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控制工程论文选题参考
控制工程是处理自动控制系统各种工程实现问题的综合性工程技术。下面，我为大家分享控制工程论文选题，希望对大家有所帮助!
1、DC-DC开关变换器建模、仿真与补偿网络设计研究
2、Delta并联机器人的运动规划研究
3、GIS环境下的动态交通最优路径算法研究
4、GPS/SINS组合导航系统应用研究
5、GPS/SINS组合导航系统中误差及精度研究
6、3×20KW光伏并网发电系统的设计
7、3G移动通信系统的无线网络优化
8、Android系统数据 护关键技术研究
9、LED车灯功能控制研究
10、LNG接收站安全系统的设计
11、PLC工控系统设计及其在自来水控制中的应用
12、PLC及变频器控制的多电机驱动带式输送机的研究
13、RS232/PROFIBUS-DP从站接口设计与实现
14、ZigBee技术在智能家居系统中的应用研究
15、北斗卫星导航系统定位解算算法的研究
16、变电站巡检机器人磁导航系统设计与实现
17、变频器用高性能开关电源的设计
18、便携式心电监护仪的采集电路和底层驱动程序开发
19、并联型混合动力汽车再生制动控制策略研究
20、布袋式脉冲除尘器控制系统的设计与实现
21、步进电机快速定位方法研究
22、超临界600MW机组协调控制系统的研究
23、超长航时无人机持久组合导航系统设计
24、城市自来水厂自控系统的设计与实现
25、程序化交易算法模型的研究
26、船用起重机和波浪补偿控制系统设计研究
27、纯电动汽车锂电池组充电均衡技术的研究
28、大型飞机项目风险管理研究
29、单相光伏并网逆变器的研究
30、单相光伏离网逆变器研究
31、倒立摆系统的稳定控制研究
32、低功耗嵌入式实时人脸识别系统
33、地面移动机器人安全路径规划研究
34、地源热泵空调自动控制系统设计
35、电厂烟气脱硫脱硝控制系统的研究与应用
36、电除尘电气控制设计与实施
37、电动汽车动力电池管理系统的开发
38、电梯制造企业中供应链合理库存问题研究
39、电子鼻/舌系统设计及气-味信息融合技术应用
40、电子鼻与电子舌融合技术及其应用
41、动力电池主动均衡策略和SOC估计方法研究
42、动力锂电池组管理系统的研究与设计
43、对舰船设备冲击振动试验的分析
44、多功能智能家居系统的设计与实现
45、多媒体教学设备管理系统设计
46、多通道脑电信号采集系统设计及开发
47、房地产市场的多方博弈分析
48、分布式光纤温度传感系统的研究与设计
49、粉尘浓度测量技术研究
50、风电机组状态监测与故障智能诊断系统研究
51、风力发电机整机性能评估与载荷计算的研究
52、风力发电机组模拟实验平台的设计与实现
53、改进遗传算法和蚁群算法在电力系统问题中的应用研究
54、高动态下GPS矢量接收机跟踪算法与实现研究
55、高精度温箱温度控制系统设计
56、高速PCB电源完整性设计与分析
57、高校贫困生认定方法与资助体系的研究
58、高校实验室综合管理系统研究与设计
59、高校图书馆火灾自动报警与消防联动系统的设计
60、高校远程教育网络课程的设计与实现研究
61、高压高频变压器的研究与设计
62、工业控制系统脆弱性分析与建模研究
63、工业用六轴机械臂的建模与仿真
64、故障电弧的识别及防护方法的研究
65、光伏并网发电系统的MATLAB仿真研究
66、光伏并网逆变器的滤波与控制技术研究
67、光伏发电系统建模及功率控制方法研究
68、光伏发电系统效率提升的研究
69、光纤光栅温度传感器信号解调及其自动标定系统设计
70、锅炉控制及PLC应用
71、海外投资项目的风险评价及控制研究
72、焊接机器人伺服控制系统设计
73、换流变压器阀侧套管的电场分布及绝缘特性研究
74、换热器性能测试系统的设计与开发
75、火电厂输煤电气控制系统研究与设计
76、火灾报警系统的应用与集成
77、基于51单片机的电子汽车衡设计
78、基于AIS的船舶实时监控系统的研究与实现
79、基于Android的移动VoIP高清视频通话系统的设计与实现
80、基于Android的智能家居系统的设计与实现
81、基于ARM的物流包裹分拣机控制系统的设计
82、基于ARM和ZigBee的智能家居无线终端控制系统的设计
83、基于ARM与Zigbee技术的嵌入式智能家居系统设计
84、基于BP神经网络的销售预测研究
85、基于C8051F单片机的'USB数据采集卡设计
86、基于CAN总线的汽车仪表研究
87、基于CCD摄像头的智能小车系统研制
88、基于DCS的造纸自动化控制系统的设计与实现
89、基于DM365的智能视频监控系统研究
90、基于DSP+FPGA的视频图像处理
91、基于DSP大功率全数字开关电源系统研究
92、基于DSP的SVPWM逆变器的研究与实现
93、基于DSP的高频开关电源设计与实现
94、基于DSP的数字化舵机系统设计与实现
95、基于DSP的太阳跟踪控制系统研究
96、基于DSP的无人机飞控系统的设计
97、基于DSP和CPLD的伺服控制器设计
98、基于EtherCAT总线的焊接机器人控制系统研究
99、基于GPRS的电梯远程监控系统的设计
100、基于GPRS的智能充电桩数据管理系统的设计与实现
我在常州，你在哪个学校，我来给你搞定！ ；我球球420504045 ，我把我们公司的内部培训资料给你参考一下。
1.地源热泵发展史
我国热泵技术的研究开始于20世纪50年代，天津大学热能研究所开展了我国的热泵的最早研究。1956年吕灿仁教授的《热泵及其在我国应用的前途》一文是我国热泵研究现存的最早文献。
20世纪60年代，我国开始在暖通空调中应用发展热泵，并取得了一大批成果。1960年同济大学吴沈钇教授发表了“简介热泵供暖并建议济南市试用热泵供暖”；1963年原华东建筑设计院与上海冷气机厂开始研制热泵式空调器；1965年上海冰箱厂研制成功了我国第一台制热量为3720W的CKT-3A热泵型窗式空调器；1965年天津大学与天津冷气机厂研制成国内第一台地下水热泵空调机组；1966年又与铁道部四方车辆研究所共同合作，进行干线客车的空气/空气热泵试验；1965年，由原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕教授、吴元炜教授领导的科研小组，根据热泵理论首次提出应用辅助冷凝器作为恒温湿空调机组的二次加热器的新流程，这是世界首创的新流程；1966年与哈尔滨空调机厂共同开始研制利用制冷系统的冷凝废热作为空调二次加热的新型立柜式恒温湿热泵式空调机。
1978～1988年我国热泵应用与发展进入全面复苏阶段。这期间，为了充分了解国外热泵发展的现状与进展，大量出版有关著作，国内刊物积极刊登有关热泵的译文，对国外热泵产品进行测试与分析，积极参加国际学术交流。同时，一些国外知名热泵生产厂家开始来中国投资建厂。例如美国开利公司是最早来中国投资的外国公司之一，于1987年率先在上海成立合资企业。
1989～1999年期间我国热泵又迎来了新的发展里程。在我国应用的热泵形式开始多样化，有空气/空气热气、空气/水热泵、水/空气热泵和水/水热泵等。在这期间国内已有国有、民营、独资、台资等不少于300家家用空调器厂家，逐步形成我国热泵空调器的完整工业体系。水环热泵空调系统在我国得到广泛应用。据统计到1999年，全国约有100个项目，2万台地下水热泵机组在运行。20世纪90年代初开始大量生产空气源热泵冷热水机组，90年代中期开发出井地下水热泵冷热水机组，90年代末又开始出现污地下水热泵系统。土壤耦合热泵的研究已成为国内暖通空调界的热门研究话题。国内的研究方向和内容主要集中在地下埋管换热器，在国外技术的基础上有所创新。
进入21世纪后，由于我国快速城市化，人均GDP的增长，拉动了中国空调市场的发展，促进了热泵在我国的应用越来越广泛，热泵的发展十分迅速，热泵技术的研究不断创新。2000年至2003年间，热泵的应用、研究空前活跃，硕果累累。
2000～2003年4年间，专利总数287项，年平均为71.75项，是1989～1999年专利平均数的4.9倍。2000～2003年间发明专利共119项，年平均29.75项，是1989～1999年发明专利平均数的4.25倍。
2000～2003年中热泵文献数量剧增，如2003年文献数是1999年文献的5倍。全国高校有105名研究生以热泵技术为题目，平均每年有26.25名，是90年代平均数的7倍多。
全国各省市几乎均有应用热泵技术的工程实例。热泵技术研究更加活跃，创新性成果累累。在短短的几年中有3项创新性成果问世：同井回灌热泵系统、土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统、供寒冷地区应用的单、双级耦合热泵系统。
2.地源热泵应用基础与实践的研究
我国地源热泵研究起步于20世纪80年代，首先是一些高校和科研机构对地源热泵的相关技术进行了专题研究。部分研究项目列入表3-1中。
表3-1部分高校地源热泵研究课题
研究工作主要集中于以下几个方面：地下埋管换热器的传热模型和传热研究；夏季瞬态工况数值模拟的研究；热泵装置与部件的仿真模型的理论和实践研究；
地源热泵空调系统制冷工质替代研究；其他能源如太阳能、水能等与地热源联合应用的研究；地源热泵系统的设计和施工；地源热泵系统的经济性能和运行特性的研究；地下地下水热泵回灌技术与实践；土壤热物性及土壤热导率的试验研究。
同井回灌地下地下水热泵地下水运移数值模拟与实验研究；土壤蓄冷与土壤源热泵集成系统的应用基础研究等。
进入20世纪90年代，北京工业大学丁良士教授、山东建筑工程学院方肇洪教授等人先后在美国俄克拉荷马州立大学和瑞典、德国、加拿大等地学习考察地源热泵技术，回国之后纷纷投入国内地源热泵技术研究的实践中。丁良士教授主持北京市“低温地热能梯级利用技术研究”重大科研工程项目，通过在校内的小试、中试、工程三个阶段，研究深层地热利用技术，开创了国内的先河。方肇洪教授完成的山东省重点科技攻关项目“地热综合利用关键技术”在专家鉴定中被评定为“达到国际领先水平”。
同时，原重庆建筑大学、同济大学、湖南大学、青岛建筑工程学院等院校纷纷建立了土壤耦合热泵实验系统，展开了全面全面的研究，土壤耦合热泵研究迅速成为热门研究课题之一。
进入21世纪后，在国家自然科学基金的资助下，地源热泵的研究更加深入，更富有创新性。哈尔滨工业大学姚杨教授等，在对国内外关于土壤源热泵及冰畜冷技术的发展和应用充分了解的基础上，以新技术改造传统技术，整合集成土壤源热泵和冰蓄冷的技术要素和成果，提出一种适合于以空调负荷为主，采暖负荷为辅的全新空调系统形式，即土壤畜冷与土壤源热泵集成系统。哈尔滨工业大学热泵空调技术研究所先后建立了同井回灌地下地下水热泵地下水运移的数学模型；并推导了单一均匀介质含水层中定流量同井回灌地下地下水热泵地下水渗流的分析解；对同井回灌地下地下水热泵地下含水层温度场进行了数值模拟；并对北京恒有源科技发展有限公司共同开展了同井回灌地下地下水热泵工程的现场实践研究。
在各高校研究工作的基础上，研究成果也不断地被应用于工程实践中。例如重庆大学城市建设与环境工程学院在新疆米泉市小型办公楼和重庆大学B区暖通实验楼采用了土壤源热泵系统。北京工业大学新建的综合科技楼、逸夫图书馆、改建的经管学院楼、室内地热游泳池和新建的能容纳8000名学生的教学楼等建筑，供热（制冷）面积5000m2以上的“低温地热能梯级利用技术研究”重大科研工程项目。山东建筑工程学院的学院学术报告厅工程（包括学术报告厅500m2，学生自习室及计算机房等空调面积约2700m2）选用2台水-水热泵冷热水机组。室外地热换热器采用垂直U形埋管形式由25组并联的垂直U形埋管组成的地源热泵系统。
为了推广研究成果，各高校纷纷走上产、学、研结合的道路。1999年天津大学地热中心、天津甘泉集团公司成立研究设计院。2000年山东建筑工程学院成立了首个专门从事地源热泵供热空调系统的理论研究、技术开发、工程设计和旋工指导的方州地源热泵研究所。北京工业大学成立了北京天地能流科技发展有限公司。清华大学的北京清源世纪科技有限公司也参与到地源热泵的工程实践当中。而许多企业也与高校科研机构紧密结合，以高校的技术力量为依托，共同建立科研机构、开发产品、承接工程。比如清华大学和山东富乐达空调设备有限公司，同济大学和广州从化中宇冷气科技科技发展有限公司，山东建筑工程学院和北京嘉和晟业地下水热泵空调有限公司、烟台荏原空调设备有限公司、山东宏力空调设备有限公司，北京工业大学和山东利丰公司，湖北风神净化空调设备工程有限公司和华中科技大学、东南大学等。
3.北京区地源热泵相关的管理规定和政策
1）地下水热泵
近年来，随着国家加大建设“资源节约型、环境友好型”社会的力度，实现国家节能减排目标，各地也相继出台支持开发利用浅层地温能项目。如2006年5月31日，由北京市发展改革委联合市水务局、国土局等九个委办局联合发文对采用地下地下水热泵系统实现供暖和制冷项目按35元/m2的标准进行补贴。
由于地下水热泵项目必须凿井抽取和回灌地下水，因此地下水热泵项目开工前须按照水利部颁发的《建设项自水资源论证管理办法》要求，开展建设项目水资源论证，编制水资源论证报告书，对地下水热泵项目取水、退水的可行性、用水的合理性、保护措施及对其他取水用户的影响进行分析。
为保护珍贵的地下水资源，避免地下水热泵盲目上马对现有集中供水水源地的不良影响和产生不良的地质环境后果（如地下水交叉污染、地面沉降，地裂缝等），各地方水务主管部门还根据当地的水文地质条件有针对性的制定了管理措施，如北京市水务局2007年5月16日发布的《关于加强我市地下水热泵管理工作的通知》中对地下水热泵项目抽、灌距离，限制发展范围等提出了明确要求：
（1）地下水热泵系统抽灌含水层为第四系水，井深不得超过100m;
（2）抽灌井与建筑物距离不少于30m；抽灌井之间水平距离不少于50m，抽水井之间距离不少于100m;
（3）为防止不同含水层水体交换造成水污染，保证回灌效果，抽灌必须在同一含水层内进行；
（4）严禁在自来水水厂地下水源保护区范围内、地面沉降区、地下水严重超采区、承压含水层内批准建设地下水热泵系统；
（5）地下水热泵抽灌井的施工，应严格遵守国家有关规程规范，确保抽灌井质量。承担凿井施工的单位须应具有相应资质；
（6）新建地下水热泵系统抽灌水井应分别安装抽水和回灌计量装置。已建地下水热泵系统也必须限期安装计量设施；
（7）地下水热泵抽灌水量实行月统季报制度。地下水热泵系统使用单位每月末应书面报告当月的抽水量、回灌水量。
2）地源热泵
由于地源热泵无需开采地下水，对地质环境的影响远远低于地下水地源热泵，其潜在的地质风险、安全风险等也远远低于地下水地源热泵，但是地源热泵初投资略高于地下水热泵项目。因此，在2006年5月31日，由北京市发展改革委联合市水务局、国土局等九个委办局联合发文对采用地源热泵系统实现供暖和制冷项目按50元/m2的标准进行补贴，高于地下水地源热泵补贴（35元/m2）。
根据北京市国土资源局关于申报地源热泵项目的通知，项目建设单位需提交经专家审查通过的《地源热泵系统浅层地温能勘查评价报告》，报告主要内容为：序言：情况简介及任务的来源与要求说明；简要评述勘查区以往水文地质的工作程度及浅层地温利用的现状；叙述区域的地层分布情况、气候条件及水文特征；简述勘查工作的进程以及完成的工作量。地源热泵系统的初步设计方案；项目所在地水文地质条件论证；勘查工作情况；项目所在地的浅层地温能的评价：地层换热能力的测试情况；论述浅层地温能利用量计算的依据，计算评价浅层地温能；根据保护资源，合理开发的原则，提出相应的利用方式，简述其保证程度，并预测其可能的变化趋势，对浅层地温能资源进行综合的评估。结论及建议。
沈阳市发布的《关于地源热泵系统建设和应用工作的实施意见》中明显指出：地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，具有清洁、高效、节能的特点。推进地源热泵系统建设，有利于优化能源结构，促进能源互补，提高能源利用效率。要求在沈阳市三环内的455km2核心区范围内，对符合应用地下水热泵技术的409km2范围内的建筑物，原则上都要采用地下水热泵技术规划建设。
4.地源热泵相关的学术交流
近年来，有关地源热泵的学术流，也是逐步升温。从地热应用、热泵技术发展和清洁能源利用等多角度对地源热泵发展和应用的会议日益增多。
1978～2005年，中国制冷学会第二专业委员会主办过12届“全国余热制冷与热泵技术学术会议”。1988年中国科学院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。自20世纪90年代起，中国建筑学会暖通空调委员会、中国制冷学会主办全国暖通空调制冷学术年会上专门增设“热泵”专题交流。1994年9月6日中国能源研究会地热专业委员会在北京召开了“第四次全国地热能开发利用研讨会”。
2000年6月19～23日，国家科学技术部高新技术开发与产业化司在北京召开了“中美地源热泵技术交流会”，会议介绍了地源热泵技术、国外的应用状况和在中国的推广，会议的主题就是“提供运用地热泵技术为住宅小区或公用楼宇采暖制冷，大幅降温低运行费用的节能解决方案”。
2002年5月20日上午，国际能源机构（LEA）第七届会议在北京国际会议中心举行，这是该组织第一次在中国也是第一次在非组织成员国举行这样的会议，此次会议的目的是促进热泵技术在世界范围内特别是中国的交流和应用。居于国内行业领先地位的富尔达公司成为惟一赞助单位。
2003年3月17日，山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会联合在山东建筑工程学院举行“国际地源热泵新技术报告会”。
为了落实“科技奥运”、“绿色奥运”的理念，为奥运场馆建设提供可行的清洁能源建设方案，由北京工业大学和《工程建设与设计》杂志组织的体育场馆工程清洁能源建设方案研讨会于2004年7月6～8日在北京召开。此次会议邀请国内外专家就以地源热泵技术为主的体育场馆可能应用的清洁能源建设方案进行了研讨，为2008年奥运会体育场馆最终确定能源方案提供依据。北京奥组委、北京发改委、北京科委等有关单位，国内外学术界、设计界的权威以及28个奥运场馆业主代表、相关企业代表参加了会议。
2005年9月，国际地热协会第39次理事会在北京召开，出席会议的主席伦德先生和参会理事被邀请出席全国地热产业可持续发展学术研讨会。
2005年9月23日，由联合国开发计划署驻华代表处、科技部和国家环保总局共同举办的中国清洁能源行动推广会议在北京举行，来自国内40多个城市的市长、环保局长和其他代表出席了会议。会议旨在推广联合国开发计划署、科技部和国家环保总局共同设立的为期四年的名为“通过使用清洁能源和清洁能源技术减少城市空气污染的能力建设”的项目所取得的成绩和经验。
2007年1月27日，中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心成立，中心设在北京市地质矿产勘查开发局。该中心专门从事全国浅层地温能研究与推广工作。2007年1月29～30日，由国土资源部主办，北京市国土资源局、北京市地质矿产勘查开发局承办的在全国地热（浅层地热能）开发利用现场经验交流会上在北京友谊宾馆召开。来自全国400多位代表考察了示范工程，并就国内外浅层地温能资源勘查评价、开发利用情况、热泵利用现状及其发展前景、浅层地温能利用实例、政策及技术规程等进行了充分的交流，会议号召地质科技人员深入进行浅层地温能资源赋存、来源、运移规律等基础研究，为国家大规模科学合理的开发利用浅层地温能资源奠定坚实的基础。会议出版了《全国地热（浅层地热能）开发利用现场经验交流会论文集》。
2007年12月，由中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心组织的全国浅层地温能资源开发利用高级研修班在北京召开，众多在浅层地温能资源开发利用领域的专家学者从理论和实践两方面详细介绍了浅层地温能资源从勘查评价到开发利用的理论、核心技术和实践经验，会议鼓励科学合理的开发利用浅层地温能资源，为国家节能减排目标的实现做贡献。
在增加会议交流的同时，与地源热泵相关的出版物也不断面世。1988年由中国建筑工业出版社出版了徐邦裕教授等编写的《热泵》教材。机械工业出版社1993年出版了郁永章教授主编的《热泵原理与应用》，1997年出版了蒋能照教授主编的《空气用热泵技术及应用》。1994年由华中理工大学出版社出版了郑祖义的《热泵空调系统的设计与创新》。1998年出版了郑祖义博士的《热泵技术在空调中的应用》。
2001年由中国建筑科学研究院空调所徐伟等人翻译的《地源热泵工程技术指南》一书出版，为国内地源热泵工程设计和施工人员提供了参考。《地源热泵工程技术指南》原是由美国能源部、美国国防部、加拿大自然资源等七家单位支持，美国ASHRAE学会出版的地源热泵技术专业书，全书分为原理篇、设计篇、安装篇和节能篇。内容包括：介绍地源热泵系统的分类、工作原理、系统构成、与常规系统比较；如何进行现场地质调查和实验；地热换热器、地下水换热器及地表水换热器系统的设计；输配系统和室内空调系统的设计；地源热泵系统的安装、调试和检验；地源热泵系统的节能措施和节能设计计算，并提供了土壤和岩石的特性数据、防冻剂的特性数据以及塑料管和配件的特性数据。
2004年哈尔滨工业大学马最良教授等人写作的《水环热泵空调系统设计》出版，这是一部较全面阐述水环热泵空调系统应用理论基础与实践的专著。书中首次归纳出可再生能源水环热泵空调系统的称谓，这个概念的提出，将为水环热泵系统注入新的活力，使其系统的应用更加广泛、更加合理、更加经济。因此，这种可再生能源水环热泵系统将会有很好的应用前景，对解决暖通空调的能源与环境问题将有更长远的战略意义。
这些教材、著作、译著的出版，推动了热泵空调技术在我国的普及与推广。
与此同时，国内的科技期刊上有关地源热泵技术的论文也大幅增加。《暖通空调》、《制冷与空调》等杂志都开设专题进行研讨。《工程建设与设计》杂志为此出版了地源热泵专刊，同时开展了“国内地（水）源热泵应用情况调查”，2004年第4期据调查形成的《国内地源热泵应用情况调查报告》首次全面地展现了国内地源热泵应用的情况。《建设科技》杂志对际高集团有限公司、山东富尔达空调设备有限公司等单位的地源热泵技术给予多次报道。
张新世
（中原石油勘探局勘察设计研究院）
论文摘要：本文介绍了地源热泵的概念及工作原理，随后详细地论述了地源热泵的特点，和地源热泵在我国发展的限制条件，并介绍了地源热泵在国内使用情况及发展前景，最后鲜明地指出地源热泵技术是目前对人类最友好最有效的供热供冷技术。
1 地源热泵的概念和工作原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水、土壤和地表水）即可供热又可供冷的高效节能空调系统。利用逆卡诺循环，通过输入少量高品位的电能，实现低品位热能向高品位热能转移。热泵一般有蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀四部分组成。
地源热泵的工作原理是：在夏季，热泵机组将建筑物中的热量取出，转移释放到地层中；在冬季，则从地层中提取热量，向建筑物供热。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。
2 地源热泵的特点
我们知道在地球表面以下一定深度的地温全年相对恒定，地源热泵利用浅层地热作为冷热源，这样就排除了环境因素的影响，与其它供热供冷系统相比，具有以下显著特点。
2.1 利用的是可再生能源
地源热泵在夏季吸收建筑物散发的热量并在浅层地下保存起来，一部分热量在冬季供建筑物的采暖，另一部分热量则直接散发到空气中。就全年来说，建筑物利用浅层地热的热量或冷量大体是相等的。所以说，地源热泵利用的是可再生能源。
2.2 高效节能
由于地源热泵的热源温度全年一般为10～22℃，冬季供热时，水体温度比环境温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。夏季制冷时，水体温度比环境温度低，冷却效果提高，机组效率也提高。水源热泵的制冷制热系数可达4.0以上，与传统的空气源热泵相比，高出40%左右，其运行费用仅为普通中央空调的50%～60%，与电热锅炉和电热膜供热相比，节约70%左右的电能。
2.3 环保效益显著
水源热泵运行时，需要的仅仅是水源水的热量或冷量，水质不发生任何变化，也不产生任何污染，不耗水、排烟，不产生灰尘，仅仅消耗少量的电能。
从耗电方面来说，节能就是环保。使用水源热泵导致的污染物排放，比空气源热泵减少40%，比电锅炉减少70%。虽然地源热泵也使用制冷剂，但比常规空调减少25%的冲灌量。地源热泵在工厂内整装密封完好，不会像分体空调那样安装时易产生泄漏。
2.4 一机多用
一套地源热泵就可以实现供热、供冷和生活热水供应。即用一套设备可以代替原来的锅炉加空调两套系统，所以一次性投资仅是传统供热制冷的50%～70%。特别是在夏季供冷时，可以利用热泵产生的费热，免费为用户提供生活热水。所以，地源热泵特别适用同时有供热供冷和生活热水供应的建筑。
2.5 节省土地资源
水源热泵除主机和循环水泵外，没有其它安装设备。与锅炉房相比，省去了水处理间、风机间、烟囱、煤场和渣土场，节约了土地资源。
2.6 运行稳定可靠、使用寿命长
由于地源热泵的水体温度稳定，与空气源热泵相比，免除了结霜和除霜的影响。热泵的运转部件少，基本上不需要维修，运行稳定可靠，使用寿命可达20年左右。
2.7 自动化程度高
地源热泵一般是全电脑控制，可根据外部负荷的变化，调整压缩机的工作数量，并设有压缩机超温保护、断水保护等多种保护措施，可实现无人值守。
3 地源热泵供热系统的组成
地源热泵工程一般有地源水系统，热泵机房和末端风机盘管散热系统三部分组成。根据地源换热系统的形式又分为开式环路系统和闭式环路系统。
开式环路系统是将水从水井（包括湖泊和河流）中抽出，送入热交换机组进行热交换，提取热量或冷量后的水再回灌到水井中。开式环路系统用水一般只进行简单的水处理，会引起换热器表面结垢。开式系统是目前地源热泵应用的主要形式。
闭式环路系统又分为立埋式环路系统和平埋式环路系统。它是通过埋在地下的聚乙烯管环路与土壤进行热交换。通常适合安装在别墅等场地较大的建筑物。
4 地源热泵的限制条件
地源热泵被专家们称之为目前可用的对人类最友好最有效的供热供冷形式，近几年在研究和应用上得到了迅速发展，但由于受到以下客观条件的限制，这项技术的应用尚不普遍。
4.1 宣传认识不足
地源热泵技术虽然受到热暖专家的推崇，但是要获得在工程中的普遍应用，需要各阶层领导特别是工程主管领导的认可。由于这项技术是近几年随着我国能源战略的调整才发展起来的，甚至部分热暖技术人员，也存在认识不足的现象。所以，要获得社会的认同还需要加大宣传力度。
4.2 政策力度不够
我国《节约能源法》中，对热电联产和集中供热技术鼓励和发展，而对综合能源利用率是其2倍的地源热泵技术，至今还没有鼓励发展的明确条文。
4.3 水源条件的限制
对于开式环路地源热泵系统是否有充足的水源，以及当地的地质土壤条件是否能保证尾水的回灌顺利实现是地源热泵应用的前提条件。一般来说，用于小区供暖时，建筑容积率要≤1。对于闭式系统，受当地地质条件是否适合埋管和是否有足够的场地埋管等环境条件的限制。
4.4 埋管系统换热计算理论不成熟
对于地源热泵机组和末端风机盘管散热系统目前技术已相当成熟。对开式系统，当地水利部门对水源情况也相当了解；而对埋管系统，目前土壤埋管换热计算理论还不成熟，设计落后于工程应用，这就使工程质量难以保证，并使该项技术的广泛应用受到限制。
4.5 受当地水利部门政策的限制
我国南方水源充足，而北方大部分地区水源缺乏，为保护有限的水资源，每个地方政府都制定了当地的水资源使用法规。虽然地源热泵系统并不消耗水也不污染地下水，但需要大量的水作热载体。有些地方部门对取水和回灌水进行双重收费，使地源热泵的节能效果不能够充分体现，这就限制了该项技术在这些地区的发展。
5 地源热泵的应用
5.1 国外应用情况
地源热泵在日、韩、美和中、北欧应用较为普遍。据1999年的统计，在住宅供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士96%，奥地利38%，丹麦27%。美国1998年地源热泵系统在新建筑中占30%，且以10%的速度稳步增长。其中最著名的地源热泵工程有肯塔基州刘易斯威尔的滨水区办公大楼，服务面积15.8×104m2，每月节省运行费用25000 美元。随着该项技术的应用发展，其组织的研究也迅速发展。据有关资料介绍，日本国研究出的高温水地源热泵，出水温度达到80～150℃，且其制热系数COP高达8.0。
5.2 国内应用情况
天津大学热能研究所的吕灿仁教授在1954年就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵机组。目前多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。
国内较早生产水源热泵的厂家有清华同方人工环境设备公司和山东海洋富尔达，产品都已系列化。目前热泵机组出水温度已达65℃，制冷系数COP可达6.7。目前国内较典型的用户有沈阳东北电力住宅小区，服务面积8×104m2；北京友谊医院服务面积7.1×104m2，全年节约采暖和供冷运行费用约9元/m2。
中原油田钻井三公司办公楼水源热泵示范工程是我局第一个地源热泵系统。选用钻井综合工程处与清华大学联合研制生产的ZYRB240 型热泵机组2台，服务面积6000m2。该项工程的成功实施必将为地源热泵在中原油田的推广应用起到有力的推动作用。
6 地源热泵的发展前景
6.1 符合政府有关部门的要求
地源热泵高效节能，环保效益好，符合我国的能源政策和环境保护政策，热泵技术的综合能源利用率约为120%～180%。所以国家把热、电、冷联产技术作为鼓励发展的通用节能技术促进了地源热泵技术的发展。
6.2 符合业主的利益
由于地源热泵即可供热，又可供冷。一套系统可以代替原来的两套系统，投资少。且地源热泵占地少，运行成本低，管理方便，这些都符合业主的根本利益。
6.3 符合用户的利益
地源热泵供热费用燃煤集中锅炉房供热费用的一半，夏季供冷费用约为冷水机组的60%，这就减少了用户供热供冷费用的支出，符合用户的切身利益。
6.4 适用地区范围广
冷水机组只能用于夏季供冷，风冷机组只适用于长江流域的供热供冷，而地源热泵除即无可利用地下水又不能埋管的极少数地区外，适用于其它绝大多数地区。
6.5 应用范围不断扩展
地源热泵不仅在建筑采暖和供冷方面得到迅速发展，目前在化工、食品、造纸、农业、冶金、木材干燥、制药等行业中也得到了｀广泛应用。据预测2000年这些行业应用地源热泵1200多台，且发展势头强劲。
综上所述，地源热泵技术以其独有的优点，近几年在国内得到迅速发展。随着我国能源结构政策的调整，我国以燃煤锅炉采暖和空气源热泵供冷的传统形式会被更加高效的地源热泵所取代。随着地源热泵技术的研究和发展，它比将成为21世纪最普遍最有效的供热供冷技术。
参考文献
［1］刘兴中.水源热泵系统介绍.2001
［2］吴展豪.地源热泵空调系统.2001
注：本文引至全国油区城镇地热开发利用经验交流会论文集，冶金工业出版社，2003
张新世
（中原石油勘探局勘察设计研究院）
论文摘要：本文介绍了地源热泵的概念及工作原理，随后详细地论述了地源热泵的特点，和地源热泵在我国发展的限制条件，并介绍了地源热泵在国内使用情况及发展前景，最后鲜明地指出地源热泵技术是目前对人类最友好最有效的供热供冷技术。
1 地源热泵的概念和工作原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水、土壤和地表水）即可供热又可供冷的高效节能空调系统。利用逆卡诺循环，通过输入少量高品位的电能，实现低品位热能向高品位热能转移。热泵一般有蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀四部分组成。
地源热泵的工作原理是：在夏季，热泵机组将建筑物中的热量取出，转移释放到地层中；在冬季，则从地层中提取热量，向建筑物供热。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。
2 地源热泵的特点
我们知道在地球表面以下一定深度的地温全年相对恒定，地源热泵利用浅层地热作为冷热源，这样就排除了环境因素的影响，与其它供热供冷系统相比，具有以下显著特点。
2.1 利用的是可再生能源
地源热泵在夏季吸收建筑物散发的热量并在浅层地下保存起来，一部分热量在冬季供建筑物的采暖，另一部分热量则直接散发到空气中。就全年来说，建筑物利用浅层地热的热量或冷量大体是相等的。所以说，地源热泵利用的是可再生能源。
2.2 高效节能
由于地源热泵的热源温度全年一般为10～22℃，冬季供热时，水体温度比环境温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。夏季制冷时，水体温度比环境温度低，冷却效果提高，机组效率也提高。水源热泵的制冷制热系数可达4.0以上，与传统的空气源热泵相比，高出40%左右，其运行费用仅为普通中央空调的50%～60%，与电热锅炉和电热膜供热相比，节约70%左右的电能。
2.3 环保效益显著
水源热泵运行时，需要的仅仅是水源水的热量或冷量，水质不发生任何变化，也不产生任何污染，不耗水、排烟，不产生灰尘，仅仅消耗少量的电能。
从耗电方面来说，节能就是环保。使用水源热泵导致的污染物排放，比空气源热泵减少40%，比电锅炉减少70%。虽然地源热泵也使用制冷剂，但比常规空调减少25%的冲灌量。地源热泵在工厂内整装密封完好，不会像分体空调那样安装时易产生泄漏。
2.4 一机多用
一套地源热泵就可以实现供热、供冷和生活热水供应。即用一套设备可以代替原来的锅炉加空调两套系统，所以一次性投资仅是传统供热制冷的50%～70%。特别是在夏季供冷时，可以利用热泵产生的费热，免费为用户提供生活热水。所以，地源热泵特别适用同时有供热供冷和生活热水供应的建筑。
2.5 节省土地资源
水源热泵除主机和循环水泵外，没有其它安装设备。与锅炉房相比，省去了水处理间、风机间、烟囱、煤场和渣土场，节约了土地资源。
2.6 运行稳定可靠、使用寿命长
由于地源热泵的水体温度稳定，与空气源热泵相比，免除了结霜和除霜的影响。热泵的运转部件少，基本上不需要维修，运行稳定可靠，使用寿命可达20年左右。
2.7 自动化程度高
地源热泵一般是全电脑控制，可根据外部负荷的变化，调整压缩机的工作数量，并设有压缩机超温保护、断水保护等多种保护措施，可实现无人值守。
3 地源热泵供热系统的组成
地源热泵工程一般有地源水系统，热泵机房和末端风机盘管散热系统三部分组成。根据地源换热系统的形式又分为开式环路系统和闭式环路系统。
开式环路系统是将水从水井（包括湖泊和河流）中抽出，送入热交换机组进行热交换，提取热量或冷量后的水再回灌到水井中。开式环路系统用水一般只进行简单的水处理，会引起换热器表面结垢。开式系统是目前地源热泵应用的主要形式。
闭式环路系统又分为立埋式环路系统和平埋式环路系统。它是通过埋在地下的聚乙烯管环路与土壤进行热交换。通常适合安装在别墅等场地较大的建筑物。
4 地源热泵的限制条件
地源热泵被专家们称之为目前可用的对人类最友好最有效的供热供冷形式，近几年在研究和应用上得到了迅速发展，但由于受到以下客观条件的限制，这项技术的应用尚不普遍。
4.1 宣传认识不足
地源热泵技术虽然受到热暖专家的推崇，但是要获得在工程中的普遍应用，需要各阶层领导特别是工程主管领导的认可。由于这项技术是近几年随着我国能源战略的调整才发展起来的，甚至部分热暖技术人员，也存在认识不足的现象。所以，要获得社会的认同还需要加大宣传力度。
4.2 政策力度不够
我国《节约能源法》中，对热电联产和集中供热技术鼓励和发展，而对综合能源利用率是其2倍的地源热泵技术，至今还没有鼓励发展的明确条文。
4.3 水源条件的限制
对于开式环路地源热泵系统是否有充足的水源，以及当地的地质土壤条件是否能保证尾水的回灌顺利实现是地源热泵应用的前提条件。一般来说，用于小区供暖时，建筑容积率要≤1。对于闭式系统，受当地地质条件是否适合埋管和是否有足够的场地埋管等环境条件的限制。
4.4 埋管系统换热计算理论不成熟
对于地源热泵机组和末端风机盘管散热系统目前技术已相当成熟。对开式系统，当地水利部门对水源情况也相当了解；而对埋管系统，目前土壤埋管换热计算理论还不成熟，设计落后于工程应用，这就使工程质量难以保证，并使该项技术的广泛应用受到限制。
4.5 受当地水利部门政策的限制
我国南方水源充足，而北方大部分地区水源缺乏，为保护有限的水资源，每个地方政府都制定了当地的水资源使用法规。虽然地源热泵系统并不消耗水也不污染地下水，但需要大量的水作热载体。有些地方部门对取水和回灌水进行双重收费，使地源热泵的节能效果不能够充分体现，这就限制了该项技术在这些地区的发展。
5 地源热泵的应用
5.1 国外应用情况
地源热泵在日、韩、美和中、北欧应用较为普遍。据1999年的统计，在住宅供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士96%，奥地利38%，丹麦27%。美国1998年地源热泵系统在新建筑中占30%，且以10%的速度稳步增长。其中最著名的地源热泵工程有肯塔基州刘易斯威尔的滨水区办公大楼，服务面积15.8×104m2，每月节省运行费用25000 美元。随着该项技术的应用发展，其组织的研究也迅速发展。据有关资料介绍，日本国研究出的高温水地源热泵，出水温度达到80～150℃，且其制热系数COP高达8.0。
5.2 国内应用情况
天津大学热能研究所的吕灿仁教授在1954年就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵机组。目前多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。
国内较早生产水源热泵的厂家有清华同方人工环境设备公司和山东海洋富尔达，产品都已系列化。目前热泵机组出水温度已达65℃，制冷系数COP可达6.7。目前国内较典型的用户有沈阳东北电力住宅小区，服务面积8×104m2；北京友谊医院服务面积7.1×104m2，全年节约采暖和供冷运行费用约9元/m2。
中原油田钻井三公司办公楼水源热泵示范工程是我局第一个地源热泵系统。选用钻井综合工程处与清华大学联合研制生产的ZYRB240 型热泵机组2台，服务面积6000m2。该项工程的成功实施必将为地源热泵在中原油田的推广应用起到有力的推动作用。
6 地源热泵的发展前景
6.1 符合政府有关部门的要求
地源热泵高效节能，环保效益好，符合我国的能源政策和环境保护政策，热泵技术的综合能源利用率约为120%～180%。所以国家把热、电、冷联产技术作为鼓励发展的通用节能技术促进了地源热泵技术的发展。
6.2 符合业主的利益
由于地源热泵即可供热，又可供冷。一套系统可以代替原来的两套系统，投资少。且地源热泵占地少，运行成本低，管理方便，这些都符合业主的根本利益。
6.3 符合用户的利益
地源热泵供热费用燃煤集中锅炉房供热费用的一半，夏季供冷费用约为冷水机组的60%，这就减少了用户供热供冷费用的支出，符合用户的切身利益。
6.4 适用地区范围广
冷水机组只能用于夏季供冷，风冷机组只适用于长江流域的供热供冷，而地源热泵除即无可利用地下水又不能埋管的极少数地区外，适用于其它绝大多数地区。
6.5 应用范围不断扩展
地源热泵不仅在建筑采暖和供冷方面得到迅速发展，目前在化工、食品、造纸、农业、冶金、木材干燥、制药等行业中也得到了｀广泛应用。据预测2000年这些行业应用地源热泵1200多台，且发展势头强劲。
综上所述，地源热泵技术以其独有的优点，近几年在国内得到迅速发展。随着我国能源结构政策的调整，我国以燃煤锅炉采暖和空气源热泵供冷的传统形式会被更加高效的地源热泵所取代。随着地源热泵技术的研究和发展，它比将成为21世纪最普遍最有效的供热供冷技术。
参考文献
［1］刘兴中.水源热泵系统介绍.2001
［2］吴展豪.地源热泵空调系统.2001
注：本文引至全国油区城镇地热开发利用经验交流会论文集，冶金工业出版社，2003
戴传山
（天津大学地热研究培训中心）
一年一度的日本冷冻空调学会（JSRAE Annual Conference）于2002年11月在红叶满开的日本冈山大学举行。冈山大学工学部传热教研室是这次大会的组织者，作为该教研室即将毕业的博士留学生，我有幸协助组织并参加了这次大会。大会共宣读了173篇论文，其中18篇与地热有关，约占论文总数的10%，会议论文的内容主要包括：①对地源热泵发展的回顾；②相关的基础及软科学研究；③地下水式、桩式等地源热泵和空调系统；④利用地热进行道路融雪；⑤地源蓄冷及土壤冻结。
1 地源热泵的发展与回顾
在对世界及日本地源热泵发展的回顾中，北海道大学长野克则教授在引用J.W.Lund的数据同时对美国、欧洲和澳大利亚的地源热泵的发展现状及市场特点进行了分析。基于2000年的数据表明美国是地源热泵普及最多的国家，全国安装负荷量为480万千瓦，相当于安装12千瓦的机组40万台，约占世界总安装量的68%。其中垂直式井下热交换器是最多的一种形式，占46%；而水平式其次约占38%；开放式换热器并不多，只占15%。
尽管日本的电价是柴油价格的4～5倍，远高出瑞典的1.8倍，但瑞典的总安装负荷却是日本的近百倍，而且大部分的地源热泵系统是兼供热水式。在奥地利，2000年仅一年内安装的2000多台热泵当中有超过70%是以地源作为热源。在日本地源热泵受到重视是在1990年以后。主要是在四国岛及九州地区的空调和道路融雪等规模的利用。最近，日本国土资源省在其东北部成立了以环境产业研究所科技力量为中心的道路融雪项目计划，项目实施以来收到很好的效果。
日本作为经济实力第二的火山岛国，地热资源丰富，地热能的开发利用落后于许多欧洲国家甚至一些亚洲的其他发展中国家。这一事实引起日本国内许多学者和机构的注意。预计在今后几年里，日本可能在地热利用方面将有较大的投入。
2 相关的基础研究及软科学研究
如果把地源热泵的研究归结为简单的半无限大固体内的线源导热问题，最早的研究可以追溯到至少半个世纪以前。而实际上，地源热泵是涉及许多学科的复杂问题。其中难点之一是如何确定地表的边界条件。在这个问题上大阪大学的奥野博信等学者提出一个描述地表水，水蒸气及热量等平衡关系的数学及物理描述模型，并与实测结果有很好的吻合。在该模型中主要考虑了太阳的辐射、风速及环境空气的温度和湿度等参量。
另一个有趣的研究是利用国土资源数据进行关于地域性的地下水层蓄热和回收的研究论文。该论文以北海道札幌市为研究对象，利用有关札幌市内的地下、地上相关数据进行大都市的地下水层内采用蓄热和取热的技术可行性。这一研究成果可以宏观上了解蓄热和用热的区域分布，从而可以提供地源热泵的规模，并对控制大都市的热岛现象提出理论依据和对策。作者认为，严格地讲，这是一个比较复杂的动态模拟问题，也是一个必须有政府机关介入的课题。
3 地下水式、桩式等地源热泵和空调系统
由于地源热泵的众多优点，一些日本中小企业公司开始组织开发和研制地源热泵系统的工作，尽管起步较晚，但已显示出所具有的潜力。在本次会上由日本名古屋Zeneral热泵股份有限公司和东京JMC地热工程有限公司合作，在日本及我国东北长春市安装了共近90马力的地源热泵机组。见表1。
表1 Zeneral热泵股份有限公司安装的机组
A/C：空调，H/W：供热水。1HP＝0.7457kW。
在长春安装的50马力的机组是由5台10马力的机组构成，出于实验的考虑，地源换热器是16根100m长，直径和材料各异的管材。机组的COP为2.7～3.3，供热温度在40℃左右。折合计算平均换热器管长取热约30W/m。
桩基式地源热泵系统有兼热源或冷源和建筑固基的双重效果。福井大学工学部对yi该系统进行了数值模拟和实验研究，也是日本国在该领域中的首次尝试。对面积为3693m2，桩根数（井下换热器）为70根的数值模拟计算表明，供热负荷可达到437.9GJ。供冷负荷也可达到近300GJ。相当于每根地基桩有41.08MJ/日的供热负荷。COP值可达到3.60～4.14。空调系统如图1所示。在经济上，对50冷吨规模的初投资与空气源热泵系统的初投资比增加不到15%。桩基式总投资为1720万日元，而空气源式约为1515万日元。尽管实验进行的不很顺利，但通所获得的实验数据进行分析，得到的结果是与空气源空调系统相比，在制冷时节能效果可提高12.1%，而供热时约26.7%。
利用地源热泵进行道路的积雪清除是日本比较早的地热研究项目。在这一方面比较有名的研究学者是茨城产总研的盛田耕二先生。最近，私人企业公司的研究人员也开始介入，这也许和日本最近实行的道路民营化政策有关。在北方寒冷的地区，由于积雪而造成的交通事故很多，且往往主要出现在转向较急的地方（图2）。
因此在某些关键地方采用地源热泵融雪系统很有必要。为了提高冬天时运行的工作效率，在夏季可以采用同一系统收集道路上的太阳辐射热能，蓄热到地下（图3）。对加热能力为56千瓦的机组来说，可以对面积为332m2的道路进行融雪，相当于170W/m2。如果每根井下换热器的有效长度为151m的话，所需的根数和返回井下换热器的流体温度有关，温度越低所需的根数越少（图4）。
图1 桩基式地源热泵系统
图2 采用地源热泵进行道路融雪系统
图3 冬季融雪运行模式（上）和夏季蓄热模式
图4 井下换热器入口温度与换热器根数及COP的关系
4 地源蓄冷及土壤冻结
由于土壤内还有水分，在低温下可以发生相变凝固而蓄冷。发生相变的潜热量占总蓄冷量的比例较大，因此，在一定程度上含水量的多少决定了蓄冷的能力。大阪精研公司对体积含水率为0.6m3/m3土壤的蓄冷机理进行实验和理论研究。包括冷媒的入口温度，埋管的排列方式等。在一般情况下，热回收系数可以达到80%以上。根据模拟实验的结果可以进行实际应用例子的预测：冷负荷：9～105kJ/h；每米管长的回收热：630kJ/mh。那么所需的管群用地圆半径R，根数N及管长的预测值（表2）。
表2 管群范围半径及管长
冻土过程在大多数情况下对建筑物或道路是有害的。然而，采用适当的技术条件可以发挥其有益的一面。大阪摄南大学环境工学部伊藤A提出了利用冻土技术实现地基坚固强化的设想。在冻土层的周围添加抽水蒸气的排气管。外围放置的排气管可以抑制由于冻土过程中水蒸气向冻土层的不断凝聚，从而达到一个传质动态的平衡，而内部水蒸气排气管可以起到在施工即将完成自然融解时的部分排气。作者指出：这一方案也可适用于地下污染的处理，因为伴随着水蒸气的流动，污染物的浓度也随之聚集，达到回收清除的目的。文中尽管给出了传质和内部压力的变化情况，但未给出相变过程中传热过程的描述。
5 结论与讨论
本文总结了去年在日本冷冻空调大会上日本在地源热泵研究上的进展。虽然是部分反映日本国地源热泵的研究和利用情况，但一定程度上反映日本国内关于该领域的前沿方向。利用地源作为热泵的热源或冷源要比空气源有更多的优越性。作者把采用地（土壤）源的空调系统的主要优点总结如下：
（1）有稳定的运行条件。从空调机的热源稳定性条件看，垂直式井下换热器优于水平式。土壤埋式优于湖泊等开放式。一般空气源热泵在－15℃以下较难启动，而地源井下换热器的出口温度一般都高于这一温度。
（2）能够利用季节性的蓄热和蓄冷。
（3）与空气源热泵相比有较高的COP。
以上介绍了许多应用实例，给出了一些经验数据或设计模型。但作者提醒读者最好不要照搬套用这些数据。正如上面在相关的基础及软科学研究一节中所阐述的，作为基本应用和模拟条件之一的地表边界条件仍然有人在研究。合理的设计取决于对许多因素的考虑。设计者也不必望而却步，因为许多热或物质的传递过程在一定条件下都有其极限或限制，只要了解这一条件下所对应的限制，也就掌握了设计主动。这就是所谓的设计标准问题，在这一方面国内也急需论证和设立。
1.地源热泵发展史
我国热泵技术的研究开始于20世纪50年代，天津大学热能研究所开展了我国的热泵的最早研究。1956年吕灿仁教授的《热泵及其在我国应用的前途》一文是我国热泵研究现存的最早文献。
20世纪60年代，我国开始在暖通空调中应用发展热泵，并取得了一大批成果。1960年同济大学吴沈钇教授发表了“简介热泵供暖并建议济南市试用热泵供暖”；1963年原华东建筑设计院与上海冷气机厂开始研制热泵式空调器；1965年上海冰箱厂研制成功了我国第一台制热量为3720W的CKT-3A热泵型窗式空调器；1965年天津大学与天津冷气机厂研制成国内第一台地下水热泵空调机组；1966年又与铁道部四方车辆研究所共同合作，进行干线客车的空气/空气热泵试验；1965年，由原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕教授、吴元炜教授领导的科研小组，根据热泵理论首次提出应用辅助冷凝器作为恒温湿空调机组的二次加热器的新流程，这是世界首创的新流程；1966年与哈尔滨空调机厂共同开始研制利用制冷系统的冷凝废热作为空调二次加热的新型立柜式恒温湿热泵式空调机。
1978～1988年我国热泵应用与发展进入全面复苏阶段。这期间，为了充分了解国外热泵发展的现状与进展，大量出版有关著作，国内刊物积极刊登有关热泵的译文，对国外热泵产品进行测试与分析，积极参加国际学术交流。同时，一些国外知名热泵生产厂家开始来中国投资建厂。例如美国开利公司是最早来中国投资的外国公司之一，于1987年率先在上海成立合资企业。
1989～1999年期间我国热泵又迎来了新的发展里程。在我国应用的热泵形式开始多样化，有空气/空气热气、空气/水热泵、水/空气热泵和水/水热泵等。在这期间国内已有国有、民营、独资、台资等不少于300家家用空调器厂家，逐步形成我国热泵空调器的完整工业体系。水环热泵空调系统在我国得到广泛应用。据统计到1999年，全国约有100个项目，2万台地下水热泵机组在运行。20世纪90年代初开始大量生产空气源热泵冷热水机组，90年代中期开发出井地下水热泵冷热水机组，90年代末又开始出现污地下水热泵系统。土壤耦合热泵的研究已成为国内暖通空调界的热门研究话题。国内的研究方向和内容主要集中在地下埋管换热器，在国外技术的基础上有所创新。
进入21世纪后，由于我国快速城市化，人均GDP的增长，拉动了中国空调市场的发展，促进了热泵在我国的应用越来越广泛，热泵的发展十分迅速，热泵技术的研究不断创新。2000年至2003年间，热泵的应用、研究空前活跃，硕果累累。
2000～2003年4年间，专利总数287项，年平均为71.75项，是1989～1999年专利平均数的4.9倍。2000～2003年间发明专利共119项，年平均29.75项，是1989～1999年发明专利平均数的4.25倍。
2000～2003年中热泵文献数量剧增，如2003年文献数是1999年文献的5倍。全国高校有105名研究生以热泵技术为题目，平均每年有26.25名，是90年代平均数的7倍多。
全国各省市几乎均有应用热泵技术的工程实例。热泵技术研究更加活跃，创新性成果累累。在短短的几年中有3项创新性成果问世：同井回灌热泵系统、土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统、供寒冷地区应用的单、双级耦合热泵系统。
2.地源热泵应用基础与实践的研究
我国地源热泵研究起步于20世纪80年代，首先是一些高校和科研机构对地源热泵的相关技术进行了专题研究。部分研究项目列入表3-1中。
表3-1部分高校地源热泵研究课题
研究工作主要集中于以下几个方面：地下埋管换热器的传热模型和传热研究；夏季瞬态工况数值模拟的研究；热泵装置与部件的仿真模型的理论和实践研究；
地源热泵空调系统制冷工质替代研究；其他能源如太阳能、水能等与地热源联合应用的研究；地源热泵系统的设计和施工；地源热泵系统的经济性能和运行特性的研究；地下地下水热泵回灌技术与实践；土壤热物性及土壤热导率的试验研究。
同井回灌地下地下水热泵地下水运移数值模拟与实验研究；土壤蓄冷与土壤源热泵集成系统的应用基础研究等。
进入20世纪90年代，北京工业大学丁良士教授、山东建筑工程学院方肇洪教授等人先后在美国俄克拉荷马州立大学和瑞典、德国、加拿大等地学习考察地源热泵技术，回国之后纷纷投入国内地源热泵技术研究的实践中。丁良士教授主持北京市“低温地热能梯级利用技术研究”重大科研工程项目，通过在校内的小试、中试、工程三个阶段，研究深层地热利用技术，开创了国内的先河。方肇洪教授完成的山东省重点科技攻关项目“地热综合利用关键技术”在专家鉴定中被评定为“达到国际领先水平”。
同时，原重庆建筑大学、同济大学、湖南大学、青岛建筑工程学院等院校纷纷建立了土壤耦合热泵实验系统，展开了全面全面的研究，土壤耦合热泵研究迅速成为热门研究课题之一。
进入21世纪后，在国家自然科学基金的资助下，地源热泵的研究更加深入，更富有创新性。哈尔滨工业大学姚杨教授等，在对国内外关于土壤源热泵及冰畜冷技术的发展和应用充分了解的基础上，以新技术改造传统技术，整合集成土壤源热泵和冰蓄冷的技术要素和成果，提出一种适合于以空调负荷为主，采暖负荷为辅的全新空调系统形式，即土壤畜冷与土壤源热泵集成系统。哈尔滨工业大学热泵空调技术研究所先后建立了同井回灌地下地下水热泵地下水运移的数学模型；并推导了单一均匀介质含水层中定流量同井回灌地下地下水热泵地下水渗流的分析解；对同井回灌地下地下水热泵地下含水层温度场进行了数值模拟；并对北京恒有源科技发展有限公司共同开展了同井回灌地下地下水热泵工程的现场实践研究。
在各高校研究工作的基础上，研究成果也不断地被应用于工程实践中。例如重庆大学城市建设与环境工程学院在新疆米泉市小型办公楼和重庆大学B区暖通实验楼采用了土壤源热泵系统。北京工业大学新建的综合科技楼、逸夫图书馆、改建的经管学院楼、室内地热游泳池和新建的能容纳8000名学生的教学楼等建筑，供热（制冷）面积5000m2以上的“低温地热能梯级利用技术研究”重大科研工程项目。山东建筑工程学院的学院学术报告厅工程（包括学术报告厅500m2，学生自习室及计算机房等空调面积约2700m2）选用2台水-水热泵冷热水机组。室外地热换热器采用垂直U形埋管形式由25组并联的垂直U形埋管组成的地源热泵系统。
为了推广研究成果，各高校纷纷走上产、学、研结合的道路。1999年天津大学地热中心、天津甘泉集团公司成立研究设计院。2000年山东建筑工程学院成立了首个专门从事地源热泵供热空调系统的理论研究、技术开发、工程设计和旋工指导的方州地源热泵研究所。北京工业大学成立了北京天地能流科技发展有限公司。清华大学的北京清源世纪科技有限公司也参与到地源热泵的工程实践当中。而许多企业也与高校科研机构紧密结合，以高校的技术力量为依托，共同建立科研机构、开发产品、承接工程。比如清华大学和山东富乐达空调设备有限公司，同济大学和广州从化中宇冷气科技科技发展有限公司，山东建筑工程学院和北京嘉和晟业地下水热泵空调有限公司、烟台荏原空调设备有限公司、山东宏力空调设备有限公司，北京工业大学和山东利丰公司，湖北风神净化空调设备工程有限公司和华中科技大学、东南大学等。
3.北京区地源热泵相关的管理规定和政策
1）地下水热泵
近年来，随着国家加大建设“资源节约型、环境友好型”社会的力度，实现国家节能减排目标，各地也相继出台支持开发利用浅层地温能项目。如2006年5月31日，由北京市发展改革委联合市水务局、国土局等九个委办局联合发文对采用地下地下水热泵系统实现供暖和制冷项目按35元/m2的标准进行补贴。
由于地下水热泵项目必须凿井抽取和回灌地下水，因此地下水热泵项目开工前须按照水利部颁发的《建设项自水资源论证管理办法》要求，开展建设项目水资源论证，编制水资源论证报告书，对地下水热泵项目取水、退水的可行性、用水的合理性、保护措施及对其他取水用户的影响进行分析。
为保护珍贵的地下水资源，避免地下水热泵盲目上马对现有集中供水水源地的不良影响和产生不良的地质环境后果（如地下水交叉污染、地面沉降，地裂缝等），各地方水务主管部门还根据当地的水文地质条件有针对性的制定了管理措施，如北京市水务局2007年5月16日发布的《关于加强我市地下水热泵管理工作的通知》中对地下水热泵项目抽、灌距离，限制发展范围等提出了明确要求：
（1）地下水热泵系统抽灌含水层为第四系水，井深不得超过100m;
（2）抽灌井与建筑物距离不少于30m；抽灌井之间水平距离不少于50m，抽水井之间距离不少于100m;
（3）为防止不同含水层水体交换造成水污染，保证回灌效果，抽灌必须在同一含水层内进行；
（4）严禁在自来水水厂地下水源保护区范围内、地面沉降区、地下水严重超采区、承压含水层内批准建设地下水热泵系统；
（5）地下水热泵抽灌井的施工，应严格遵守国家有关规程规范，确保抽灌井质量。承担凿井施工的单位须应具有相应资质；
（6）新建地下水热泵系统抽灌水井应分别安装抽水和回灌计量装置。已建地下水热泵系统也必须限期安装计量设施；
（7）地下水热泵抽灌水量实行月统季报制度。地下水热泵系统使用单位每月末应书面报告当月的抽水量、回灌水量。
2）地源热泵
由于地源热泵无需开采地下水，对地质环境的影响远远低于地下水地源热泵，其潜在的地质风险、安全风险等也远远低于地下水地源热泵，但是地源热泵初投资略高于地下水热泵项目。因此，在2006年5月31日，由北京市发展改革委联合市水务局、国土局等九个委办局联合发文对采用地源热泵系统实现供暖和制冷项目按50元/m2的标准进行补贴，高于地下水地源热泵补贴（35元/m2）。
根据北京市国土资源局关于申报地源热泵项目的通知，项目建设单位需提交经专家审查通过的《地源热泵系统浅层地温能勘查评价报告》，报告主要内容为：序言：情况简介及任务的来源与要求说明；简要评述勘查区以往水文地质的工作程度及浅层地温利用的现状；叙述区域的地层分布情况、气候条件及水文特征；简述勘查工作的进程以及完成的工作量。地源热泵系统的初步设计方案；项目所在地水文地质条件论证；勘查工作情况；项目所在地的浅层地温能的评价：地层换热能力的测试情况；论述浅层地温能利用量计算的依据，计算评价浅层地温能；根据保护资源，合理开发的原则，提出相应的利用方式，简述其保证程度，并预测其可能的变化趋势，对浅层地温能资源进行综合的评估。结论及建议。
沈阳市发布的《关于地源热泵系统建设和应用工作的实施意见》中明显指出：地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，具有清洁、高效、节能的特点。推进地源热泵系统建设，有利于优化能源结构，促进能源互补，提高能源利用效率。要求在沈阳市三环内的455km2核心区范围内，对符合应用地下水热泵技术的409km2范围内的建筑物，原则上都要采用地下水热泵技术规划建设。
4.地源热泵相关的学术交流
近年来，有关地源热泵的学术流，也是逐步升温。从地热应用、热泵技术发展和清洁能源利用等多角度对地源热泵发展和应用的会议日益增多。
1978～2005年，中国制冷学会第二专业委员会主办过12届“全国余热制冷与热泵技术学术会议”。1988年中国科学院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。自20世纪90年代起，中国建筑学会暖通空调委员会、中国制冷学会主办全国暖通空调制冷学术年会上专门增设“热泵”专题交流。1994年9月6日中国能源研究会地热专业委员会在北京召开了“第四次全国地热能开发利用研讨会”。
2000年6月19～23日，国家科学技术部高新技术开发与产业化司在北京召开了“中美地源热泵技术交流会”，会议介绍了地源热泵技术、国外的应用状况和在中国的推广，会议的主题就是“提供运用地热泵技术为住宅小区或公用楼宇采暖制冷，大幅降温低运行费用的节能解决方案”。
2002年5月20日上午，国际能源机构（LEA）第七届会议在北京国际会议中心举行，这是该组织第一次在中国也是第一次在非组织成员国举行这样的会议，此次会议的目的是促进热泵技术在世界范围内特别是中国的交流和应用。居于国内行业领先地位的富尔达公司成为惟一赞助单位。
2003年3月17日，山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会联合在山东建筑工程学院举行“国际地源热泵新技术报告会”。
为了落实“科技奥运”、“绿色奥运”的理念，为奥运场馆建设提供可行的清洁能源建设方案，由北京工业大学和《工程建设与设计》杂志组织的体育场馆工程清洁能源建设方案研讨会于2004年7月6～8日在北京召开。此次会议邀请国内外专家就以地源热泵技术为主的体育场馆可能应用的清洁能源建设方案进行了研讨，为2008年奥运会体育场馆最终确定能源方案提供依据。北京奥组委、北京发改委、北京科委等有关单位，国内外学术界、设计界的权威以及28个奥运场馆业主代表、相关企业代表参加了会议。
2005年9月，国际地热协会第39次理事会在北京召开，出席会议的主席伦德先生和参会理事被邀请出席全国地热产业可持续发展学术研讨会。
2005年9月23日，由联合国开发计划署驻华代表处、科技部和国家环保总局共同举办的中国清洁能源行动推广会议在北京举行，来自国内40多个城市的市长、环保局长和其他代表出席了会议。会议旨在推广联合国开发计划署、科技部和国家环保总局共同设立的为期四年的名为“通过使用清洁能源和清洁能源技术减少城市空气污染的能力建设”的项目所取得的成绩和经验。
2007年1月27日，中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心成立，中心设在北京市地质矿产勘查开发局。该中心专门从事全国浅层地温能研究与推广工作。2007年1月29～30日，由国土资源部主办，北京市国土资源局、北京市地质矿产勘查开发局承办的在全国地热（浅层地热能）开发利用现场经验交流会上在北京友谊宾馆召开。来自全国400多位代表考察了示范工程，并就国内外浅层地温能资源勘查评价、开发利用情况、热泵利用现状及其发展前景、浅层地温能利用实例、政策及技术规程等进行了充分的交流，会议号召地质科技人员深入进行浅层地温能资源赋存、来源、运移规律等基础研究，为国家大规模科学合理的开发利用浅层地温能资源奠定坚实的基础。会议出版了《全国地热（浅层地热能）开发利用现场经验交流会论文集》。
2007年12月，由中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心组织的全国浅层地温能资源开发利用高级研修班在北京召开，众多在浅层地温能资源开发利用领域的专家学者从理论和实践两方面详细介绍了浅层地温能资源从勘查评价到开发利用的理论、核心技术和实践经验，会议鼓励科学合理的开发利用浅层地温能资源，为国家节能减排目标的实现做贡献。
在增加会议交流的同时，与地源热泵相关的出版物也不断面世。1988年由中国建筑工业出版社出版了徐邦裕教授等编写的《热泵》教材。机械工业出版社1993年出版了郁永章教授主编的《热泵原理与应用》，1997年出版了蒋能照教授主编的《空气用热泵技术及应用》。1994年由华中理工大学出版社出版了郑祖义的《热泵空调系统的设计与创新》。1998年出版了郑祖义博士的《热泵技术在空调中的应用》。
2001年由中国建筑科学研究院空调所徐伟等人翻译的《地源热泵工程技术指南》一书出版，为国内地源热泵工程设计和施工人员提供了参考。《地源热泵工程技术指南》原是由美国能源部、美国国防部、加拿大自然资源等七家单位支持，美国ASHRAE学会出版的地源热泵技术专业书，全书分为原理篇、设计篇、安装篇和节能篇。内容包括：介绍地源热泵系统的分类、工作原理、系统构成、与常规系统比较；如何进行现场地质调查和实验；地热换热器、地下水换热器及地表水换热器系统的设计；输配系统和室内空调系统的设计；地源热泵系统的安装、调试和检验；地源热泵系统的节能措施和节能设计计算，并提供了土壤和岩石的特性数据、防冻剂的特性数据以及塑料管和配件的特性数据。
2004年哈尔滨工业大学马最良教授等人写作的《水环热泵空调系统设计》出版，这是一部较全面阐述水环热泵空调系统应用理论基础与实践的专著。书中首次归纳出可再生能源水环热泵空调系统的称谓，这个概念的提出，将为水环热泵系统注入新的活力，使其系统的应用更加广泛、更加合理、更加经济。因此，这种可再生能源水环热泵系统将会有很好的应用前景，对解决暖通空调的能源与环境问题将有更长远的战略意义。
这些教材、著作、译著的出版，推动了热泵空调技术在我国的普及与推广。
与此同时，国内的科技期刊上有关地源热泵技术的论文也大幅增加。《暖通空调》、《制冷与空调》等杂志都开设专题进行研讨。《工程建设与设计》杂志为此出版了地源热泵专刊，同时开展了“国内地（水）源热泵应用情况调查”，2004年第4期据调查形成的《国内地源热泵应用情况调查报告》首次全面地展现了国内地源热泵应用的情况。《建设科技》杂志对际高集团有限公司、山东富尔达空调设备有限公司等单位的地源热泵技术给予多次报道。
戴传山
（天津大学地热研究培训中心）
一年一度的日本冷冻空调学会（JSRAE Annual Conference）于2002年11月在红叶满开的日本冈山大学举行。冈山大学工学部传热教研室是这次大会的组织者，作为该教研室即将毕业的博士留学生，我有幸协助组织并参加了这次大会。大会共宣读了173篇论文，其中18篇与地热有关，约占论文总数的10%，会议论文的内容主要包括：①对地源热泵发展的回顾；②相关的基础及软科学研究；③地下水式、桩式等地源热泵和空调系统；④利用地热进行道路融雪；⑤地源蓄冷及土壤冻结。
1 地源热泵的发展与回顾
在对世界及日本地源热泵发展的回顾中，北海道大学长野克则教授在引用J.W.Lund的数据同时对美国、欧洲和澳大利亚的地源热泵的发展现状及市场特点进行了分析。基于2000年的数据表明美国是地源热泵普及最多的国家，全国安装负荷量为480万千瓦，相当于安装12千瓦的机组40万台，约占世界总安装量的68%。其中垂直式井下热交换器是最多的一种形式，占46%；而水平式其次约占38%；开放式换热器并不多，只占15%。
尽管日本的电价是柴油价格的4～5倍，远高出瑞典的1.8倍，但瑞典的总安装负荷却是日本的近百倍，而且大部分的地源热泵系统是兼供热水式。在奥地利，2000年仅一年内安装的2000多台热泵当中有超过70%是以地源作为热源。在日本地源热泵受到重视是在1990年以后。主要是在四国岛及九州地区的空调和道路融雪等规模的利用。最近，日本国土资源省在其东北部成立了以环境产业研究所科技力量为中心的道路融雪项目计划，项目实施以来收到很好的效果。
日本作为经济实力第二的火山岛国，地热资源丰富，地热能的开发利用落后于许多欧洲国家甚至一些亚洲的其他发展中国家。这一事实引起日本国内许多学者和机构的注意。预计在今后几年里，日本可能在地热利用方面将有较大的投入。
2 相关的基础研究及软科学研究
如果把地源热泵的研究归结为简单的半无限大固体内的线源导热问题，最早的研究可以追溯到至少半个世纪以前。而实际上，地源热泵是涉及许多学科的复杂问题。其中难点之一是如何确定地表的边界条件。在这个问题上大阪大学的奥野博信等学者提出一个描述地表水，水蒸气及热量等平衡关系的数学及物理描述模型，并与实测结果有很好的吻合。在该模型中主要考虑了太阳的辐射、风速及环境空气的温度和湿度等参量。
另一个有趣的研究是利用国土资源数据进行关于地域性的地下水层蓄热和回收的研究论文。该论文以北海道札幌市为研究对象，利用有关札幌市内的地下、地上相关数据进行大都市的地下水层内采用蓄热和取热的技术可行性。这一研究成果可以宏观上了解蓄热和用热的区域分布，从而可以提供地源热泵的规模，并对控制大都市的热岛现象提出理论依据和对策。作者认为，严格地讲，这是一个比较复杂的动态模拟问题，也是一个必须有政府机关介入的课题。
3 地下水式、桩式等地源热泵和空调系统
由于地源热泵的众多优点，一些日本中小企业公司开始组织开发和研制地源热泵系统的工作，尽管起步较晚，但已显示出所具有的潜力。在本次会上由日本名古屋Zeneral热泵股份有限公司和东京JMC地热工程有限公司合作，在日本及我国东北长春市安装了共近90马力的地源热泵机组。见表1。
表1 Zeneral热泵股份有限公司安装的机组
A/C：空调，H/W：供热水。1HP＝0.7457kW。
在长春安装的50马力的机组是由5台10马力的机组构成，出于实验的考虑，地源换热器是16根100m长，直径和材料各异的管材。机组的COP为2.7～3.3，供热温度在40℃左右。折合计算平均换热器管长取热约30W/m。
桩基式地源热泵系统有兼热源或冷源和建筑固基的双重效果。福井大学工学部对yi该系统进行了数值模拟和实验研究，也是日本国在该领域中的首次尝试。对面积为3693m2，桩根数（井下换热器）为70根的数值模拟计算表明，供热负荷可达到437.9GJ。供冷负荷也可达到近300GJ。相当于每根地基桩有41.08MJ/日的供热负荷。COP值可达到3.60～4.14。空调系统如图1所示。在经济上，对50冷吨规模的初投资与空气源热泵系统的初投资比增加不到15%。桩基式总投资为1720万日元，而空气源式约为1515万日元。尽管实验进行的不很顺利，但通所获得的实验数据进行分析，得到的结果是与空气源空调系统相比，在制冷时节能效果可提高12.1%，而供热时约26.7%。
利用地源热泵进行道路的积雪清除是日本比较早的地热研究项目。在这一方面比较有名的研究学者是茨城产总研的盛田耕二先生。最近，私人企业公司的研究人员也开始介入，这也许和日本最近实行的道路民营化政策有关。在北方寒冷的地区，由于积雪而造成的交通事故很多，且往往主要出现在转向较急的地方（图2）。
因此在某些关键地方采用地源热泵融雪系统很有必要。为了提高冬天时运行的工作效率，在夏季可以采用同一系统收集道路上的太阳辐射热能，蓄热到地下（图3）。对加热能力为56千瓦的机组来说，可以对面积为332m2的道路进行融雪，相当于170W/m2。如果每根井下换热器的有效长度为151m的话，所需的根数和返回井下换热器的流体温度有关，温度越低所需的根数越少（图4）。
图1 桩基式地源热泵系统
图2 采用地源热泵进行道路融雪系统
图3 冬季融雪运行模式（上）和夏季蓄热模式
图4 井下换热器入口温度与换热器根数及COP的关系
4 地源蓄冷及土壤冻结
由于土壤内还有水分，在低温下可以发生相变凝固而蓄冷。发生相变的潜热量占总蓄冷量的比例较大，因此，在一定程度上含水量的多少决定了蓄冷的能力。大阪精研公司对体积含水率为0.6m3/m3土壤的蓄冷机理进行实验和理论研究。包括冷媒的入口温度，埋管的排列方式等。在一般情况下，热回收系数可以达到80%以上。根据模拟实验的结果可以进行实际应用例子的预测：冷负荷：9～105kJ/h；每米管长的回收热：630kJ/mh。那么所需的管群用地圆半径R，根数N及管长的预测值（表2）。
表2 管群范围半径及管长
冻土过程在大多数情况下对建筑物或道路是有害的。然而，采用适当的技术条件可以发挥其有益的一面。大阪摄南大学环境工学部伊藤A提出了利用冻土技术实现地基坚固强化的设想。在冻土层的周围添加抽水蒸气的排气管。外围放置的排气管可以抑制由于冻土过程中水蒸气向冻土层的不断凝聚，从而达到一个传质动态的平衡，而内部水蒸气排气管可以起到在施工即将完成自然融解时的部分排气。作者指出：这一方案也可适用于地下污染的处理，因为伴随着水蒸气的流动，污染物的浓度也随之聚集，达到回收清除的目的。文中尽管给出了传质和内部压力的变化情况，但未给出相变过程中传热过程的描述。
5 结论与讨论
本文总结了去年在日本冷冻空调大会上日本在地源热泵研究上的进展。虽然是部分反映日本国地源热泵的研究和利用情况，但一定程度上反映日本国内关于该领域的前沿方向。利用地源作为热泵的热源或冷源要比空气源有更多的优越性。作者把采用地（土壤）源的空调系统的主要优点总结如下：
（1）有稳定的运行条件。从空调机的热源稳定性条件看，垂直式井下换热器优于水平式。土壤埋式优于湖泊等开放式。一般空气源热泵在－15℃以下较难启动，而地源井下换热器的出口温度一般都高于这一温度。
（2）能够利用季节性的蓄热和蓄冷。
（3）与空气源热泵相比有较高的COP。
以上介绍了许多应用实例，给出了一些经验数据或设计模型。但作者提醒读者最好不要照搬套用这些数据。正如上面在相关的基础及软科学研究一节中所阐述的，作为基本应用和模拟条件之一的地表边界条件仍然有人在研究。合理的设计取决于对许多因素的考虑。设计者也不必望而却步，因为许多热或物质的传递过程在一定条件下都有其极限或限制，只要了解这一条件下所对应的限制，也就掌握了设计主动。这就是所谓的设计标准问题，在这一方面国内也急需论证和设立。
毕业设计(论文)是学生毕业前最后一个重要学习环节，是学习深化与升华的重要过程。它既是学生学习、研究与实践成果的全面总结，又是对学生素质与能力的一次全面检验，而且还是对学生的毕业资格及学位资格认证的重要依据。一、毕业设计（论文）资料的组成A．毕业设计(论文)任务书；B．毕业设计(论文)成绩评定书；C．毕业论文或毕业设计说明书（包括：封面、中外文摘要或设计总说明（包括关键词）、目录、正文、谢辞、参考文献、附录）；D．译文及原文复印件；E．图纸、软盘等。二、毕业设计(论文)资料的填写及有关资料的装订毕业设计(论文)统一使用学校印制的毕业设计(论文)资料袋、毕业设计(论文)任务书、毕业设计(论文)成绩评定书、毕业设计(论文)封面、稿纸（在教务处网上下载用，学校统一纸面格式，使用A4打印纸）。毕业设计(论文)资料按要求认真填写，字体要工整，卷面要整洁，手写一律用黑或蓝黑墨水；任务书由指导教师填写并签字，经院长（系主任）签字后发出。毕业论文或设计说明书要按顺序装订：封面、中外文摘要或设计总说明（包括关键词）、目录、正文、谢辞、参考文献、附录装订在一起，然后与毕业设计(论文)任务书、毕业设计(论文)成绩评定书、译文及原文复印件（订在一起）、工程图纸(按国家标准折叠装订)、软盘等一起放入填写好的资料袋内交指导教师查收，经审阅评定后归档。三、毕业设计说明书(论文)撰写的内容与要求一份完整的毕业设计(论文)应包括以下几个方面：1．标题标题应该简短、明确、有概括性。标题字数要适当，不宜超过20个字，如果有些细节必须放进标题，可以分成主标题和副标题。2．论文摘要或设计总说明论文摘要以浓缩的形式概括研究课题的内容，中文摘要在300字左右，外文摘要以250个左右实词为宜，关键词一般以3～5个为妥。设计总说明主要介绍设计任务来源、设计标准、设计原则及主要技术资料，中文字数要在1500～2000字以内，外文字数以1000个左右实词为宜，关键词一般以5个左右为妥。3．目录目录按三级标题编写（即：1……、1.1……、1.1.1……），要求标题层次清晰。目录中的标题应与正文中的标题一致，附录也应依次列入目录。4．正文毕业设计说明书(论文)正文包括绪论、正文主体与结论，其内容分别如下：绪论应说明本课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求；简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题；说明本课题的指导思想；阐述本课题应解决的主要问题，在文字量上要比摘要多。正文主体是对研究工作的详细表述，其内容包括：问题的提出，研究工作的基本前提、假设和条件；模型的建立，实验方案的拟定；基本概念和理论基础；设计计算的主要方法和内容；实验方法、内容及其分析；理论论证，理论在课题中的应用，课题得出的结果，以及对结果的讨论等。学生根据毕业设计(论文)课题的性质，一般仅涉及上述一部分内容。结论是对整个研究工作进行归纳和综合而得出的总结，对所得结果与已有结果的比较和课题尚存在的问题，以及进一步开展研究的见解与建议。结论要写得概括、简短。5．谢辞谢辞应以简短的文字对在课题研究和设计说明书（论文）撰写过程中曾直接给予帮助的人员（例如指导教师、答疑教师及其他人员）表示自己的谢意，这不仅是一种礼貌，也是对他人劳动的尊重，是治学者应有的思想作风。6．参考文献与附录参考文献是毕业设计(论文)不可缺少的组成部分，它反映毕业设计(论文)的取材来源、材料的广博程度和材料的可靠程度，也是作者对他人知识成果的承认和尊重。一份完整的参考文献可向读者提供一份有价值的信息资料。一般做毕业设计(论文)的参考文献不宜过多，但应列入主要的文献可10篇以上，其中外文文献在2篇以上。附录是对于一些不宜放在正文中，但有参考价值的内容，可编入毕业设计（论文）的附录中，例如公式的推演、编写的程序等；如果文章中引用的符号较多时，便于读者查阅，可以编写一个符号说明，注明符号代表的意义。一般附录的篇幅不宜过大，若附录篇幅超过正文，会让人产生头轻脚重的感觉。四、毕业设计(论文)要求我校毕业设计(论文)大致有设计类、理论研究类（理科）、实验研究类、计算机软件设计类、经济、管理及文科类、综合类等，具体要求如下：1．设计类（包括机械、建筑、土建工程等）：学生必须独立绘制完成一定数量的图纸，工程图除了用计算机绘图外必须要有1～2张（2号以上含2号图）是手工绘图；一份15000字以上的设计说明书（包括计算书、调研报告）；参考文献不低于10篇，其中外文文献要在2篇以上。2．理论研究类（理科）：对该类课题工科学生一般不提倡，各院系要慎重选题，除非题目确实有实际意义。该毕业设计报告或论文字数要在20000字以上；根据课题提出问题、分析问题，提出方案、并进行建模、仿真和设计计算等；参考文献不低于15篇，其中外文文献要在4篇以上。3．实验研究类：学生要独立完成一个完整的实验，取得足够的实验数据，实验要有探索性，而不是简单重复已有的工作；要完成15000字以上的论文，其包括文献综述，实验部分的讨论与结论等内容；参考文献不少于10篇，包括2篇以上外文文献。4．计算机软件类：学生要独立完成一个软件或较大软件中的一个模块，要有足够的工作量；要写出10000字以上的软件说明书和论文；毕业设计(论文)中如涉及到有关电路方面的内容时，必须完成调试工作，要有完整的测试结果和给出各种参数指标；当涉及到有关计算机软件方面的内容时，要进行计算机演示程序运行和给出运行结果。5．经济、管理及文科类：学生在教师的指导下完成开题报告；撰写一篇20000字以上的有一定水平的专题论文（外国语专业论文篇幅为5000个词以上。）；参考文献不少于10篇，包括1-2篇外文文献。6．综合类：综合类毕业设计(论文)要求至少包括以上三类内容，如有工程设计内容时，在图纸工作量上可酌情减少，完成10000字以上的论文，参考文献不少于10篇，包括2篇以上外文文献。每位学生在完成毕业设计(论文)的同时要求:(1)翻译2万外文印刷字符或译出5000汉字以上的有关技术资料或专业文献（外语专业学生翻译6000～8000字符的专业外文文献或写出10000字符的外文文献的中文读书报告），内容要尽量结合课题（译文连同原文单独装订成册）。(2)使用计算机进行绘图，或进行数据采集、数据处理、数据分析，或进行文献检索、论文编辑等。绘图是工程设计的基本训练，毕业设计中学生应用计算机绘图，但作为绘图基本训练可要求一定量的墨线和铅笔线图。毕业设计图纸应符合制图标准，学生应参照教务处2004年3月印制的《毕业设计制图规范》进行绘图。五、毕业设计(论文)的写作细则1．书写毕业设计(论文)要用学校规定的文稿纸书写或打印（手写时必须用黑或蓝墨水），文稿纸背面不得书写正文和图表，正文中的任何部分不得写到文稿纸边框以外，文稿纸不得随意接长或截短。汉字必须使用国家公布的规范字。2．标点符号毕业设计(论文)中的标点符号应按新闻出版署公布的"标点符号用法"使用。3．名词、名称科学技术名词术语尽量采用全国自然科学名词审定委员会公布的规范词或国家标准、部标准中规定的名称，尚未统一规定或叫法有争议的名称术语，可采用惯用的名称。使用外文缩写代替某一名词术语时，首次出现时应在括号内注明其含义。外国人名一般采用英文原名，按名前姓后的原则书写。一般很熟知的外国人名（如牛顿、达尔文、马克思等）可按通常标准译法写译名。4．量和单位量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100～GB3102-93，它是以国际单位制（SI）为基础的。非物理量的单位，如件、台、人、元等，可用汉字与符号构成组合形式的单位，例如件/台、元/km。5．数字毕业设计(论文)中的测量统计数据一律用阿拉伯数字，但在叙述不很大的数目时，一般不用阿拉伯数字，如"他发现两颗小行星"、"三力作用于一点"，不宜写成"他发现2颗小行星"、"3力作用于1点"。大约的数字可以用中文数字，也可以用阿拉伯数字，如"约一百五十人"，也可写成"约150人"。6．标题层次毕业设计(论文)的全部标题层次应有条不紊，整齐清晰。相同的层次应采用统一的表示体例，正文中各级标题下的内容应同各自的标题对应，不应有与标题无关的内容。章节编号方法应采用分级阿拉伯数字编号方法，第一级为"1"、"2"、"3"等，第二级为"2.1"、"2.2"、"2.3"等,第三级为"2.2.1"、"2.2.2"、"2.2.3"等，但分级阿拉伯数字的编号一般不超过四级，两级之间用下角圆点隔开，每一级的末尾不加标点。各层标题均单独占行书写。第一级标题居中书写；第二级标题序数顶格书写，后空一格接写标题，末尾不加标点；第三级和第四级标题均空两格书写序数，后空一格书写标题。第四级以下单独占行的标题顺序采用A.B.C.…和a.b.c.两层，标题均空两格书写序数，后空一格写标题。正文中对总项包括的分项采用⑴、⑵、⑶…单独序号，对分项中的小项采用①、②、③…的序号或数字加半括号，括号后不再加其他标点。7．注释毕业设计(论文)中有个别名词或情况需要解释时，可加注说明，注释可用页末注（将注文放在加注页的下端）或篇末注（将全部注文集中在文章末尾），而不可行中注（夹在正文中的注）。注释只限于写在注释符号出现的同页，不得隔页。8．公式公式应居中书写，公式的编号用圆括号括起放在公式右边行末，公式和编号之间不加虚线。9．表格每个表格应有表序和表题，表序和表题应写在表格上放正中，表序后空一格书写表题。表格允许下页接写，表题可省略，表头应重复写，并在右上方写"续表××"。10．插图毕业设计的插图必须精心制作，线条粗细要合适，图面要整洁美观。每幅插图应有图序和图题，图序和图题应放在图位下方居中处。图应在描图纸或在白纸上用墨线绘成，也可以用计算机绘图。11．参考文献参考文献一律放在文后，参考文献的书写格式要按国家标准GB7714－87规定。参考文献按文中出现的先后统一用阿拉伯数字进行自然编号，一般序码宜用方括号括起，不用园括号括起。
张新世
（中原石油勘探局勘察设计研究院）
论文摘要：本文介绍了地源热泵的概念及工作原理，随后详细地论述了地源热泵的特点，和地源热泵在我国发展的限制条件，并介绍了地源热泵在国内使用情况及发展前景，最后鲜明地指出地源热泵技术是目前对人类最友好最有效的供热供冷技术。
1 地源热泵的概念和工作原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水、土壤和地表水）即可供热又可供冷的高效节能空调系统。利用逆卡诺循环，通过输入少量高品位的电能，实现低品位热能向高品位热能转移。热泵一般有蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀四部分组成。
地源热泵的工作原理是：在夏季，热泵机组将建筑物中的热量取出，转移释放到地层中；在冬季，则从地层中提取热量，向建筑物供热。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。
2 地源热泵的特点
我们知道在地球表面以下一定深度的地温全年相对恒定，地源热泵利用浅层地热作为冷热源，这样就排除了环境因素的影响，与其它供热供冷系统相比，具有以下显著特点。
2.1 利用的是可再生能源
地源热泵在夏季吸收建筑物散发的热量并在浅层地下保存起来，一部分热量在冬季供建筑物的采暖，另一部分热量则直接散发到空气中。就全年来说，建筑物利用浅层地热的热量或冷量大体是相等的。所以说，地源热泵利用的是可再生能源。
2.2 高效节能
由于地源热泵的热源温度全年一般为10～22℃，冬季供热时，水体温度比环境温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。夏季制冷时，水体温度比环境温度低，冷却效果提高，机组效率也提高。水源热泵的制冷制热系数可达4.0以上，与传统的空气源热泵相比，高出40%左右，其运行费用仅为普通中央空调的50%～60%，与电热锅炉和电热膜供热相比，节约70%左右的电能。
2.3 环保效益显著
水源热泵运行时，需要的仅仅是水源水的热量或冷量，水质不发生任何变化，也不产生任何污染，不耗水、排烟，不产生灰尘，仅仅消耗少量的电能。
从耗电方面来说，节能就是环保。使用水源热泵导致的污染物排放，比空气源热泵减少40%，比电锅炉减少70%。虽然地源热泵也使用制冷剂，但比常规空调减少25%的冲灌量。地源热泵在工厂内整装密封完好，不会像分体空调那样安装时易产生泄漏。
2.4 一机多用
一套地源热泵就可以实现供热、供冷和生活热水供应。即用一套设备可以代替原来的锅炉加空调两套系统，所以一次性投资仅是传统供热制冷的50%～70%。特别是在夏季供冷时，可以利用热泵产生的费热，免费为用户提供生活热水。所以，地源热泵特别适用同时有供热供冷和生活热水供应的建筑。
2.5 节省土地资源
水源热泵除主机和循环水泵外，没有其它安装设备。与锅炉房相比，省去了水处理间、风机间、烟囱、煤场和渣土场，节约了土地资源。
2.6 运行稳定可靠、使用寿命长
由于地源热泵的水体温度稳定，与空气源热泵相比，免除了结霜和除霜的影响。热泵的运转部件少，基本上不需要维修，运行稳定可靠，使用寿命可达20年左右。
2.7 自动化程度高
地源热泵一般是全电脑控制，可根据外部负荷的变化，调整压缩机的工作数量，并设有压缩机超温保护、断水保护等多种保护措施，可实现无人值守。
3 地源热泵供热系统的组成
地源热泵工程一般有地源水系统，热泵机房和末端风机盘管散热系统三部分组成。根据地源换热系统的形式又分为开式环路系统和闭式环路系统。
开式环路系统是将水从水井（包括湖泊和河流）中抽出，送入热交换机组进行热交换，提取热量或冷量后的水再回灌到水井中。开式环路系统用水一般只进行简单的水处理，会引起换热器表面结垢。开式系统是目前地源热泵应用的主要形式。
闭式环路系统又分为立埋式环路系统和平埋式环路系统。它是通过埋在地下的聚乙烯管环路与土壤进行热交换。通常适合安装在别墅等场地较大的建筑物。
4 地源热泵的限制条件
地源热泵被专家们称之为目前可用的对人类最友好最有效的供热供冷形式，近几年在研究和应用上得到了迅速发展，但由于受到以下客观条件的限制，这项技术的应用尚不普遍。
4.1 宣传认识不足
地源热泵技术虽然受到热暖专家的推崇，但是要获得在工程中的普遍应用，需要各阶层领导特别是工程主管领导的认可。由于这项技术是近几年随着我国能源战略的调整才发展起来的，甚至部分热暖技术人员，也存在认识不足的现象。所以，要获得社会的认同还需要加大宣传力度。
4.2 政策力度不够
我国《节约能源法》中，对热电联产和集中供热技术鼓励和发展，而对综合能源利用率是其2倍的地源热泵技术，至今还没有鼓励发展的明确条文。
4.3 水源条件的限制
对于开式环路地源热泵系统是否有充足的水源，以及当地的地质土壤条件是否能保证尾水的回灌顺利实现是地源热泵应用的前提条件。一般来说，用于小区供暖时，建筑容积率要≤1。对于闭式系统，受当地地质条件是否适合埋管和是否有足够的场地埋管等环境条件的限制。
4.4 埋管系统换热计算理论不成熟
对于地源热泵机组和末端风机盘管散热系统目前技术已相当成熟。对开式系统，当地水利部门对水源情况也相当了解；而对埋管系统，目前土壤埋管换热计算理论还不成熟，设计落后于工程应用，这就使工程质量难以保证，并使该项技术的广泛应用受到限制。
4.5 受当地水利部门政策的限制
我国南方水源充足，而北方大部分地区水源缺乏，为保护有限的水资源，每个地方政府都制定了当地的水资源使用法规。虽然地源热泵系统并不消耗水也不污染地下水，但需要大量的水作热载体。有些地方部门对取水和回灌水进行双重收费，使地源热泵的节能效果不能够充分体现，这就限制了该项技术在这些地区的发展。
5 地源热泵的应用
5.1 国外应用情况
地源热泵在日、韩、美和中、北欧应用较为普遍。据1999年的统计，在住宅供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士96%，奥地利38%，丹麦27%。美国1998年地源热泵系统在新建筑中占30%，且以10%的速度稳步增长。其中最著名的地源热泵工程有肯塔基州刘易斯威尔的滨水区办公大楼，服务面积15.8×104m2，每月节省运行费用25000 美元。随着该项技术的应用发展，其组织的研究也迅速发展。据有关资料介绍，日本国研究出的高温水地源热泵，出水温度达到80～150℃，且其制热系数COP高达8.0。
5.2 国内应用情况
天津大学热能研究所的吕灿仁教授在1954年就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵机组。目前多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。
国内较早生产水源热泵的厂家有清华同方人工环境设备公司和山东海洋富尔达，产品都已系列化。目前热泵机组出水温度已达65℃，制冷系数COP可达6.7。目前国内较典型的用户有沈阳东北电力住宅小区，服务面积8×104m2；北京友谊医院服务面积7.1×104m2，全年节约采暖和供冷运行费用约9元/m2。
中原油田钻井三公司办公楼水源热泵示范工程是我局第一个地源热泵系统。选用钻井综合工程处与清华大学联合研制生产的ZYRB240 型热泵机组2台，服务面积6000m2。该项工程的成功实施必将为地源热泵在中原油田的推广应用起到有力的推动作用。
6 地源热泵的发展前景
6.1 符合政府有关部门的要求
地源热泵高效节能，环保效益好，符合我国的能源政策和环境保护政策，热泵技术的综合能源利用率约为120%～180%。所以国家把热、电、冷联产技术作为鼓励发展的通用节能技术促进了地源热泵技术的发展。
6.2 符合业主的利益
由于地源热泵即可供热，又可供冷。一套系统可以代替原来的两套系统，投资少。且地源热泵占地少，运行成本低，管理方便，这些都符合业主的根本利益。
6.3 符合用户的利益
地源热泵供热费用燃煤集中锅炉房供热费用的一半，夏季供冷费用约为冷水机组的60%，这就减少了用户供热供冷费用的支出，符合用户的切身利益。
6.4 适用地区范围广
冷水机组只能用于夏季供冷，风冷机组只适用于长江流域的供热供冷，而地源热泵除即无可利用地下水又不能埋管的极少数地区外，适用于其它绝大多数地区。
6.5 应用范围不断扩展
地源热泵不仅在建筑采暖和供冷方面得到迅速发展，目前在化工、食品、造纸、农业、冶金、木材干燥、制药等行业中也得到了｀广泛应用。据预测2000年这些行业应用地源热泵1200多台，且发展势头强劲。
综上所述，地源热泵技术以其独有的优点，近几年在国内得到迅速发展。随着我国能源结构政策的调整，我国以燃煤锅炉采暖和空气源热泵供冷的传统形式会被更加高效的地源热泵所取代。随着地源热泵技术的研究和发展，它比将成为21世纪最普遍最有效的供热供冷技术。
参考文献
［1］刘兴中.水源热泵系统介绍.2001
［2］吴展豪.地源热泵空调系统.2001
注：本文引至全国油区城镇地热开发利用经验交流会论文集，冶金工业出版社，2003