1.课题背景及意义

节约能源与环境保护是当今经济与社会发展的两大主题，是人类社会能否可持续发展的战略性问题。随着人民生活水平的提高和工业的快速发展，如何破解能源短缺，提高能源利用效率已成为世界性难题，日益受到各国重视。2002 年，我国能源消费量已成为全球第二，仅次于美国。据国家统计局统计，2009 年全国能源消费总量为 31 亿吨标准煤，煤炭消费在能源消费结构中占 70%。2010 年，我国一次能源消费量为 32.6 亿吨标准煤，是日本 5 倍，中国已成为全球第一能源消费大国，能源短缺的问题尤为突出。

20 世纪 80 年代以来，发达国家的环境问题得到了较好的解决，而发展中国家的正加剧，全球环境问题日渐凸显。气候变暖、臭氧层破坏、酸雨等全球性大气污染都跟能源的过度利用有密切的关系。中国三十多年的粗放型、扩张型经济发展之路，使我国资源浪费和环境污染问题日趋严重，成为阻碍中国经济发展和人民生活质量提高的关键所在。因此，以科学发展观为指导，实施节能减排，提高一次能源利用率，减少能源消耗量，发展可再生能源，探索可持续发展道路，促进中国经济”高消耗、高增长、高污染”粗放型增长方式向”低消耗、低增长、低污染”集约型增长方式转变是中国经济发展的必然趋势^[1]。

在全球总能耗中，建筑能耗约占三分之一，而建筑用能排放的二氧化碳占到全球排总量的三分之一。中国每年新增建筑面积高达 12 亿~20 亿平方米，是世界上最大的建筑市场。据统计，我国建筑能耗为全国总能耗的 30%，而空调系统能耗约占总建筑能耗的 85%^[2]。由此可见，建筑节能有利于促进我国能源节约利用，提高使用效率，缓解能源紧缺；有利于降低环境污染，减排温室气体，是贯彻国家可持续发展战略的重要手段。因此，科学的认识建筑节能，探索发现建筑节能发展规律，用科学的方法引导建筑节能实践对可持续发展具有重要的意义。

随着社会经济的发展以及节能减排工作的开展，地源热泵技术因其高效、节能、环保、运行成本低等特点正被广泛普及，它作为一项快速发展的高效节能技术倍受人们关注。地源热泵是一种利用浅层地能资源的既可制冷又可供热的高效节能空调设备，通过输入少量的高品位能源（如液体燃料、燃气、电能等），实现由低品位热能向高品位热能的转移，可以把消耗的高品位热能转换成三倍以上的热能^[4]。地能在夏季作为热泵制冷的冷源，热泵机组把室内的热量取出来，并释放到地能中去；而在冬季作为供热的热源，把地能中的热量取出来，供给室内采暖。地源热泵技术被美国环境保护署认为是最高效、舒适的冷热空调系统^[5]。它作为一项可再生能源技术，提高了空调系统的一次能源利用率，减少了温室效应气体和化石燃料燃烧产生的污染物排放，是解决空调系统能源与环境问题的一项有效措施。

地源热泵控制器是整个热泵机组的”心脏”。热泵机组的整体性能与它的控制器密切相关，是保障地源热泵系统高效、安全、稳定的关键。随着科技不断进步及对热泵研究的深入，地源热泵的性能也不断提升，这很大程度上依赖于控制系统性能的提升。但是，目前我国在地源热泵空调控制系统方面所做的研究工作还不够深入。这主要是因为地源热泵空调系统本身是一个复杂的控制对象，其空调机组的构造比较复杂、控制变量较多，而且整个系统存在着非线性、时变性等因素，以及外部干扰的存在，都可能造成系统不稳定，达不到节能、环保的效果^[6]。

2.国内外研究的技术现状

”热泵”这个名词最早是 20 世纪初由欧洲人提出的。1912 年，瑞士人 Zoelly 率先提出了”地热源热泵”的概念^[7]。1938 年~1939 年间，欧洲首台热泵装置在苏黎

世投入运行，以河水作为低温热源，输出水温高达 60℃。20 世纪 40 年代到 50 年代早期，美国开始对热泵有了进一步的认识，如对地源热泵运行的实验研究、数学模型以及土壤的热物性测试方面的研究、埋地盘管的实验研究等^[8]。但是由于当时传统能源储