件下、出水溫度為55℃、供回水溫差為5℃運行時，機組的制熱量修正係數為0.55～0.58。
在最不利的運行條件下，空氣源熱泵機組能夠提供的供熱量為：70*0.55*2=77kW，略大於系統所需的72kW的散熱量。
3.2 輔助熱源選型
考慮到系統供熱量必須保證冬季極寒天氣下的採暖需要，且現有散熱器末端設備所需較高的採暖供水溫度，為保證供暖的效果，本專案設計採用二聯供空氣源熱泵機組的迴圈出水溫度為55℃，且設計採用20kW的輔助熱源（管道式電加熱器）。
值得指出的是，本專案在呼和浩特市“煤改電”政策的推動下，動力電源由風電企業專線專供，電價比較低，這也為輔助電加熱器的使用提供了經濟上的支援。
四、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。
表4 常規採暖系統要求的容水量（L/㎡建築面積）
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，本系統設計採用一隻3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 排氣及放水裝置
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。管路系統的最低點或局部低點都設計並安裝有放水閥。
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（本專案制熱時為55℃）控制機組壓縮機的啟停，來達到節能的目的。另外，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。否則，處於關閉狀態。
B、採暖水泵的控制
採暖水泵的啟停由採暖系統總回水管的溫度控制啟停。
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，關閉壓縮機及機組迴圈水泵的運行。
五、系統運行檢測記錄表本系統自2015年12月16日正式運行至2016年4月16日採暖季結束，採暖效果良好，均達到了設計技術指標，用戶評價很高。
為回應新能源試點需要，工程商自運行開始便全程記錄了系統的運行情況。一般氣候下，將水箱內水溫設定在50℃時，室內溫度可以輕鬆達到20℃～22℃的設計溫度。即使是在2016年1月22～23日呼和浩特市的最低氣溫達到了-30℃的極寒條件下，室內溫度仍能保證在20℃以上。
根據本專案的運行狀態，2015年12月16日正式運行至2016年4月16日採暖季結束，期間共耗電51200kWh，結合採暖後期兩月的耗電量（16408kWh），可推知：整個採暖季10月15日～4月15日耗電量約為51200+16408=67608kWh。可知該項目採暖季能耗不會大於47kWh㎡。
初次安裝時散熱器的配比也比較大，如此可以通過校核計算確定當系統水溫降至55℃時散熱器的散熱量能否滿足採暖需要。綜合以上條件，使得空氣源熱泵機組替代鍋爐成為了可能。
2.4 水系統設計
採暖水系統採用“儲熱式熱源水迴圈加熱方式”，設一隻儲能水箱，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迴圈，不斷加熱水箱內的水，使水溫保持在設定溫度；使用側，水箱內的水為散熱器散熱末端提供熱量。
本方案中設計採用的主機側水泵為一級泵、採暖水系統迴圈泵為二級泵；採用隔斷水箱設計，主機側為定流量迴圈、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，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=40mm；100＜管徑≤250mm時，δ=50mm。室外管道外設不小於0.7mm的鋁皮製作防護層。嚴寒地區，建議管道及閥門處加裝自帶溫控裝置的電伴熱帶。所有水流設備和附件的工作壓力不小於1.0MPa。
三、冷熱源選型由前述設計計算可知本專案冬季採暖的熱負荷約為72kW。
3.1 空氣源熱泵機組選型
考慮到呼和浩特市屬於嚴寒地區，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，本專案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。
熱源設備選用中廣•歐特斯北極星系列2台ZGR-70ⅡAD型號的低溫型二聯供機組，安裝在原有鍋爐房的屋面。
設備的主要技術參數見下表：
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：幹球溫度7℃，濕球溫度6℃，進出水溫度40℃/45℃下測試得到的資料。
由中廣•歐特斯熱泵性能測試實驗室測得的資料可知，ZGR系列機組在呼和浩特市冬季採暖室外計算幹球溫度-17.0℃環境條件下、出水溫度為55℃、供回水溫差為5℃運行時，機組的制熱量修正係數為0.55～0.58。
在最不利的運行條件下，空氣源熱泵機組能夠提供的供熱量為：70*0.55*2=77kW，略大於系統所需的72kW的散熱量。
3.2 輔助熱源選型
考慮到系統供熱量必須保證冬季極寒天氣下的採暖需要，且現有散熱器末端設備所需較高的採暖供水溫度，為保證供暖的效果，本專案設計採用二聯供空氣源熱泵機組的迴圈出水溫度為55℃，且設計採用20kW的輔助熱源（管道式電加熱器）。
值得指出的是，本專案在呼和浩特市“煤改電”政策的推動下，動力電源由風電企業專線專供，電價比較低，這也為輔助電加熱器的使用提供了經濟上的支援。
四、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。
表4 常規採暖系統要求的容水量（L/㎡建築面積）
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，本系統設計採用一隻3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 排氣及放水裝置
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。管路系統的最低點或局部低點都設計並安裝有放水閥。
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（本專案制熱時為55℃）控制機組壓縮機的啟停，來達到節能的目的。另外，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。否則，處於關閉狀態。
B、採暖水泵的控制
採暖水泵的啟停由採暖系統總回水管的溫度控制啟停。
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，關閉壓縮機及機組迴圈水泵的運行。
五、系統運行檢測記錄表本系統自2015年12月16日正式運行至2016年4月16日採暖季結束，採暖效果良好，均達到了設計技術指標，用戶評價很高。
為回應新能源試點需要，工程商自運行開始便全程記錄了系統的運行情況。一般氣候下，將水箱內水溫設定在50℃時，室內溫度可以輕鬆達到20℃～22℃的設計溫度。即使是在2016年1月22～23日呼和浩特市的最低氣溫達到了-30℃的極寒條件下，室內溫度仍能保證在20℃以上。
根據本專案的運行狀態，2015年12月16日正式運行至2016年4月16日採暖季結束，期間共耗電51200kWh，結合採暖後期兩月的耗電量（16408kWh），可推知：整個採暖季10月15日～4月15日耗電量約為51200+16408=67608kWh。可知該項目採暖季能耗不會大於47kWh㎡。