土壤源热泵设计大学毕业论文

老实说，个人感觉，这题目对绿色建筑的理解有点局限化。对於绿色低碳这个主题，你可以参考下《中国生态住宅技术评估手册》：“评估指标体系：1 总则；2 小区环境规划设计（100分）；3 能源与环境（100分）；4 室内环境质量（100分）；5 小区水环境（100分）；6 材料与资源（100分）。术语及参考文献。评估体系有关子项的评分标准及办法：1.“能源与环境”子项评分标准及办法；2.“室内空气质量”子项的评价方法。”《环境标志产品技术要求生态住宅（住区）[发布稿]》这两本是国内的。国外的嘛，你参考下《Leed 版 美国绿色建筑评估体系 》吧，对你整体了解是会有好处的。另，这篇发言可能对你也有一定的帮助：各位领导、女士们、先生们大家下午好，非常感谢在座的各位现在还在这里，我非常荣幸，能在这个时间给大家汇报的题目是高舒适度微能耗绿色建筑核心技术以及土壤热泵的设计方法，高舒适度可持续发展建筑技术是是后建筑流派的分支机构，他们的理论 强调建筑与生态环境的融合，是以节约能源和资源，减少污染为核心的设计理念，利用先进的维护结构和设备及工艺，致力于创造一种健康、舒适、节能的人工建筑环境。这是高技派的理论，高舒适度可持续发展的建筑技术，就是这个流派提出来以后逐渐的发展起来了，现在国内在国际上方兴未艾，在国内也有很多这种建筑这种建筑是符合我们国家的政策，节能是我们现在国家提到非常高的要求出来。 它的主要组成，高舒适度低能耗的建筑这个体系，本身建筑物的体系它是有三个系统组成，一个是优化的建筑外维护结构子系统，第二个是平面式空调子系统，第三个是置换新风及湿度系统，加上可持续发展的概念。一共有四个子系统组成，高舒适度可持续发展的建筑技术，他的目标是建立健康、舒适、节能的空间环境，他的关键技术是油画的建筑外维护结构与健康叔叔的平面空调系统的完美结合，也就是说一个建筑师和社会工程师的通力合作的结果，必须是这两方面的一个完美结合。其中少一个都不可以，高舒适度现在这种建筑它执行的标准现在主要是热环境标准和卫生环境标准，高舒适度是有标准的，热环境标准要符合ISO7730国际标准，卫生欢迎标准要符合世界卫生组织的WHO标准，这两个标准再加上国家的节能标准，就是高舒适度的标准齐全了。 热环境标准指标就是7730这个标准主要有这些，这些非常重要的一个是窗户的辐射温差要小于十度的，如果想做到这样，窗户边上，窗口附近的不舒适的辐射区要去掉。在高冷地区要上玻璃，减少玻璃辐射传热能力，因为玻璃是透明建筑结构的，他跟普通的墙体不一样，他是双热组成，他除了有导向散热以外，还可以玻璃得到热量以后，把这个热量变成电磁波的形式向外辐射，必须减少玻璃的辐射传播量，这个非常重要，WHO的世界卫生的环境指标就有这么多，大家可以查一下。整个高舒适度建筑的设计主要按这两个标准来做。 下面我讲第一部分，是优化的建筑外维护结构子系统，这个保温隔热设计重要的前提是准确的全年逐时负荷计算，根据这个结果设计、调整、优化为维护结构的形势和保温隔热的措施，以保证建筑环境的高舒适度和健康节能的特征，也就是符合上述的两个标准。整个保温隔热设计，这里面前面比较多的大家都介绍了我们国内的一些产品，我这里重点介绍它的关键是要做出它一年当中的这个建筑的逐时负荷，要知道他的每个小时内的负荷变化，这个轴是一天24小时，这个纵轴是说的负荷大小，整个横轴说的整个建筑12个月乘24小时这个指标，从这个指标我们看，建筑热的负荷很难形象的表达，这是我们用的德国的软件，可以作出例立体化，我们可以知道这个建筑物一年当中的负荷立体体型，还可以把每个房间都可做成这个图，对每个房间的热辐射都非常清楚，具体怎么做保温隔热，以上的厂家都介绍了，我就不重复了，我讲讲最关键的区域。 这是全年的冷负荷图，就是说整个的制冷过程当中，这个建筑物需要的量是这么一个图形，每天每个小时你都知道，全年的任何一个小时你都知道，我刚才说的，也可以是每个房间的。高舒适度建筑对保温隔热体系的要求有两条，一个是阻止透明维护结构形成的冷热辐射，就是我刚才说的玻璃，它必须是既要有阻挡向外传热的，还要阻挡玻璃透明体系的另一个热阻，像墙体只是导热的辐射，没有热辐射。再一个是建筑热能性指标，D值要大于5，这个也是非常重要的。 高舒适度我们讲第二部分，平面空调子系统，第一具有湿度调节的风管式中央换气系统，我们看世界卫生组织的标准上有要求对这个湿度调节的凤冠式的的中央换气系统，另一个要求传热介质的温度与室内问题应具有小温差传热的特征，也就是说这里面用的暖气片，我刚才说了是60度供水，室内如果是20度的话，他有40度的温差，但是他这个就要求有10度以内的温差。这个非常重要，否则很难形成高舒适度。大温差点热源是很难形成高舒适度的。 平面空调子系统是在房间顶棚上安装辐射换热管，形成平面空调的末端系统，统计通入32-28度，柔和的向房间辐射热量，这个符合小温差传热的特点，冬天是30多度，夏天是18度左右，他这个温差也很小。另外我们可以看，它非常节能，因为温差比非常小，它的特点就是温度和湿度可以独立控制，他的潜热负荷是由新风除湿机提供的。 第一代是混凝楼板买管式。第二代是金属吊顶班辐射式，第三代形式是毛细管辐射式。那么这个毛细管的工作原理是通上水，在冬季的时候有30度的水柔和的向房间输送热量，夏天输送18度的水向房间输送热量，非常的好，也没有噪声，所以满意度也是最好的，再一个是健康，它是独立的，带除湿新风系统，有效的提高空气品质。所以他非常的健康，还有一个节能，他的贡税温度夏季是16度，冬季是32度，如果用制冷机来做的话正好节能一半，这样什么都没有变，只是改成平面式的的空调。还有一个方便快捷，再就是节省建筑的空间。这是它的基本类型，这种高压型可以承受20公斤。他的安装方法就是在混凝土楼板上先喷上一层混凝土砂浆，然后用混凝土木块做上去就可以了，做法和装饰公司做顶棚一样。还可以做多墙体上，还可以做到石膏板上，还可以做金属吊顶上。在写字楼用非常高，可以提高这个写字楼的档次和舒适度。 那么毛细管的数用性适合在写字楼里面用，也可以在别墅里面用，在国外有一些高级酒店里也可以用，在法国、英国、德国都住过这样的酒店。他现在的价格也不高，如果节能达到65%的情况下，他落到建筑面积上每平方米只有70多块钱。比高级暖气片还便宜，他可以降低空间，特别是在写字楼里面做会降低房间建筑的面积要求。 第三部分是独立送新风经除湿处理后，以置换送风自方式送入空房间，用以保证房间的高空气品质。还有置换送风的方式，它地面送风。这种送风方式可以呼吸到。这是温度、湿度、独立控制系统的简单的介绍。新风经过处理以后，除湿送到房间，毛细管有机的结合是非常好的，他管房间的温度，他管房间的湿度，还有一个起保护作用在这里，假设新风机坏了，这个就可以发信号，它是保护的装置。所以这是非常保险的。 第四部分我想讲一下，高舒适度低嫩好的建筑按照上上述两个标准，整个设计出来，它一定是一个低能耗的，但是纯低耗的房子并不一定是高舒适度的房子，这是一个概念，他能使用的能源系统范围很广，也可以用常规的制冷机和燃气锅炉做能源，它如果可以做成循环可再生利用的能源系统的话，最后和土壤热泵技术联起来做，跟这个结合的话，比常规冷热源再节50%，也就是说我已经达到节能65%，剩下的35%我还可以节省50%。循环可再生利用的能源系统这是土壤热泵技术是典型的，它的主要特点是健康绿色的系统，高舒适度低能耗的系统加上高小节能的冷热圆可以满足人的高舒适度的健康要求，又节能、又省钱，大家把高舒适度低能耗的建筑，这里面的建筑小气候，通过新风及机处理，这的空气很好的，但是在院子里面有很多的氧化带，这个外面的空气质量不行了，那么使用土壤热泵可以既改变室内的控制品质，还可以改善小区内的空气品质。夏季同让热泵还可以直供，夏季可以直接利用土壤热泵系统的地下换热器直接供冷，而不需要开热泵机组，只需要开循环泵即可。我们在北京知道，每平方米在夏季是一块钱，主要是有了直供的状态。

节能环保之地源热泵简介： 地源热泵是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量"取"出来，供给室内采暖，此时地能为"热源"；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为"冷源"。具有高效节能、经济环保、安全可靠、可自动运行等优点。关键字：地源热泵 冷热源 能量利用系数1.热泵的定义及原理在我国《暖通空调术语标准（GB50155-92）》中，对“热泵”的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机”；在《新国际制冷词典（NewInternationalDictionaryofRefrigeration）》中，对“热泵”的解释是“以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统”。可见，热泵在本质上是与制冷机相同的，只是运行工况不同。其工作原理是，由电能驱动压缩机，使工质（如R22）循环运动反复发生物理相变过程，分别在蒸发器中气化吸热、在冷凝器中液化放热，使热量不断得到交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热（或制冷）功能。在此过程中，热泵的压缩机需要一定量的高位电能驱动，其蒸发器吸收的是低位热能，但热泵输出的热量是可利用的高位热能，在数量上是其所消耗的高位热能和所吸收低位热能的总和。热泵输出功率与输入功率之比称为热泵性能系数，即COP值（CoefficientofPerformance）。2.地（水）源热泵机组的工作原理是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。具有高效节能、经济环保、安全可靠、可自动运行等优点。3.地源热泵同空气源热泵相比，有什么优点地源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：（1）全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。（2）冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。（3）地源有较好的蓄能作用。4.地源热泵系统的分类及其各自的优缺点1)Groundwaterheatpumps,GWHPs地下水热泵系统，也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意必须符合下列条件：水质良好；水量丰富；回灌可靠；符合标准。2)(a)Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源热泵系统(b)Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源热泵系统。(a)和(b)两种方式都归属于Ground-coupleheatpumpsGCHPs（地下耦合热泵系统），也称埋管式土壤源热泵系统。还有另外一个术语叫Groundheatexchanger地下热交换器地源热泵系统。这一闭式系统方式，通过中间介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。3)Surface-waterheatpumps,SWHPs地表水热泵系统。通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源。归属于水源热泵方式。其优点有：在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖水可做热源，其缺点有：在浅水湖中，盘管容易被破坏，由于水温变化较大，会降低机组的效率。4）Standingcolumnwellheatpumps,SCW单井换热热井，也就是单管型垂直埋管地源热泵，在国外常称为"热井"。这种方式下，在地下水位以上用钢套作为护套，直径和孔径一致；地下水位以下为自然孔洞，不加任何固井设施。热泵机组出水直接在孔洞上部进入，其中一部分在地下水位以下进入周边岩土换热，其余部分在边壁处与岩土换热。换热后的流体在孔洞底部通过埋至底部的回水管被抽取作为热泵机组供水。这一方式主要应用于岩石地层，典型孔径为150mm，孔深450m。该系统适用于岩石地质地区，该地区岩石钻孔费用高，而与岩石直接换热，大大提高换热效率，节省钻孔、埋管费用。须得注意分析具体地质情况，做好隔热、封闭、过滤、实际换热量测算等具体工作。5)锅炉/冷却塔与地下埋管相结合的混合型地源热泵系统：适用于空间小，不能单独采用地下埋管换热系统的建筑或内外分区冬季有大量可利用的排热的建筑物，冷却塔和闭环式系统相结合制冷，节省成本；事实证明该系统是高效率、低费用的。它的补充热源有水地源、太阳能、电锅炉、城市热网……，额外排热由冷却塔或水地源来解决。其系统的设计需要详细计算各季节的散热与排热及总的中和后的散热或排热量来选择热源和冷却塔。下面是有关水源热泵行业的一个小的调查报告：一、目前国内市场上销售的水源热泵的生产企业，其中包括国内及国外生产企业国内：山东富尔达、清华同方、山东宏力、烟台荏原、泰豪科技、烟台光大、烟台蓝德、青岛澳柯玛、大连奥德、大连葆光、广州威尔、北京清源、杭州西亚特、苏州TRANE、深圳MACQUAY。。。美国水源热泵的制造厂商有著名的公司有AddisonProductsCompany、AdvancedGeothermalTechnology、CarrierCorporation、ClimateMasterInc.、EconarEnergySystemsCorporation、FHPManufacturing、MammothInc.、TheTraneCompany、WaterFurnaceInternational等公司。二、2004年全国水源热泵机组的市场总容量，其中包括国内企业销售量及国内进口量2004市场总容量：3--5亿，富尔达、同方过亿，其它都在几千万－－几百万三、国内外主要生产企业在国内的代表性工程简介（可以看各家的网站）四、水源热泵机组产品的市场分布情况，主要销售城市及销售数量主要产地：山东、北京及周边、广东主要销售地：东北、河南、西北五、水源热泵机组设备部分的机组形式及主要参数值；机组形式：国内产品以水－水系统、大机组为主；国外产品以水－空气系统，小产品为主。1、目前以螺杆式压缩机机＋壳管式换热器为主；2、部分企业以涡旋式压缩机＋板式换热器或套管式换热器的模块式机组为主；3、很少有企业用最早的活塞式压缩机做机组了机组大小：以50KW--2000KW为主要产品。六、国内外水源热泵的技术发展状况，包括地上的设备部分及地下水源部分机组发展目标：自动化、远程监视控制化、满液式蒸发器的应用、系统优化提高COP值；地源部分：水井形式的回灌问题、埋管形式的换热器的计算问题，混合式系统（如水环热泵系统）的精准计算匹配问题七、国内外水源热泵的相关标准美国：ARI320-98,WATERSOURCEHEATPUMP;ARI325-98,GroundWater-SourceHeatPumps;ARI330-98,Ground-SourceClosed-LoopHeatPumps,1998;ARI110-97,Air-ConditioningandRefrigeratingEquipmentNameplateVoltages;ASHRAE37-1988,MethodsofTestingUnitaryAir-ConditioningandHeatPumpEquipment;国内：GB/T19409-2003水源热泵机组；GB/T10870—2001容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法GB/—2001蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组GB/—2001蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组户用和类似用途的冷水（热泵）机组JB/T7227—1994复合热源热泵型螺杆式冷水机组GB/T10870-2001:《容积式和离心式冷水(热泵)机组性能试验方法》地源热泵供暖空调技术规程－－－建研院空调所正在编制行业标准；八、政府对水源热泵技术推广的相关政策目前政府政策模糊，与水资源缺乏政策有些抵触，在水资源较好地区容易推广，比如：东北3省、内蒙、河南、北京、天津、山东西南部...九、影响水源热泵发展的相关因素等等1、政府的地下水政策；2、众厂家对回灌技术的重视程度；3、向矿山、江河湖海等地表水的推广；地下水源热泵与其他几种常用供热方式能量利用系数比较热泵虽然有大于1的制热系数，但是仅以此来判断供热的经济性还是不够的。在将电动热泵供暖和其他供暖方式比较时，还应考虑另一个经济指标——能量利用系数E。能源利用系数E的定义为，供热量与消耗的初级能源之比【4】。它除反映了制热系数的高低外，还考虑到热泵利用一次能源（燃料）的效率，它包括发电效率和输电效率。表3几种供热方式的最大能量利用系数比较【5】供暖方式计算条件E电加热热网效率，电厂供电效率集中锅炉锅炉效率，热网效率空气源热泵电厂供电效率，热网效率，热泵火用效率，热泵制热系数为水源热泵供电效率，热网效率，热泵火用效率，15℃地下水为热源，热泵制热系数为由表3可以看出，在表中所列的几种供热方式中，水源热泵的最大能量利用系数最高，达，由此可以看出水源热泵供热方式最节能且最为经济。仅供参考，请自借鉴。希望对您有帮助。

一、国外研究利用现状与发展趋势

1.早期发展阶段

浅层地热能的研究与开发利用是随着热泵技术的研究与开发而兴起的。早在186年前（1824年）法国物理学家卡诺奠定了热泵理论基础。之后英国的物理学家焦耳论证了改变气体的压力引起温度变化的原理。英国勋爵汤姆逊教授首先提出了“热量倍增器”可以供暖的设想。1912年，瑞士苏黎世已成功安装了一套以河水作为低品位热源的热泵设备用于供暖，并以此申报专利，这就是早期的水源热泵系统，也是世界上第一个水源热泵系统。

在此之后的几十年，地源热泵基本处于实验研究阶段，并先后有地表水源热泵、地下水源热泵及土壤源热泵系统的问世与发展。20世纪30年代地表水源热泵系统问世，是地源热泵中最早使用的热泵系统形式之一。欧洲第一台较大的热泵装置是1938～1939年间在瑞士苏黎世市政大厅投入运行的，它以河水作为热源，供热能力175k W；20世纪40～50年代，瑞士、英国早期使用的地表水源热泵地下水源热泵系统除了用于建筑物采暖外，还用于游泳池加热和人造丝厂工艺加热和鞋厂空调等。随后欧洲其他一些国家也开始安装地表水源热泵系统，热泵系统的供热量不断增大，性能系数也有很大提高。

地下水源热泵也诞生于20世纪30年代，到1940年美国已安装了15台大型商用热泵，其中大部分是以井水为热源。1937年，日本在大型办公楼内安装了2台194k W 压缩机带有蓄热箱的地下水热泵系统，其性能系数达。至20世纪40～50年代，美国应用的主要是地下水地源热泵。

1941年，第二次世界大战爆发后，影响和中断了空调供暖用热泵技术的研究和发展。二战结束后，热泵技术研究及应用逐步恢复，至1950年美国已有20个厂商和10余所大学研究单位从事热泵开发研究，在当时拥有的600台热泵中，50%用于房屋供暖。地埋管式地源热泵技术初始于美国和英国。1950年前后，两国开始使用地埋管吸收地热作为热源为家用房屋供暖的小型土壤热泵。1952年，美国约出厂1000套热泵，1954年出厂约2000套热泵。由于地源热泵的日趋成熟，有力地促进了浅层地热能的广泛应用。

1957年，美国军用基地住房大量采用热泵供暖代替燃气供热方案，热泵产量达2万套，1963年年产量增加到万套。至20世纪60年代初，美国安装的热泵机组已达近8万台。但当时压缩机质量尚不过关，设备费用高而影响了热泵供暖技术的推广，开始处于停顿状态。

到1964年，热泵可靠性的问题已成为一个十分严峻的问题。60年代电价持续下降，使得电加热器的应用不断增加，限制了热泵的发展。

2.迅速发展阶段

20世纪70年代，世界石油危机的出现，又引起人们对地下水源热泵的关注与兴趣，又开始大量安装与使用地下水源热泵，热泵工业进入了黄金时期。这一时期，世界各国对热泵的研究工作都十分重视，诸如国际能源机构和欧洲共同体都制定了大型热泵发展计划，热泵新技术层出不穷，热泵的用途也在不断地开拓，并广泛应用于空调和工业领域，在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用。

热泵真正意义的商业应用也只有近20年的历史。20世纪90年代后，随着环保要求的进一步提高，美国地下水源热泵系统的应用一直呈上升趋势。美国能源信息部的调查表明：美国地下水源热泵的生产量从1994年的5924台上升到1997年的9724台。再如美国，截止到1985年全国共有万台地源热泵，而1997年就安装了万台，到目前为止已安装了40万台，而且每年以10%的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%，其中在新建筑中占30%。目前，每年大约有5万套地源热泵在安装，其中开式系统占5%。美国热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入1亿美元从事开发、研究和推广工作。

欧洲一些国家由于采取积极的促进政策（包括财政补贴、减税、优惠电价和广告宣传等），热泵市场得到快速发展。1997年，欧洲发展基金会重新提出热泵发展计划。到2000年，欧洲用于供热、热水供应的热泵总数约为万台，其中地下水源热泵约占。与美国的热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅部地热资源，地下土壤埋盘管的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，在家用的供热装置中地源热泵所占比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。

3.发展趋势

近年来，各国浅层地热能的开发利用规模和发展速度都在快速增长。美国和加拿大一些大学和研究机构，对于土壤源热泵进行了较深入的试验研究，取得了一些重要数据。美国能源部（DOE）、美国环保局（EPA）及爱迪生电器学会（EEI）、国家农业电力合作公司等财团组成一家政府参与的工业设施国际集团，推广热泵供暖系统。目前从国外发展趋势看，开发利用浅层地热能，将是地热资源开发利用的主流和方向。

浅层地热能是宝贵的新型能源。与风能、太阳能等非人力控制的自然资源相比，浅层地热能是一种在开采利用时间上，可人为控制使用的可再生能源，是集热、矿、水为一体，具有洁净、廉价、用途广泛的新能源。开发利用浅层地热能可以降低常规能源消耗，减少环境污染，尤其是大气污染，又可以在发展某些相关产业经济与提高人们生活质量方面发挥作用，具有显著的商业价值。因此，引起了各国对其开发利用的重视。特别是1973年世界能源危机以来，浅层地热能的勘查与开发利用正在迅速向深度和广度发展。

4.地下水热运移数值模拟研究进展

地下水源热泵运行后，回灌井注入含水层的冷热能会在对流和热传导的作用下向抽水井运移，从而对地下水温度场产生影响，因此有必要对地下水热运移过程进行深入研究。数值模拟方法以其高效性、便捷性和灵活性等众多优势，逐渐成为研究这一问题的有效工具。鉴于此，本节对国内外地下水热运移数值模拟研究进展进行回顾，为本专题的后续研究提供基础和参考。

从20世纪70年代末开始，国外提出了许多描述含水层中热量运移的数学模型.Mercer等（1985）、Crawford等（1982）以及Mirza等对含水层储能的一些模拟技术进行了讨论。1985年.和等统计了当时已有的21个热运移数学模型，所有这些模型均只考虑对流和热传导作用，忽略了自然对流对热运移的影响，除了两个是三维水流耦合模型外，其余均为一维和二维的。Tsang等（1981）和Sykes等（1982）曾先后利用有限差数值模拟方法，对Auburn大学第二期地下含水层储能野外试验中水和热量运移规律进行了模拟研究，模拟结果与试验观测结果基本吻合。Buscheck等（1983）利用Aubum大学储能试验前两个周期的资料进行了二维数值模拟，并在模拟过程中考虑了自然对流的影响。Rouve等（1988）应用有限元模拟方法对德国Stuttgart大学的人工含水层季节性储能试验进行了二维数值模拟，并对含水层中各填充亚层的渗透性空间组合进行了优化。Molson等（1992）利用加拿大Ontario武装基地潜水含水层储能试验数据，对该试验过程进行了三维有限元模拟，其中考虑了自然对流影响和密度随温度的变化，该模型相对比较完整，但是试验条件比较简单，且连续性方程不尽完善。Forkeli等（1995）利用二维轴对称模型和三维有限元模型对人工含水层储能系统的储能效果进行了模拟研究，并通过对比模拟确定了效果最佳的人工储能系统。Travi等（1996）建立了二维非稳定流模型，通过数值计算给出了一个含水层剖面上温度的变化。Chevalier等（1999）应用随机游离法对多孔介质含水层储能进行了模拟研究，发现区域地下水的流动能够加速所储热能向下游含水层中扩散，从而降低所储热能的回采率。Nagano（2002）通过实验室试验和有限差分数值模拟研究得出，如果储热过程中回灌水的温度较高（>；50℃），含水层中将很可能发生自然对流现象，从而使得利用含水层储能的热回收率将受到较大影响。Chounet等（1999）利用混合有限元法对土壤中水流和热量运移进行模拟，提高了模拟精度，但所用模型是一个剖面的二维模型。

国内对地热数值模拟研究始于20世纪80年代后期，张菊明等（1982）用有限元法模拟了二维地热运移问题，并给出了有限元程序。李竞生等李竞生，王广才 1989.平顶山八矿热水补给来源及条件方式.煤炭科学研究总院西安分院科研报告.对平顶山地温场分别建立了二维和三维温度场数学模型，并采用有限元法求解，但是此模型仅是一个稳定的模型，并没有对水流场的变化规律进行研究。薛禹群等（1987）对上海储能试验建立了三维数学模型，且考虑了热机械弥散，但水流模型是一个稳定模型，用简单的解析表达式代替水流模型，没有考虑水密度随温度的变化和水动力黏滞系数随温度的变化。张菊明（1994）建立了三维地温场数学模型并提出了有限元解法，但没有考虑水流方程。胡柏耿胡柏耿.1995.地热田中的传热传质研究.北京：清华大学博士学位论文.采用二维双孔隙介质模型模拟了地热田中传热和传质过程，并分别模拟了西藏那曲地热田和羊八井地热田的热质运移规律。任理等（1998）用交替方向有限差分法研究了土壤二维水热运移规律。何满潮等（2002）首先研究了地下热水回灌过程中渗透系数变化规律，然后针对单井、对井回灌过程中渗流场的动态变化建立了地热回灌渗流场数学模型，推导了渗透系数恒定与变化不同条件下的单井、对井回灌的理论公式。

国内外专家对于专门针对水源热泵的地下水热运移也进行了一定的模拟研究。Gringarten等（1975）对地下水均匀流动条件下的含水层热能采集进行了理论研究。通过对边界条件的简化和进行适当的条件假设，建立了对井系统的热传递数学模型，并利用该模型对不同给定条件下的热突破事件进行了定量评价，为法国的对井采能系统的合理布局设计提供了有效的指导。为了定量评价目标含水层系统中热量的运移特征，从而指导采能系统的设计，Wiberg应用有限单元法，对单纯的热传导和传导－对流并存两种不同假设条件下，理想含水层系统中地温场的分布特征进行了对比模拟研究。根据美国威斯康星州的供暖和制冷负荷要求，Andrews（1978）应用二维有限元模型，定量评价预测了水源热泵利用对地下温度场的影响。模拟结果表明，与区域地下水处于静止状态的情况相比，当区域地下水以一定的速度流动时，冬灌井周围的温度降幅相对较小，而影响半径有所增加，并且温度扰动带沿水流方向发生一定的偏移。Rahman（1984）通过对含水层条件进行假设，建立了对井回灌系统的模拟模型，并对不同的回灌量、含水层厚度、初始储层温度和井距影响条件分别进行了定量模拟研究。研究结果表明，除回灌量和井对之间的距离外，含水层厚度对热突破的时间影响比较显著；而含水层的储水率和渗透系数对热突破事件的影响并不显著。为了确定开采井群和回灌井群之间的合理布局，Paksoy（2000）应用CONFLOW程序，对含水层采能过程中热锋面的运移特征进行了定量模拟研究。通过限定开采井和回灌井的水位变幅，同时确保不出现热突破，最终确定上述约束条件下开采井群和回灌井群之间的最小距离。Tenma建立了一个理想的对井模型，利用FEHM软件对不同的开采与回灌量、水井滤管长度与位置和运行周期情况进行定量对比模拟。研究结果表明，前两个因素是控制模型温度变化幅度的主要影响因素。在国内，辛长征等（2002）利用美国地质调查局编写的HST3D程序，对一典型双井承压含水层的速度场和温度场进行了全年运行模拟，由于程序的限制，模拟时采用全年固定流量和固定温度的办法。周建伟等（2008）利用基于HST3D的Flowheat程序对武汉市某地下水源热泵系统进行了模拟，并对布井方式和抽灌组合的合理性进行了分析。张昆峰等（1998）模拟了大口径井水源热泵的冬季运行工作情况，结果表明，大口径井中的井水流动为均匀下降。

二、国内研究现状及发展趋势

1.早期热泵的应用与起步阶段（1949～1966年）

相对于世界热泵的发展，我国热泵的研究工作起步约晚20～30年左右。20世纪50年代天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1956年吕教授的《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功国内第一台地下水热泵空调机组；1966年天津大学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；重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。清华大学、天津大学分别与有关企业结成产学研联合体，开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成多个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣。

我国早期热泵经历了17年的发展历程，度过一段漫长的起步发展阶段。其特点可归纳为：①对新中国而言，起步较早，起点高，某些研究具有世界先进水平；②由于受当时工业基础薄弱，能源结构与价格的特殊性等因素的影响，热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢；③在学习外国基础上走创新之路，为我国今后热泵研究工作的开展指明了方向。

2.热泵应用与发展的停滞期（1966～1977年）

这一时期正处于“十年动乱”期间，在此期间热泵的应用与发展基本处于停滞状态。该期间没有一篇有关热泵方面的学术论文发表和正式出版过有关热泵的译作和著作等；国内没有举办过一次有关热泵的学术研讨会，也没有派人参加过任何一次国际热泵学术会议，与世隔绝10余年。只有原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕、吴元炜领导的科研小组在1966～1969年期间，坚持了LHR20热泵机组的研制收尾工作，于1969年通过技术鉴定，这是在“文革”时期全国唯一的一项热泵科研工作。而后，哈尔滨空调机厂开始小批量生产，首台机组安装在黑龙江省安达市总机修厂精加工车间，现场实测的运行效果完全达到（20±1）℃，（60±10）%的恒温恒湿的要求.这是我国第一例以热泵机组实现的恒温恒湿工程。

3.热泵应用发展的复苏与兴旺期（1978～1999年）

1978～1988年，我国热泵应用与发展进入全面复苏阶段。在此期间，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历程。在我国应用的热泵形式开始多样化，有空气－空气热泵、有空气－水热泵、水－空气热泵和水－水热泵等。在此期间国内已有国有、民营、独资、合资等不少于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，且水源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，2万台地下水源热泵在运行。20世纪90年代初开始大量生产空气源热泵冷热水机组，90年代中期开发出地下水热泵冷热水机组，90年代末又开始出现污水源热泵系统。土壤耦合热泵的研究已成为国内暖通空调界的热门研究课题。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。

1978～1999年，中国制冷学会第二专业委员会主办过9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、中国制冷学会在其主办的全国暖通空调制冷学术年会上专门增设“热泵”专题交流。

1988年，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《空调用热泵技术及应用》，1998年出版了郑祖义博士著的《热泵技术在空调中的应用》；1994年华中理工大学出版社出版了郑祖义著《热泵空调系统的设计与创新》。1989～1999年，正式发表有关热泵方面论文270篇，热泵专利总数161项，而发明专利为77项。这些教材、著作、译著和论文的出版，专利技术的应用，推动了热泵技术在我国的普及与推广。

4.热泵技术的飞速发展时期

进入21世纪后，由于城市化进程的加快，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，应用范围越来越广泛，热泵的发展十分迅速，热泵技术的研究不断创新。热泵的应用、研究空前活跃，硕果累累。2000～2003年，专利总数287项，是1989～1999年专利平均数的倍。2000～2003年间发明专利共119项，是1989～1999年发明专利平均数的倍。2000～2003年，热泵文献数量剧增，如2003年文献数是1999年文献数的5倍。全国各省市几乎都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项世界领先的创新性成果问世，包括：同井回灌热泵系统，土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统，供寒冷地区应用的双级耦合热泵系统。

5.地源热泵的应用与研究

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。如北京工业大学对深层地热水进行了研究，并设计了若干垂直埋管和水平埋管的土壤源热泵试验系统；哈尔滨工业大学的水环热泵空调系统应用基础的研究与评价，土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统的数值模拟与实验研究，土壤源热泵系统中地埋管的热渗耦合理论与关键技术研究；湖南大学建设了水平埋管土壤源热泵系统等。另外，青岛建筑工程学院、山东建筑工程学院、上海同济大学、天津商学院、重庆建筑大学等大学也进行了该方面的研究。近年来国内数所高等院校开展了土壤源热泵系统和水源热泵系统的试验研究，并取得了一些重要成果。

目前，我国浅层地热能的开发利用研究发展很快，经过近二十几年的研究和开发，热泵技术在我国已取得了很大进步，尤其是地源热泵技术发展迅速。已经初步建立了各类地下水源热泵系统的水源井施工技术和技术要求，井群设计和计算方法、水质评价和处理方法及环境评价方法等。

截止到2008年10月底，我国浅层地能应用面积超过1×108m2（《地源热泵》杂志2009年5月刊）。已遍及北京、上海、天津、河北、河南、山西、辽宁、四川、湖南、西藏、新疆等地。应用的建筑类型包括宾馆、住宅、商场、写字楼、学校、体育场（馆）、医院、展览馆、军队营房、别墅和厂房等，应用前景广阔。

6.浅层地热能的开发利用与发展趋势

浅层地热能的开发利用涉及城市能源结构、环境保护和提高人民生活质量的重大课题。特别是浅层地下水源热泵和土壤源热泵的可再生能量采集系统是解决上述重大课题的关键，其能量采集基本不受使用地域和四季气候的影响。浅层地热能作为建筑物的冷热源初始采集更具有推广价值。

浅层地热能的开发利用不仅受到学术界和企业界的关注，政府也更加重视。《中华人民共和国可再生能源法》明确指出：国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展列为科技发展与高技术发展的优先领域。国家财政支持可再生能源的资源调查、评价和相关信息系统建设。该法的实施为浅层地热能的调查、评价和开发提供了强有力的依据和保障。国土资源部、中国地质调查局等部门多次召开浅层地热能勘查开发经验交流会、技术研讨会，并编制出台浅层地热能勘查评价规范，做到了浅层地热能勘查开发有标准可依。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，实现节能减排目标，国家从中央财政安排专项资金用于支持可再生能源建筑应用示范和推广，财政部、建设部已批准下达3批包括浅层地热能利用的可再生能源建筑应用示范推广项目。各地也相继出台支持开发利用浅层地热能项目。如2006年5月31日，由北京市发改委联合市水利局、国土局等9个委办局联合发文对采用地下水源热泵系统实现供暖和制冷项目按每平方米35元的标准进行补贴，对采用地源热泵系统实现供暖和制冷项目按每平方米50元的标准进行补贴；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源热泵技术规划研究。

进入21世纪，伴随中国经济的迅速发展，人们对生活品质和舒适性要求的不断提高，城市能源结构的改变，建筑市场的巨大，为浅层地热能开发利用技术的推广创造了前所未有的机遇。国内在热泵理论研究、试验研究、产品开发和工程项目的应用诸方面都取得了可喜的成果。

目前，我国已经建立了比较完善的开发利用浅层地热能的工程技术、机械设备、监测和控制系统，但回灌技术中的水质控制和回灌对储层及用水管的影响评价，堵塞井的处理技术，对井群采灌系统温度场、化学场和压力场的模拟计算方法，参数采集方法等尚在研究之中。