地源熱泵技術(shù)、應(yīng)用問題

（應(yīng)用前景、制約條件、技術(shù)動(dòng)態(tài)）

地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)

地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)是地源熱泵系統(tǒng)有別于其他系統(tǒng)之所在。地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)是否合理直接影響到熱泵的性能和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

（1）確定地下?lián)Q熱器埋管形式：地下?lián)Q熱器的埋管主要有兩種形式,即豎直埋管和水平埋管。選擇哪種方式主要取決于場(chǎng)地大小、當(dāng)?shù)貛r土類型及挖掘成本。在各種豎直埋管換熱器中,目前應(yīng)用最為廣泛的是單U形管。

（2）確定管路的連接方式：地下?lián)Q熱器管路連接有串聯(lián)方式與并聯(lián)方式兩種。采用何種方式,主要取決于安裝成本與運(yùn)行費(fèi)。對(duì)豎直埋管系統(tǒng),并聯(lián)方式的初投資及運(yùn)行費(fèi)均較經(jīng)濟(jì)。且為保持各環(huán)路之間的水力平衡,常采用同程式系統(tǒng)。

（4）地下?lián)Q熱器的尺寸確定及布置：

①確定地下?lián)Q熱器換熱量

夏季與冬季地下?lián)Q熱器的換熱量可分別根據(jù)以下計(jì)算式確定：

（1）

（2）

式中Q0為熱泵機(jī)組制冷量,Qk為熱泵機(jī)組制熱量,COP1,COP2分別為熱泵機(jī)組制冷、制熱時(shí)的性能系數(shù)。地源熱泵系統(tǒng)COP在3.5～4.4之間。

②確定地下?lián)Q熱器長度

地下?lián)Q熱器的長度與地質(zhì)、地溫參數(shù)及進(jìn)入熱泵機(jī)組的水溫有關(guān)。在缺乏具體數(shù)據(jù)時(shí),可依據(jù)國內(nèi)外實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),按每m管長換熱量35～55W來確定地下?lián)Q熱器所需長度。

③確定地下?lián)Q熱器鉆孔數(shù)及孔深等參數(shù)

豎埋管管徑確定后,可根據(jù)（3）式來確定鉆孔數(shù):

（3）

式中n為鉆孔數(shù)W為機(jī)組水流量,L/v為豎埋管管內(nèi)流速,m/s,di為豎埋管管內(nèi)徑,mm。

各孔中心間距一般取4.5m左右。對(duì)豎直單U形管,埋管深度一般為40～90m,孔深h可根據(jù)式(4)確定:

（4）

④地下?lián)Q熱器阻力計(jì)算：

地下?lián)Q熱器阻力包括沿程阻力和局部阻力。

⑤地下?lián)Q熱器環(huán)路水泵選型

⑥地下?lián)Q熱器水管承壓能力校核

地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行性能與地下埋管的設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量有密切關(guān)系,因此要提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)能力,并不斷完善地下?lián)Q熱器的安裝、施工技術(shù)。

地源熱泵的大力推廣需要政府的政策引導(dǎo)及公眾對(duì)地源熱泵技術(shù)的更多了解,相信通過政府部門、科研機(jī)構(gòu)和工程技術(shù)人員的共同努力,地源熱泵一定能在我國得到較快的推廣和發(fā)展。

地源熱泵技術(shù)（GSHP）

與太陽能或地?zé)崮芤粯?，地表熱能?chǔ)量十分豐富；而且地表熱能不受時(shí)間、季節(jié)、地域的限制，分布面廣而且相對(duì)均勻，更具有可再生性。地源熱泵技術(shù)就是地表熱能利用開發(fā)的最典型的例子。它利用地球表面淺層土壤或水源中的地?zé)崮茏鳛槔錈嵩?，冬季通過熱泵機(jī)組將地?zé)崮軅鬟f轉(zhuǎn)移到需供暖的建筑物內(nèi)，夏季通過熱泵機(jī)組將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地球土壤或水源中，從而實(shí)現(xiàn)冬季供暖、夏季供冷。GSHP系統(tǒng)按照熱源（熱匯）不同，大致可以分為如下三種形式：GSHP系統(tǒng)（groundsourceheatpump）、GWHP系統(tǒng)（groundwaterheatpump）和SWHP系統(tǒng)（surfacewaterheatpump），其中GWHP系統(tǒng)由于無法較好地解決地下水的回灌問題，在一定程度上影響了系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣。相比而言，隨著鉆井技術(shù)、土壤熱性能研究的不斷深入，GSHP系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。

土壤源熱泵研究現(xiàn)狀分析

目前我國南方地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)主要用空氣源熱泵作為冷熱源，由于其“室外機(jī)”受環(huán)境空氣季節(jié)性溫度變化規(guī)律的制約，夏季供冷負(fù)荷越大時(shí)對(duì)應(yīng)的冷凝溫度越高；而冬季供熱負(fù)荷越大時(shí)對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度越低，為此增加了大量能耗。根據(jù)熱力學(xué)原理，若降低冷凝溫度或提高蒸發(fā)溫度都將提高制冷循環(huán)效率并節(jié)約能源。為此若能尋找到更理想的新熱源形式取代或部分取代目前多采用的空氣熱源，無疑將有廣泛的應(yīng)用前景和明顯的節(jié)能效果。

與地面上環(huán)境空氣相比，地下5米以下全年土壤溫度穩(wěn)定且略高于年平均氣溫，可以分別在夏冬兩季提供相對(duì)較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度。所以從原理上講，土壤是一種比環(huán)境空氣更好的熱泵系統(tǒng)的冷熱源。已有的研究表明土壤熱源熱泵主要優(yōu)點(diǎn)有:節(jié)能效果明顯，可比空氣源熱泵系統(tǒng)節(jié)能約20%；埋地?fù)Q熱器不需要除霜，減少了冬季除霜的能耗；由于土壤具有較好的蓄熱性能，可與太陽能聯(lián)用改善冬季運(yùn)行條件；埋地?fù)Q熱器在地下靜態(tài)的吸放熱，減小了空調(diào)系統(tǒng)對(duì)地面空氣的熱及噪音的污染。所以若能用土壤熱源熱泵部分取代空氣源熱泵，則必然節(jié)約能源并有可能形成新的空調(diào)產(chǎn)品系列。從目前已有的使用情況分析，它的主要缺點(diǎn)是：埋地?fù)Q熱器受土壤性質(zhì)影響較大；連續(xù)運(yùn)行時(shí)，熱泵的冷凝溫度或蒸發(fā)溫度受土壤溫度變化的影響而發(fā)生波動(dòng)；土壤導(dǎo)熱系數(shù)小而使埋地?fù)Q熱器的持續(xù)吸熱速率僅為20－40Wm-2，一般吸熱速率為25Wm-2，導(dǎo)致埋地?fù)Q熱器的面積較大，如平面布置的埋地?fù)Q熱器的面積約為房間面積的2倍左右。盡管土壤熱源存在以上不足，但WorldEnergyConference,InternationalEnergyAgency,InternationalInstituteofRefrigeration等國際著名組織及從事熱泵的研究者都普遍認(rèn)為,在目前和將來土壤熱源熱泵是最有前途的節(jié)能裝置和系統(tǒng)，是國際空調(diào)和制冷行業(yè)前沿課題之一，也是地?zé)崂玫闹匾问健?998年美國暖通空調(diào)工程師學(xué)會(huì)的ASHRAE技術(shù)獎(jiǎng)就授予土壤熱源熱泵系統(tǒng)。

從70年代末開始，土壤源熱泵的研究逐漸活躍。歐洲在80年代初先后召開了5次大型的土壤源熱泵的專題國際學(xué)術(shù)會(huì)議，瑞典已安裝了1000多臺(tái)（套）土壤源－水熱泵裝置。美國從80年代初開始，在能源部（DOE）的直接資助下由ORNL（橡樹嶺）、BNL（布魯克黑文）等國家實(shí)驗(yàn)室和OklahomaStateUniversity等研究機(jī)構(gòu)開展了大規(guī)模的研究，為土壤源熱泵的推廣起到了重要的作用。這一時(shí)期的主要工作是對(duì)埋地?fù)Q熱器的地下?lián)Q熱過程進(jìn)行研究，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值仿真，這些成果反映在、、及等人的論文和研究報(bào)告中。這一階段的成果最終體現(xiàn)在兩本ASHRAE出版設(shè)計(jì)安裝手冊(cè)中。

90年代以來，土壤源熱泵的研究熱點(diǎn)依然集中在埋地?fù)Q熱器的換熱機(jī)理、強(qiáng)化換熱及熱泵系統(tǒng)與埋地?fù)Q熱器匹配等方面。與前一階段單純采用的“線源”傳熱模型不同，最新的研究更多地關(guān)注相互耦合的傳熱、傳質(zhì)模型，以便更好的模擬埋地?fù)Q熱器的真實(shí)換熱狀況；同時(shí)開始研究采用熱物性更好的回填材料，以強(qiáng)化埋管在土壤中的導(dǎo)熱過程，從而降低系統(tǒng)用于安裝埋管的初投資；為進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)，有關(guān)埋地?fù)Q熱器與熱泵裝置的最佳匹配參數(shù)的研究也在開展。國際最新研究動(dòng)態(tài)表明，有關(guān)埋地?fù)Q熱器的傳熱強(qiáng)化、土壤源熱泵系統(tǒng)仿真及最佳匹配參數(shù)的研究都是土壤源熱泵發(fā)展的“核心”技術(shù)課題，也是涉及多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域且極具挑戰(zhàn)性的研究工作。

自90年代初期以來，在國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的資助下，國內(nèi)開始了對(duì)土壤源熱泵的探索性研究，但在如何有效地降低系統(tǒng)初投資、保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行等方面的研究一直沒有突破。其主要的原因是已開展的研究絕大多數(shù)都局限于對(duì)所建立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試并與傳統(tǒng)的空氣熱源熱泵性能進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從而得出土壤源熱泵節(jié)能的一般性結(jié)論。由于缺乏對(duì)埋地?fù)Q熱器在土壤中復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)綜合傳遞過程的深入研究，使得這些結(jié)論只適用于某一具體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較少而不能作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

綜合國內(nèi)外土壤源熱泵的研究現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)影響土壤熱源熱泵廣泛應(yīng)用的主要原因是：（1）缺少針對(duì)不同土壤特性或回填材料所進(jìn)行的熱物性實(shí)驗(yàn)研究；（2）缺少用新的理論描述埋地?fù)Q熱器傳熱傳質(zhì)機(jī)理及強(qiáng)化傳熱過程的理論模型；（3）缺少根據(jù)不同冷、熱負(fù)荷確定合理埋地?fù)Q熱器形式并把此與土壤熱泵系統(tǒng)最佳匹配參數(shù)相結(jié)合的研究；（4）冬季從地下連續(xù)取熱時(shí)，難以保證埋地?fù)Q熱器與周圍的土壤有足夠的傳熱溫差。

目前，地源熱泵系統(tǒng)突破了以往國外應(yīng)用于小規(guī)模別墅的限制，得到了蓬勃的發(fā)展。在我國，已有多處大規(guī)模地源熱泵工程實(shí)例，例如南京某工程，占地面積16萬平房米，采用了新式的樁基式地源熱泵系統(tǒng)，利用建筑現(xiàn)有樁基埋設(shè)換熱器，從而節(jié)約了系統(tǒng)初投資。另外，上海、武漢、西安、南京等地的一些實(shí)際工程，也都采用了地源熱泵系統(tǒng)，埋孔數(shù)量200～600不等。

大規(guī)模地源熱泵系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了對(duì)于地源熱泵的理論研究，在地源熱泵系統(tǒng)中，埋地?fù)Q熱器一直是地源熱泵技術(shù)的難點(diǎn)，同時(shí)也是該項(xiàng)技術(shù)研究的核心和應(yīng)用基礎(chǔ)。所以，針對(duì)目前工程所作的研究均圍繞埋地?fù)Q熱器進(jìn)行，其主要內(nèi)容為：新型的樁基式埋地?fù)Q熱器與傳統(tǒng)的埋管式換熱器換熱性能的差異；大規(guī)模地源熱泵系統(tǒng)對(duì)土壤溫度場(chǎng)的影響，土壤的恢復(fù)時(shí)間，以及合理的埋管間距等；U型管與W型管的換熱性能比較；U型管內(nèi)部熱干擾的影響等。

同濟(jì)大學(xué)地源熱泵研究情況

地源熱泵自上世紀(jì)80年代末引入中國以來，同濟(jì)大學(xué)就開始了對(duì)于地源熱泵的研究。1997年在美國聯(lián)合技術(shù)公司容閎科技教育獎(jiǎng)的資助下，在同濟(jì)大學(xué)建成當(dāng)時(shí)國內(nèi)規(guī)模最大，可測(cè)項(xiàng)目最多的太陽能-土壤源熱泵綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，所進(jìn)行的相關(guān)基礎(chǔ)研究處于國內(nèi)領(lǐng)先，內(nèi)容主要為地源熱泵系統(tǒng)冬夏季啟動(dòng)工況的研究以及土壤類型對(duì)于換熱過程的影響研究，并發(fā)表了相關(guān)論文。近期，同濟(jì)大學(xué)暖通研究所參加了“南京朗詩”、“武漢清江花園”，“西安都市之門”、“上海明園森林花園”、“張家港楊舍鎮(zhèn)”等地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工咨詢等。針對(duì)目前國內(nèi)地源熱泵系統(tǒng)規(guī)模大，埋地?fù)Q熱器數(shù)量多的特點(diǎn)，進(jìn)行了大規(guī)模地源熱泵系統(tǒng)對(duì)土壤溫度場(chǎng)影響及恢復(fù)特性的模擬研究。培養(yǎng)的博士及碩士研究生如下：

1．周亞素土壤熱源熱泵動(dòng)態(tài)特性與能耗分析研究博士論文2001.11

2．李元旦土壤源熱泵冬季工況啟動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究

3．高曉兵華東地區(qū)土壤及土沙混合物導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

4．徐琳土壤熱源熱泵有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形研究及節(jié)能分析碩士論文2004

5．李雅昕樁基式土壤源熱泵系統(tǒng)管群換熱及恢復(fù)特性研究碩士論文預(yù)答辯時(shí)間2007.1

發(fā)表的論文如下：

1.李元旦，張旭，周亞素，陳沛霖，土壤源熱泵冬季工況啟動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究，暖通空調(diào)，2001（1），vol31,17-20.

2.張旭，高曉兵華東地區(qū)土壤及土沙混合物導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，暖通空調(diào)，2004(5)，vol34,83-89.

3.徐琳，張旭土壤熱源熱泵系統(tǒng)節(jié)能分析，煤氣與熱力，2006（3），vol26,42-44.

3.2.1GSHP系統(tǒng)推廣應(yīng)用急需解決的關(guān)鍵技術(shù)

作為一項(xiàng)橫跨土壤環(huán)境學(xué)、鉆探、熱質(zhì)交換、制冷供暖、材料學(xué)等多學(xué)科的新技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)的突破需要多學(xué)科的技術(shù)人員跨學(xué)科相互合作。

（1）埋地?fù)Q熱器傳熱模型的研究

埋地?fù)Q熱器傳熱模型的主要目的是建立熱泵運(yùn)行期間土壤溫度場(chǎng)的分布，目前主要的基礎(chǔ)理論是線源理論、BNL修正的線源理論，基于此，相繼發(fā)展了著名的、IGSHPA、NWWA埋地?fù)Q熱器傳熱模型。

（2）回填材料的研發(fā)

早期的傳熱模型都是忽略回填土的影響，80年代后期在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，回填土的性能對(duì)埋地?fù)Q熱器換熱的影響不能忽略。1999年Kavabaugh對(duì)回填土的性能進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)一種添加粘合劑的砂土比傳統(tǒng)使用的高密度泥土作回填土導(dǎo)熱性能高3～4倍。美國電力研究院[EPRI(1981),(197)]對(duì)回填土的性能也做過大量的研究。

（3）土壤熱源熱泵系統(tǒng)的合理配置

目前運(yùn)行的土壤熱源熱泵系統(tǒng)普遍存在一個(gè)問題——系統(tǒng)的配置不合理。周亞素研究了熱泵機(jī)組各部分參數(shù)之間的匹配問題，建立了適合工程應(yīng)用的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，提供了與埋地?fù)Q熱器運(yùn)行參數(shù)關(guān)聯(lián)的土壤熱源熱泵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型，模擬了各種環(huán)境條件下土壤熱源熱泵機(jī)組的工作特性。

（4）土壤熱物性的研究

土壤的熱物性決定了土壤的蓄熱性能及土壤溫度場(chǎng)的分布，進(jìn)一步?jīng)Q定了土壤熱源熱泵系統(tǒng)的效率高低、埋地?fù)Q熱器的尺寸大小。由于土壤質(zhì)地、土壤潮濕程度、土壤透氣性，在不同的國家、不同的地區(qū)、不同的城市、甚至是同一城市的不同的片區(qū)是互不相同，造成了土壤熱物性的隨機(jī)性和不確定性。加之目前我國尚缺乏詳細(xì)的城市土壤地質(zhì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，這些均給我國土壤熱源熱泵的應(yīng)用和推廣造成了很大的困難。

此外，GSHP系統(tǒng)的成功應(yīng)用還與政府政策引導(dǎo)、地下管井的設(shè)計(jì)與施工、地質(zhì)探測(cè)技術(shù)、地下水水質(zhì)處理技術(shù)、地下水的回罐技術(shù)等分不開的?？傊?，GSHP系統(tǒng)是一個(gè)整體設(shè)計(jì)，需要從政府政策、主機(jī)設(shè)計(jì)制造、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等各個(gè)方面來共同參與。

3.2.2GSHP系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合——樁埋管系統(tǒng)

在GSHP系統(tǒng)中，埋地?fù)Q熱器有兩種常見的方式：水平埋設(shè)和垂直埋設(shè)。前者埋地淺，單位管長換熱能力低，占地面積大；后者換熱能力高，但也增加了鉆孔的費(fèi)用。

樁埋換熱器作為一種特殊的垂直埋管形式，在建筑物打地基樁時(shí)把U型PE管設(shè)置在混凝土樁中，管內(nèi)液體通過U型管與混凝土樁進(jìn)行換熱，繼而與大地進(jìn)行熱交換，從而減少了接觸熱阻。這種埋地?fù)Q熱器方式充分利用了建筑物的占的面積，減少了鉆孔費(fèi)用。

國外對(duì)樁埋地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用開始于上世紀(jì)八十年代，Naegelebau公司首次在奧地利將此技術(shù)投人實(shí)際應(yīng)用。自此以后，這種經(jīng)濟(jì)的方式在公共建筑、辦公大樓、文化中心、商業(yè)用房和工業(yè)廠房等方面得到了大量的應(yīng)用。

3.2.3土壤蓄冷與GSHP集成系統(tǒng)

將地源熱泵技術(shù)及蓄冷技術(shù)結(jié)合在一起，取長補(bǔ)短，充分利用凍土蓄冷技術(shù)及地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，將蓄冷裝置轉(zhuǎn)移到地下?lián)Q熱系統(tǒng)中，與蓄冷裝置合二為一，免除了傳統(tǒng)蓄冷系統(tǒng)中占地面積大、耗資較多的蓄冷裝置（蓄冰桶、蓄冰槽）。

【復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)】

太陽能與土壤熱源熱泵的聯(lián)合運(yùn)行

鑒于太陽能、地?zé)崮軆煞N低位熱源熱泵單獨(dú)運(yùn)行的不足，兩者聯(lián)合運(yùn)行是一種比較合理的方案，取長補(bǔ)短，彌補(bǔ)單一熱源熱泵的不足，提高熱泵系統(tǒng)的COP。充分利用土壤具有良好的蓄熱性，儲(chǔ)存熱量供太陽能不充足時(shí)使用，同時(shí)太陽能的輔助供熱作用，使得埋地?fù)Q熱器間歇運(yùn)行，土壤溫度場(chǎng)能夠得到及時(shí)恢復(fù)，蒸發(fā)溫度及冷凝溫度波動(dòng)不大，從而使熱泵運(yùn)行穩(wěn)定。

熱響應(yīng)測(cè)試

地源熱泵在國內(nèi)別墅中應(yīng)用時(shí)常與輻射吊頂系統(tǒng)相結(jié)合。

地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)依據(jù)動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算選型，需進(jìn)行冬夏吸放熱的平衡分析。

參考文獻(xiàn)

王鵬英，上海地區(qū)別墅建筑地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，，

張旭，太陽能－土壤源熱泵及其相關(guān)基礎(chǔ)理論研究，同濟(jì)大學(xué)博士后報(bào)告，1999.12

3、太陽能－土壤源熱泵

從節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，開發(fā)利用新能源和可再生能源的角度出發(fā)，考慮綜合利用太陽能和土壤熱，以太陽能、土壤熱作為熱泵的復(fù)合低位熱源。

3.1兩者結(jié)合的背景

（1）太陽能熱泵是以太陽輻射能作為低位熱源的熱泵。太陽輻射強(qiáng)度隨著季節(jié)、早晚、晝夜有規(guī)律地變化，因此它具有很大的不穩(wěn)定性，所以利用太陽能必須解決太陽能的間歇性和不可取性問題。這就需要設(shè)有一定容量的蓄熱裝置或其他形式的輔助熱源。

（2）將太陽能利用系統(tǒng)的集熱器安裝在土壤源熱泵環(huán)路中，集熱器向傳熱介質(zhì)供熱，可以減小土壤源熱泵的尺寸，提高熱泵效率。

（3）太陽能集熱器和埋地盤管的組合，具有很大的靈活性，彌補(bǔ)了單獨(dú)熱源熱泵的不足。一年四季可以利用，提高了裝置的利用系數(shù)。

3.2兩者結(jié)合的工作原理

（1）當(dāng)太陽能集熱器所提供的熱量能滿足建筑物的熱需要時(shí)，可以由太陽能集熱器直接將熱量供給采暖系統(tǒng)或用太陽能熱泵采暖；

（2）當(dāng)集熱器提供的熱量富余時(shí)，可用儲(chǔ)熱器儲(chǔ)存起來供夜間或陰雨天使用；

（3）當(dāng)集熱器供給的熱量不足以建筑物的需熱量時(shí)，可以用熱泵來降低集熱器的溫度，提高集熱器的集熱效率，可以獲得更多的熱量；

（4）若還不能滿足要求，則太陽能熱泵供熱不足的時(shí)間由土壤源熱泵或儲(chǔ)熱裝置補(bǔ)足，太陽能熱泵裝置與供暖季節(jié)需熱率不一致的缺點(diǎn)，正是土壤源熱泵的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)對(duì)土壤源熱泵，也由于太陽能熱泵的加入，便可實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)行，使土壤源熱泵性能系數(shù)得以提高。

在太陽能－土壤源熱泵的設(shè)計(jì)中，需考慮太陽能和土壤作為熱泵熱源時(shí)的誰主誰輔以及太陽能集熱裝置容量的確定等問題，這需要從系統(tǒng)的初投資、所在地區(qū)太陽能資源的情況、土壤的熱物性參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行的可取性等方面加以考慮。

3.3研究方向及問題所在

（1）太陽能－土壤源熱泵系統(tǒng)的初投資較高，研究如何提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及如何實(shí)現(xiàn)太陽能與土壤熱源的最佳結(jié)合。

（2）傳統(tǒng)的埋地?fù)Q熱器傳熱模型忽略了潮濕土壤的熱濕遷移對(duì)地下埋管換熱器的傳熱性能的影響，因此需要建立新的換熱器傳熱傳質(zhì)模型，研究提高換熱器換熱性能的方法。

（3）針對(duì)不同的冷、熱負(fù)荷，不同的地區(qū)，不同的運(yùn)行形式下，研究如何合理地確定地下埋管換熱器、太陽能集熱器的形式及容量并將它與太陽能－土壤源熱泵系統(tǒng)的最佳匹配參數(shù)相結(jié)合。

（4）對(duì)這種新的空調(diào)系統(tǒng)形式進(jìn)行計(jì)算機(jī)運(yùn)行能耗模擬分析，預(yù)測(cè)在全國各地使用這種新系統(tǒng)的運(yùn)行能耗情況，推動(dòng)這種新系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

（5）太陽的能源密度、土壤的熱流率低，因此需要的換熱器及太陽能集熱器的面積大，應(yīng)用受建筑物的環(huán)境條件及建筑物的負(fù)荷量大小的限制。

（6）太陽能－土壤源熱泵系統(tǒng)的研究還沒有形成一套完整的理論體系，應(yīng)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足，還不能為太陽能－土壤源熱泵的應(yīng)用提供充足的理論依據(jù)。