文 献 综 述

至2016年我国建筑能源消耗量占能源总消耗量的20.6%^[1]，建筑碳排放量占全国碳排放总量的19.4%^[1]，而在建筑能源消耗中供热和空调的能耗往往占有较大比重，因此在这一方面的节能技术研究仍具有重要意义。地热资源作为一种清洁能源，随着国内外许多学者在近二十多年来积极开展对浅层地热利用的研究^[2]，地热资源的合理利用在缓解当今严峻的能源问题上做出了积极的贡献。

土壤源热泵为地源热泵的一种，其利用以土壤中所储存的地热能，通过输入少量的电能等高品位能源，实现热量从低品位热能向高品位热能转移过程的热泵系统。即土壤源热泵系统在运行过程中通过地下换热器与土壤换热，将房间冷热负荷转移到土壤中。然而土壤源热泵系统在实际运用的工程，尤其在以冷负荷为主的夏热冬冷地区以及以热负荷为主的严寒地区，往往会出现全年累积冷热负荷不平衡的情况^[3-5]。这种热不平衡现象引起地下换热器周边的年平均温度升高或降低，当土壤难以通过自身能力恢复时，不仅将会影响地下换热器的运行效率，也会影响土壤土质、应力等方面。因此，在土壤源热泵系统这两类地区的实际运用中，常需引入一定的辅助的散热设备或吸热设备以缓解其热平衡问题，此类系统被称为复合式土壤源热泵系统。对于夏热冬冷地区多采用冷却塔、水冷器作为辅助散热设备，也有部分采用景观水、生产热水等方式进行辅助散热的形式；对于严寒地区多采用城市热网或太阳能^[6-7]、锅炉辅助加热系统。

在上世纪八十年代末，国外有学者已对复合式土壤源热泵系统进行了实际工程运行分析研究，国内高校也相继展开了对复合式土壤源热泵系统的研究^[8]。近年来，经过众多学者对复合式土壤源热泵系统的研究，提出了其他的复合式土壤源热泵系统，如主动空气能再生复合式土壤源热泵系统^[9-10]该技术已经得到了一定的发展。对比国内外针对复合式土壤源热泵系统的工程应用研究，其研究内容主要集中于系统的可行性分析、系统运行模拟分析以及对辅助散热设备的运行策略分析等几类。其中，诸多学者^[11-14]针对应用于常出现热不平衡问题的夏热冬冷地区的复合式土壤源热泵系统中的辅助散热设备的运行策略进行了研究。

复合式土壤源热泵系统的控制策略在系统设计、运行阶段的均有较大影响，控制策略的指定应综合考虑复合式土壤源热泵影响因素。就现阶段研究而言，国内外进行了许多复合式土壤源人泵系统在不同控制策略下运行效果的研究与分析。夏热冬冷地区常采用的冷却塔作为辅助散热设备的系统主要有三种控制策略：设定温度控制；温差控制；冷却塔开启时间控制。

热泵热源侧进出口流体最高温度控制的设定温度控制法是考虑了热泵机组的运行特性进行的控制方式，其以设计地区的气象参数以及建筑负荷特征设计热泵机组进出水的最高温度，以系统运行过程中水温是否到或高于设定的最高温度作为评判是否需开启冷却塔；地下换热器进出水温度与室外空气湿球温度之间的温差控制是考虑了冷却塔作为辅助散热设备的复合式土壤源热泵系统的整体性能进行的控制，其依据热泵机组进出口水温与周围环境干球温度、湿球温度之间的温度差进行控制的方法，其设定是否高于或低于差值作为判断该系统运行时是否需开启或关闭冷却塔；冷却塔开启的时间控制是考虑了土壤短期蓄能特性以及长期蓄能特性进行的控制，此类控制策略较多，如考虑到室外在夜间温度较低，通过在室外气温较低的夜间开启冷却塔及对应的循水泵的方式将余热散发到空气中。此类方法往往以设定温度控制作为补充以避免水环路温度过高的情况。

此三种控制策略适用条件各不相同，可通过对不同气候情况的地区以及不同功能的建筑，进行了控制策略的模拟研究，以选择适宜的辅助散热设备控制策略。上述三种控制策略对于串联式复合式土壤源热泵系统均适用，但对于并联式复合式土壤源热泵系统，由于其系统运行的特性，仅适用前两种控制策划略。

近年也有学者基于这三类控制策略的工程实例研究上提出其他的控制策略：通过建筑物冷热负荷以控制辅助散热或吸热设备启停，同时不断比较地下换热器与辅助散热设备的出水温度通过最优出水温度控制地下换热器和辅助散热设备的启停、切换，来保证辅助散热设备高效运行的方式^[13]；在制冷季初期和末期冷却塔单独运行在制冷季中期采用地下换热器进出水温度与室外空气湿球温度的温差控制方法进行冷却塔和地下换热器的复合运行^[14]；通过改变建筑的冷负荷取得本年系统运行二点土壤热不平衡率与次年系统运行的湿球温度设定值的关系，以此二者的关系作为指导系统的控制策略^[5]。虽有众多学者在复合式土壤源热泵系统的控制策略中做了优化，进行模拟计算，但在实际工程应用中，仍旧应当结合实际情况，综合考虑建筑的负荷变化等因素来实施控制策略。

综合而言，我国在地源热泵技术虽在十年来发展迅速，但对于土壤源热泵系统在实际的应用仍旧存在一些缺陷与不足，同时由于研究地源热泵运行对土壤的影响、如热不平衡、土壤土质、岩土热应力变形等问题的研究需要长期的运行研究与分析，且复合式土壤源热泵系统的控制策略研究需对大量的工程进行控制策略模拟研究分析，以探讨不同气候特征的地区、不同建筑类型的建筑物进行适宜的控制策略。

参考文献：