隋學(xué)敏 劉佳露 黃李雪子 江 超

?

地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與展望

隋學(xué)敏1劉佳露2黃李雪子1江 超1

（1.長(zhǎng)安大學(xué)建工學(xué)院 西安 710061；2.長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)工學(xué)院 西安 710054）

對(duì)地源熱泵與輻射供冷/暖系統(tǒng)的特點(diǎn)和基本原理進(jìn)行了介紹，分析了兩系統(tǒng)相結(jié)合的原因和優(yōu)勢(shì)，從節(jié)能經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行特性、控制策略及?分析在系統(tǒng)中的應(yīng)用四方面對(duì)地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并闡述了目前該復(fù)合系統(tǒng)研究與應(yīng)用中有待解決的問(wèn)題，為地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提供參考。

地源熱泵；輻射供冷/暖；研究現(xiàn)狀；關(guān)鍵問(wèn)題

0 引言

近年來(lái)能源消耗不斷增加，2017年全球能源需求增長(zhǎng)2.2%，高于過(guò)去十年均值，能源需求增加將加劇能源短缺和環(huán)境污染。全球每年約有40%的能源被建筑物消耗，同時(shí)建筑能耗一半以上被空調(diào)系統(tǒng)所消耗[1]。因此，提高空調(diào)系統(tǒng)的能效和開發(fā)可再生能源系統(tǒng)在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有重要意義。

地源熱泵利用地下淺層地?zé)崮茉醋鳛槔錈嵩?，地下淺層收集了約47%的太陽(yáng)能量，高于人類每年利用能量的500倍[2]，這種能量是近乎無(wú)限的可再生能源，符合能源可持續(xù)性發(fā)展的趨勢(shì)。地源熱泵還具有節(jié)能、環(huán)保、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是一種能耗較低的新型空調(diào)系統(tǒng)冷熱源裝置。輻射空調(diào)系統(tǒng)具有熱性能穩(wěn)定、室溫均勻、舒適節(jié)能、噪音低、節(jié)省室內(nèi)空間等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的節(jié)能空調(diào)形式。研究表明，同等的舒適度條件下，輻射供暖比傳統(tǒng)對(duì)流散熱器供暖節(jié)能20%～30%[3]；輻射供冷系統(tǒng)比常規(guī)對(duì)流式空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能28%～40%[4]。輻射系統(tǒng)采用低溫?zé)崴?高溫冷水進(jìn)行供暖/供冷，與地源熱泵結(jié)合使用時(shí)，能有效提高熱泵系統(tǒng)的COP。合理地將地源熱泵和輻射空調(diào)相結(jié)合，可有效地降低建筑能耗，減少環(huán)境污染，并提高室內(nèi)環(huán)境的熱舒適性。

本文對(duì)地源熱泵和輻射供冷/暖系統(tǒng)的原理和特性進(jìn)行了介紹，綜述了地源熱泵與輻射系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)用的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了?分析在系統(tǒng)研究中的應(yīng)用，并闡述了系統(tǒng)研究與應(yīng)用中有待解決的問(wèn)題，為該復(fù)合系統(tǒng)的進(jìn)一步研究和優(yōu)化提供參考。

1 地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的構(gòu)成及原理

1.1 地源熱泵系統(tǒng)

地源熱泵利用地下淺層低溫地?zé)崮茉矗◣r土體、地表水或地下水等），通過(guò)輸入少量的高品位能源，實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移并與建筑物完成熱交換，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)供暖、供冷、供生活熱水等。

地源熱泵在瑞士等歐洲國(guó)家應(yīng)用較早，我國(guó)到2004年才逐步進(jìn)入推廣普及的階段[5]。地源熱泵是一種節(jié)能環(huán)保型系統(tǒng)，有研究表明其污染物排放量為空氣源熱泵的60%左右，普通鍋爐供暖系統(tǒng)的30%左右，比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能及節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用40%左右[2]，且其利用的地能溫度相對(duì)穩(wěn)定，使得地源熱泵擁有較高的COP值，夏季約為4.l（傳統(tǒng)冷源2.9），冬季約為3.l（傳統(tǒng)熱泵2.8）[6]。

地源熱泵按換熱介質(zhì)的不同分為土壤源熱泵、地下水源熱泵及地表水源熱泵三種類型。目前，土壤源熱泵的應(yīng)用較為廣泛，其核心為地埋管換熱器[7]。對(duì)于土壤源熱泵的研究，主要集中于傳熱機(jī)理、土壤熱失衡問(wèn)題、控制策略等方面[8,9]。例如，早在1948年，Ingersoll L R[10,11]對(duì)地埋管換熱器的傳熱理論進(jìn)行研究，提出地埋管的中心軸線為熱源，熱量以定流量的方式向周圍輻射散熱的線熱源和圓柱源模型。馬宏權(quán)等[12-14]分析了土壤熱失衡的原因及影響因素，并提出了優(yōu)化建議。於仲義等[15]根據(jù)實(shí)測(cè)得出間歇運(yùn)行能更高效利用土壤蓄能特性，相比連續(xù)運(yùn)行方式地埋管換熱能力提高33.9%。對(duì)于地下水、地表水熱泵的研究方面，主要集中于換熱性能、水溫變化的影響、地下水回灌等方面[5,16]。

1.2 輻射供冷/暖系統(tǒng)

輻射供冷/暖系統(tǒng)通過(guò)埋設(shè)于板內(nèi)的管材把輻射板冷卻或加熱，通過(guò)輻射板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)及家具等進(jìn)行輻射換熱，與室內(nèi)空氣進(jìn)行對(duì)流換熱。該系統(tǒng)以高溫冷水和低溫?zé)崴疄槔錈崦?，以地板（樓板或墻體）表面為末端來(lái)實(shí)現(xiàn)供暖與供冷。

末端采用輻射空調(diào)，在節(jié)能、舒適性上有很大優(yōu)勢(shì)。節(jié)能性主要體現(xiàn)在以下方面：采用輻射末端時(shí)，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度冬季可降低2℃，夏季可提升0.5～1.5℃，從而使得空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷降低；水的熱容量遠(yuǎn)高于空氣，用水代替空氣來(lái)消除熱負(fù)荷，大大降低了輸送冷量的動(dòng)力能耗；輻射系統(tǒng)采用高溫冷水、低溫?zé)崴?，可提高冷熱源能效比；高冷凍水溫為自然冷源提供了可能性，在部分季?jié)可使用自然冷源直接供冷[17,18]。舒適性方面，采用輻射末端可降低室內(nèi)垂直溫度梯度，克服冷風(fēng)吹風(fēng)感及室內(nèi)噪音問(wèn)題，且冬季供暖可提高室內(nèi)平均輻射溫度，大大減小了人體輻射散熱，夏季供冷可增加人體輻射散熱比例，使人體熱舒適性得到提升[3]。

對(duì)于輻射空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)有研究主要集中于傳熱理論與性能、節(jié)能與舒適性、防結(jié)露、優(yōu)化控制等方面[19-21]。例如，Stand R K等[22]對(duì)輻射傳熱理論進(jìn)行分析，構(gòu)建了結(jié)合能耗模擬程序的輻射系統(tǒng)模型。Jin X等[23]利用有限體積法建立數(shù)值模型，得出管道導(dǎo)熱系數(shù)較低會(huì)影響地板輻射供冷性能，而水流速度對(duì)系統(tǒng)影響不大。裴鳳等[24]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相同條件下，輻射吊頂?shù)墓├淠芰?qiáng)于地板輻射。Lim J H等[25]通過(guò)實(shí)驗(yàn)與模擬，得出對(duì)地板輻射供冷系統(tǒng)采用水溫控制優(yōu)于流量控制，提出以最潮濕房間的露點(diǎn)溫度控制供水溫度的方法來(lái)防結(jié)露。袁旭東[26]根據(jù)控制變量將地板輻射系統(tǒng)的控制方法分為四類，方法分類如圖1所示，得出“室外溫度補(bǔ)償+室溫反饋控制”精度最高，但初投資較大。而“室外溫度補(bǔ)償+脈沖式控制”的控制精度雖略低，但投資較少，且易于施工和維護(hù)，為目前較好的控制方法。

圖1 地板輻射的控制方法分類

1.3 地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的原理及優(yōu)勢(shì)

地源熱泵—輻射空調(diào)系統(tǒng)采用地源熱泵作為冷熱源，輻射空調(diào)系統(tǒng)作為末端，冬季工作時(shí)，地埋管吸收地能中的熱量，通過(guò)熱泵主機(jī)將熱量傳遞至輻射末端供熱循環(huán)水，以滿足室內(nèi)供暖需求；夏季，將室內(nèi)的余熱通過(guò)熱泵主機(jī)傳遞至地源一側(cè)，以滿足室內(nèi)供冷需求。其原理如圖2所示。

地源熱泵利用地下淺層低溫地?zé)崮茉?，地能溫度全年較為穩(wěn)定，夏季溫度低于空氣溫度，冬季高于空氣溫度，能有效提升熱泵機(jī)組效率。而輻射空調(diào)系統(tǒng)冬季采用低溫?zé)崴?，夏季采用高溫冷水，與地源熱泵系統(tǒng)配合使用，可進(jìn)一步有效提高熱泵機(jī)組COP，提高系統(tǒng)節(jié)能性。

圖2 地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)原理圖

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前對(duì)于地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的研究主要集中于系統(tǒng)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行特性及控制策略等方面，?分析在該系統(tǒng)研究中的應(yīng)用也得到了一定關(guān)注。

2.1 地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性研究

地源熱泵—輻射系統(tǒng)能同時(shí)滿足供冷和供暖兩種需求，且輻射系統(tǒng)采用低溫?zé)崴?高溫冷水進(jìn)行供暖/供冷，能有效提高系統(tǒng)的COP，在節(jié)能經(jīng)濟(jì)性等方面有一定的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者在此方面開展了相關(guān)的研究工作。

國(guó)外，Romaní J等[27]通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行研究，得出與空氣源熱泵—輻射供暖系統(tǒng)相比，地源熱泵和輻射供暖系統(tǒng)相結(jié)合可節(jié)能20%以上。Gantiez C等[28]對(duì)兩座位于德國(guó)的辦公建筑進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，得出與傳統(tǒng)冷水機(jī)組制冷和市政集中供暖相比，地源熱泵與輻射供冷/暖系統(tǒng)結(jié)合可使運(yùn)行成本降低50%，且減少40%的CO2排放。Boji? M等[29]針對(duì)住宅建筑，利用EnergyPlus軟件模擬得出末端為輻射供暖時(shí)，熱源采用地源熱泵比燃?xì)忮仩t的總能耗低58%、運(yùn)行成本約減少67%。Villarino J I等[30]采用EnergyPlus軟件模擬結(jié)合實(shí)測(cè)研究，對(duì)西班牙一座辦公建筑的土壤源熱泵—地板輻射系統(tǒng)進(jìn)行研究，得出采用該復(fù)合系統(tǒng)供暖的COP分別為燃?xì)忮仩t—散熱器的3.7倍左右。Sarbu I及 Sebarchievici C[31]利用TRNSYS軟件進(jìn)行模擬，比較了在住宅建筑中采用地源熱泵與輻射板結(jié)合及與散熱器結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，得出在熱舒適情況相同的目標(biāo)下，在保溫良好的建筑中，采用輻射板供暖比散熱器供暖節(jié)省約10%的能耗，且CO2排放減少10%左右。次年，Sarbu I及 Sebarchievici C[32]又針對(duì)熱源為地源熱泵的辦公建筑，利用TRNSYS軟件模擬并結(jié)合實(shí)測(cè)得出，散熱器采暖比地板輻射系統(tǒng)的COP低4.5%，且其開/關(guān)切換次數(shù)高于輻射系統(tǒng)的三倍，會(huì)加劇設(shè)備的磨損。

國(guó)內(nèi)，路詩(shī)奎等[33]對(duì)一展廳建筑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，得出地源熱泵與輻射地板相結(jié)合，夏季實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)COP為4.31，比同制冷量的常規(guī)冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)高出30%，電耗僅為其76%，節(jié)能率為24%。張子平等[34]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，對(duì)一采用地源熱泵—輻射系統(tǒng)與空氣源熱泵結(jié)合輻射系統(tǒng)的別墅建筑的初投資及全年運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比，得出采用地源熱泵節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用可在8年左右收回多出的初投資。薛文軍[35]采用EnergyPlus軟件對(duì)西安某別墅空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行能耗模擬，通過(guò)比較地源熱泵系統(tǒng)分別與輻射板和風(fēng)機(jī)盤管的兩種末端結(jié)合的模擬結(jié)果，得出末端采用輻射板節(jié)能30.9%。

此外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還對(duì)輻射板的敷設(shè)位置對(duì)該復(fù)合系統(tǒng)節(jié)能性的影響進(jìn)行了研究。路詩(shī)奎[36]采用TRNSYS軟件對(duì)地源熱泵—輻射系統(tǒng)進(jìn)行模擬，得出在同樣的熱舒適度條件下，輻射地板系統(tǒng)的能耗比輻射頂板高約16%。Sarbu I[31]采用TRNSYS軟件進(jìn)行模擬，比較了地源熱泵與不同敷設(shè)位置輻射板結(jié)合的能耗，得出采用頂板輻射系統(tǒng)在降低能耗、減少CO2排放方面具有優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者目前主要采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和軟件模擬的方式對(duì)該復(fù)合系統(tǒng)的節(jié)能性進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明，采用地源熱泵與輻射系統(tǒng)相結(jié)合，相對(duì)于常規(guī)供暖系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)，能夠有效降低系統(tǒng)的能耗，節(jié)能率為20%～30%，CO2排放量減少10%～40%。雖然該系統(tǒng)的初投資較高，但運(yùn)行成本可減少60%左右，長(zhǎng)期運(yùn)行具有優(yōu)勢(shì)，可在8年內(nèi)收回多出的成本。且末端采用頂板輻射系統(tǒng)相較于地板輻射的節(jié)能性更佳。

2.2 地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行特性研究

對(duì)于該復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行特性的研究，現(xiàn)有研究多通過(guò)實(shí)測(cè)和模擬的方式，對(duì)地埋管換熱器進(jìn)出水溫、輻射板進(jìn)出水溫以及室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析其運(yùn)行特性，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行方式的優(yōu)化提供參考。

黃忠等[37]對(duì)地源熱泵—輻射供冷系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)測(cè)，得出系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，地埋管側(cè)出水溫度升高并趨于穩(wěn)定，其對(duì)系統(tǒng)能效比的影響是有限的；受結(jié)露限制，輻射板盤管進(jìn)水溫度需根據(jù)室內(nèi)空氣露點(diǎn)調(diào)節(jié)，盤管進(jìn)水溫度對(duì)于整個(gè)夏季運(yùn)行期的系統(tǒng)能效比影響較大。

王文等[38]通過(guò)地源熱泵—輻射地板系統(tǒng)冬夏聯(lián)供試驗(yàn)，分析了該系統(tǒng)在不結(jié)露的前提下的最佳運(yùn)行工況，得出夏季地埋管側(cè)水量在860L/h左右，冬季在960L/h左右，冬夏季供水平均溫度均為18.9℃時(shí)，系統(tǒng)能效比最高。地下埋管側(cè)換熱器進(jìn)水溫度幾乎不受室外氣溫波動(dòng)影響。受地板結(jié)露條件的限制，地板供冷進(jìn)出水溫差控制在1～1.5℃左右為宜。

張玲等[39]對(duì)地源熱泵—輻射地板冬季運(yùn)行啟動(dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明地埋管換熱器的進(jìn)出水溫度相對(duì)穩(wěn)定，且總高于室外氣溫；啟動(dòng)階段，地下?lián)Q熱器供回水溫的最低點(diǎn)出現(xiàn)在地源熱泵機(jī)組運(yùn)行達(dá)到設(shè)計(jì)水溫前的時(shí)刻。

王蕾等[40]針對(duì)杭州一別墅地源熱泵—輻射空調(diào)系統(tǒng)的夏季室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，研究結(jié)果表明平均輻射溫度和作用溫度受室外空氣溫度的影響不大，且存在滯后的現(xiàn)象，露點(diǎn)控制和溫濕度控制對(duì)于輻射系統(tǒng)十分重要，良好的自控系統(tǒng)是保證輻射板不結(jié)露的重要條件。

輻射末端夏季采用高溫冷水，為地埋管直接供冷技術(shù)提供了應(yīng)用空間。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于該復(fù)合式系統(tǒng)的研究較少，尚處于起步階段。張琪[41]基于天津某辦公建筑，建立了雙U型地埋管換熱及地板輻射供冷的非穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)學(xué)模型，對(duì)地埋管直供地板輻射供冷系統(tǒng)運(yùn)行特性進(jìn)行了模擬研究，分析了影響其供冷能力的影響因素，研究表明給定土壤平均溫度條件下，取冷量隨供水流量的增加而降低，隨單井深度的增加而增大；系統(tǒng)季節(jié)供冷系數(shù)隨土壤平均溫度升高，呈下降趨勢(shì)；地板表面平均溫度隨供水溫度增加呈線性遞增，隨著供水流量增加呈線性遞減；直接供冷模式比開啟冷水機(jī)組模式節(jié)能54%。祁英[42]基于濟(jì)南某節(jié)能示范樓，采用TRNSYS軟件模擬結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)地埋管直供地板輻射供冷系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行了研究，實(shí)測(cè)結(jié)果表明地埋管連續(xù)24小時(shí)運(yùn)行時(shí)，地埋管直供系統(tǒng)能連續(xù)提供18～19℃高溫冷水，基本滿足室內(nèi)負(fù)荷的需求，系統(tǒng)COP可達(dá)10以上；采用TRNSYS軟件對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性仿真模擬得出土壤溫度在15℃以下，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性好，并利用溫濕度獨(dú)立控制技術(shù)的條件下更適用于地埋管直供系統(tǒng)。

針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)土壤“冷堆積”問(wèn)題，胡松濤等[43]闡述了太陽(yáng)能及地?zé)崮茏鳛榈匕遢椛淇照{(diào)系統(tǒng)冷熱源的可行性及必要性，提出了一種利用太陽(yáng)能和土壤源熱泵通過(guò)地板輻射空調(diào)供暖供冷的方案，夏季供冷可通過(guò)間歇運(yùn)行使土壤溫度場(chǎng)得到恢復(fù)，以此提高熱泵的制冷系數(shù)；冬季采用交替供暖方式，兩種熱源各自運(yùn)行的最佳時(shí)間分配比分別為：33%～35%和50%～70%。

總結(jié)現(xiàn)有研究結(jié)果得出，室外氣溫的變化對(duì)地下?lián)Q熱器的進(jìn)出水溫度幾乎沒(méi)有影響，且在給定土壤平均溫度時(shí)，適當(dāng)增加流量及單井深度可提高取冷量。對(duì)于輻射末端，夏季由于結(jié)露問(wèn)題，輻射板盤管進(jìn)水溫度需根據(jù)室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度來(lái)調(diào)節(jié)，盤管進(jìn)水溫度對(duì)于夏季運(yùn)行期的系統(tǒng)能效比影響較大。與采用熱泵作為冷源相比，地埋管直供輻射供冷系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，有待于進(jìn)一步應(yīng)用推廣。對(duì)于不同氣候區(qū)，冬季建筑熱負(fù)荷大于（小于）夏季冷負(fù)荷，全年土壤取、排熱量的不平衡會(huì)產(chǎn)生“冷（熱）堆積”問(wèn)題，從而導(dǎo)致地埋管換熱性能降低，影響輻射末端的供暖（冷）效果。對(duì)此，可在系統(tǒng)中加入輔助熱源（冷源），或從地源熱泵—輻射空調(diào)系統(tǒng)整體分析，選擇合理的運(yùn)行控制策略。

2.3 地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的控制策略研究

對(duì)于地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)而言，除了要考慮輻射系統(tǒng)的控制，還要考慮地源熱泵機(jī)組的控制，選取何種控制方式使該復(fù)合系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)化在實(shí)際應(yīng)用中十分關(guān)鍵。因此，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)該復(fù)合系統(tǒng)的控制問(wèn)題展開了相關(guān)研究。

印偉偉等[44]以重慶地區(qū)采用土壤源熱泵+地板輻射供暖系統(tǒng)的別墅作為研究對(duì)象，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)控制方式進(jìn)行研究。熱泵機(jī)組采用地板輻射供暖系統(tǒng)回水溫度控制和室內(nèi)溫度控制兩種控制方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出采用室溫控制（當(dāng)室內(nèi)溫度高于18℃時(shí)停機(jī)，低于16℃時(shí)開機(jī)）時(shí)，供暖系統(tǒng)的平均能效比較高。次年，印偉偉[45]團(tuán)隊(duì)對(duì)該系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了進(jìn)一步研究，通過(guò)建立系統(tǒng)傳熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，提出了基于系統(tǒng)傳熱特性的控制策略，針對(duì)不同控制策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和模型計(jì)算，提出了一種“設(shè)定室溫范圍下的間歇運(yùn)行控制策略”，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出室溫范圍控制的間歇運(yùn)行策略下系統(tǒng)能效比比機(jī)組回水溫度控制高0.3，地埋管換熱器換熱能力高28%，24h運(yùn)行周期內(nèi)，總耗電量減少52.7kWh。

陳威[46]對(duì)地源熱泵—地板輻射供暖系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行了模擬分析，提出末端以房間溫度設(shè)定啟停，熱泵系統(tǒng)以時(shí)間設(shè)定啟停的控制策略。對(duì)于鍋爐、風(fēng)冷熱泵、地源熱泵與地板輻射供暖結(jié)合的三種復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行了分析，結(jié)果表明地源熱泵與地板輻射結(jié)合的供暖系統(tǒng)在時(shí)間控制條件下，運(yùn)行費(fèi)用最低，主要原因是時(shí)間控制下的間歇運(yùn)行給予地下土壤溫度場(chǎng)低溫恢復(fù)的時(shí)間使得熱泵機(jī)組有著較高的效率。

當(dāng)輻射空調(diào)系統(tǒng)采用混凝土輻射末端時(shí)，由于該類型的輻射末端具有較強(qiáng)的熱惰性，使得系統(tǒng)的控制難度增加。近年來(lái)，有學(xué)者對(duì)其與地源熱泵相結(jié)合的復(fù)合系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行了針對(duì)性研究。Tahersima M[47]團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)研究表明可利用大面積混凝土輻射板作為“熱電池”，使熱泵在晚上8:00到次日早晨8:00非用電高峰時(shí)間運(yùn)行來(lái)儲(chǔ)存熱量，通過(guò)采用低谷電力來(lái)降低電費(fèi)且實(shí)現(xiàn)節(jié)能，且這種夜間運(yùn)行模式并不會(huì)影響建筑熱舒適性。RomaníJ等[48]發(fā)現(xiàn)與地源熱泵相結(jié)合的混凝土輻射空調(diào)系統(tǒng)在供冷方式下具有很高的節(jié)能潛力，且室內(nèi)溫度設(shè)定點(diǎn)和溫度波動(dòng)余量的選擇對(duì)系統(tǒng)節(jié)能性的提高十分重要。提出了夜間預(yù)冷的方式，將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到夜間，利用低谷電價(jià)來(lái)減少系統(tǒng)的運(yùn)行成本。Luisa F等[49]對(duì)混凝土輻射空調(diào)系統(tǒng)與地源熱泵相結(jié)合的復(fù)合系統(tǒng)提出了夜間預(yù)冷的策略，利用夜間的低谷電價(jià)將冷量?jī)?chǔ)存在墻體內(nèi)，白天進(jìn)行釋放，從而節(jié)省了系統(tǒng)運(yùn)行成本。Lemort V[50]等針對(duì)德國(guó)和比利時(shí)采用地源熱泵—混凝土輻射空調(diào)系統(tǒng)的建筑，對(duì)不同控制策略的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出采用熱泵在晚10:00到次日早6:00運(yùn)行，早6點(diǎn)到晚6點(diǎn)間的室外平均溫度低于17.5℃時(shí)啟用供熱模式，高于22℃開啟供冷模式的控制策略時(shí)，系統(tǒng)能效比最高，且熱泵利用夜間低谷電價(jià)，可節(jié)省運(yùn)行成本。

綜上所述，現(xiàn)有研究在該復(fù)合系統(tǒng)的控制方面已有一定的進(jìn)展，主要集中于從節(jié)能性及經(jīng)濟(jì)性角度提出復(fù)合系統(tǒng)最優(yōu)的運(yùn)行控制策略，主要研究成果表明室內(nèi)溫度控制優(yōu)于輻射末端回水溫度控制。對(duì)地源熱泵采用間歇運(yùn)行方式能夠較好的解決土壤熱失衡問(wèn)題，提高系統(tǒng)的節(jié)能性。與混凝土輻射末端結(jié)合時(shí)，地源熱泵亦采用夜間運(yùn)行的間歇運(yùn)行模式，可充分利用夜間低谷電價(jià)，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

2.4 地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的?分析

分析地源熱泵及輻射系統(tǒng)時(shí)，利用COP作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)僅能反映系統(tǒng)外部損失產(chǎn)生的影響，無(wú)法得出系統(tǒng)局部由于不可逆造成的能量損失。而?分析可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及局部進(jìn)行全面評(píng)估，深刻揭示能量損耗的本質(zhì)，是評(píng)價(jià)系統(tǒng)的重要依據(jù)。

2.4.1 ?分析的原理

?（Exergy）是熱力學(xué)第二定律的一個(gè)導(dǎo)出參數(shù)，是能量中可轉(zhuǎn)換為有用功的部分。?分析法從能量“量”與“質(zhì)”的角度出發(fā)，結(jié)合熱力學(xué)第一定律和第二定律，準(zhǔn)確地反映出能量轉(zhuǎn)換、利用和損耗的實(shí)質(zhì)，是一種較全面的能效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。?定義為穩(wěn)定流動(dòng)的開口系統(tǒng)從進(jìn)口狀態(tài)以可逆的方式轉(zhuǎn)變到與環(huán)境相平衡時(shí)的出口狀態(tài)時(shí)可作的最大有用功，對(duì)流過(guò)的1kg工質(zhì)而言[51]：

式中，ex為工質(zhì)焓?，kJ/kg；max為工質(zhì)的最大有用功，kJ/kg；0為環(huán)境溫度，K；為工質(zhì)進(jìn)口溫度，K；C為定壓比熱，kJ/(kg·K)。

?隨物質(zhì)本身溫度和環(huán)境溫度的變化而變化[52]。當(dāng)系統(tǒng)溫度高于環(huán)境溫度0，通過(guò)邊界傳遞的熱量所能作的最大有用功為熱量?；當(dāng)系統(tǒng)溫度低于環(huán)境溫度0，通過(guò)邊界傳遞的熱量所具有的最大作功能力為冷量?。記傳熱過(guò)程中系統(tǒng)吸收或放出的熱量為，根據(jù)卡諾理論有[51]：

熱量?：

冷量?：

對(duì)于一般的穩(wěn)態(tài)定常流動(dòng)過(guò)程，能量平衡可表示為總能量輸入等于總能量輸出，即：輸入=輸出。而對(duì)于?平衡，由于系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在不可逆損失，若系統(tǒng)是穩(wěn)定的，有?平衡方程：

式中，輸入為輸入?流，即系統(tǒng)消耗的總?量；輸出為輸出?流，即所要獲得的有用的收益?；Ex為系統(tǒng)外部?損失，以外部?損失的形式排離系統(tǒng)的?；∑Ex為系統(tǒng)內(nèi)各部分?損失之和。

不可逆的過(guò)程伴有各種損失，這些損失的大小反映了系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換的效率和利用程度。在進(jìn)行?分析時(shí)，常用?效率來(lái)反映整個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備?的利用程度，其定義為收益的?與作為代價(jià)的?之比[51]，即：

由上式可以看出，?損失越小，?效率就越高，反之?損失越多，?效率越低。準(zhǔn)確地揭示出系統(tǒng)各個(gè)部分和各部件所存在的?損失是對(duì)能量轉(zhuǎn)換和利用程度進(jìn)行?分析的主要目的，找到影響?效率的薄弱環(huán)節(jié)，以便采取相應(yīng)措施，提高能量轉(zhuǎn)換率。

2.4.2 ?分析在地源熱泵—輻射供冷/暖系統(tǒng)研究中的應(yīng)用

?分析是評(píng)估系統(tǒng)性能和熱過(guò)程不可逆性的有效工具，有學(xué)者利用?效率及?損失等評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地源熱泵—輻射供冷/暖系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

地源熱泵方面，2004年Hepbasli A等[53]應(yīng)用?分析法對(duì)地源熱泵系統(tǒng)及主要組成部件進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。利用質(zhì)量、能量、?和熵平衡方程導(dǎo)出了閉環(huán)垂直地源熱泵系統(tǒng)的能量和?分析表達(dá)式，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。次年，Hepbasli A[54]團(tuán)隊(duì)從能量和?兩方面對(duì)地源熱泵進(jìn)行了熱力分析，目的在于提高系統(tǒng)的過(guò)程效率。接著Hepbasli A[55]團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了進(jìn)一步研究，給出了熱泵機(jī)組各部件及系統(tǒng)的?損（或不可逆性）以及能量效率和?效率之間的關(guān)系，指出?對(duì)系統(tǒng)的性能評(píng)估更為全面。Li R等[56]基于冷熱?的概念，得出地源熱泵相比于空氣源熱泵具有更高的?效率。且與除濕模式相比，系統(tǒng)在供冷模式下?消耗較低且?效率較高。Menberg K等[57]應(yīng)用冷熱?的概念，建立了復(fù)合地源熱泵系統(tǒng)（輔助燃?xì)忮仩t）的熱力學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)在供熱和供冷過(guò)程中的?消耗進(jìn)行了分析，得出通過(guò)改變系統(tǒng)運(yùn)行條件和改進(jìn)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)提高系統(tǒng)?效率，對(duì)供熱過(guò)程的影響大于供冷過(guò)程。Hu P等[58]結(jié)合TRNSYS軟件模擬對(duì)武漢某公共建筑地源熱泵系統(tǒng)在不同控制策略下的能量和?進(jìn)行了分析，得出變頻泵變流量控制為最優(yōu)策略，且季節(jié)?效率可更好地反映地源熱泵系統(tǒng)的性能，同時(shí)?損失也為重要指標(biāo)。

輻射末端方面，Wang S等[59]研究了冷負(fù)荷、相對(duì)濕度、輻射板面積等參數(shù)對(duì)輻射供冷系統(tǒng)?效率的影響，得出在一定范圍內(nèi)，?效率隨冷負(fù)荷的減少、相對(duì)濕度的增加、輻射板面積的增加降低。隋學(xué)敏等[60]利用?分析的方法，得出輻射末端?效率為普通風(fēng)機(jī)盤管的1.6～1.9倍，且相對(duì)?效率隨參考溫度的升高而降低，隨輻射空調(diào)承擔(dān)顯熱負(fù)荷比例的增加而增大，應(yīng)盡可能提高輻射末端承擔(dān)的冷負(fù)荷比例來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。薛紅香等[61]采用?分析方法對(duì)毛細(xì)管輻射平面、散熱器、風(fēng)機(jī)盤管和輻射地板4種供暖末端進(jìn)行比較，得出毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)?損失最低，節(jié)能效果最好。Kilkis B[62]通過(guò)建立?平衡模型REMM得出，由可再生能源驅(qū)動(dòng)的地源熱泵—輻射供冷/暖系統(tǒng)比以化石能源驅(qū)動(dòng)的輻射空調(diào)系統(tǒng)具有更高的?效率。

另外，亦有學(xué)者將?分析與經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)合，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。胡平放等[63]以熱力學(xué)?分析方法的單位?成本和單位冷熱量成本作為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，得出地源熱泵冬季?效率及總體經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于空氣源熱泵。董現(xiàn)峰[64]等人對(duì)6種供暖系統(tǒng)（水源熱泵+地板輻射供暖系統(tǒng)、電熱水鍋爐+地板輻射供暖系統(tǒng)、燃?xì)鉄崴仩t+地板輻射供暖系統(tǒng)、集中供熱鍋爐房+換熱器+地板輻射供暖系統(tǒng)、集中供熱鍋爐房+散熱器供暖系統(tǒng)、空氣源熱泵+地板輻射供暖系統(tǒng)）進(jìn)行?經(jīng)濟(jì)成本及環(huán)境經(jīng)濟(jì)成本分析，得出水源熱泵結(jié)合地板輻射供暖系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。郭曉坤等[65]人利用年度化費(fèi)用的方法進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)分析，得出地板輻射采暖與傳統(tǒng)散熱器采暖相比節(jié)約投資費(fèi)用10%左右，且最佳管間距可使輻射采暖的年化費(fèi)用最低，最佳管間距隨管材費(fèi)用的增加而增大，隨燃料?單價(jià)的增加而減小。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外研究采用?效率和?經(jīng)濟(jì)成本分析法得出了地源熱泵及輻射系統(tǒng)具有更高的?效率和更低的能量消耗，具有節(jié)能性及較優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，?分析可全面評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)及局部的效率，揭示能量損耗的本質(zhì)，具體反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部及各設(shè)備的?損失，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)問(wèn)題并判斷系統(tǒng)中可以改進(jìn)的部分，經(jīng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能。且將?分析與經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)合起來(lái)的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法，可詳細(xì)描述整個(gè)系統(tǒng)中成本的形成并進(jìn)行合理的成本評(píng)估，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能。目前，國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者利用?分析法針對(duì)地源熱泵或輻射末端進(jìn)行了探究，但對(duì)地源熱泵結(jié)合輻射供冷/暖的復(fù)合系統(tǒng)的綜合?分析研究甚少。

3 尚需解決的問(wèn)題

雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的研究已取得了一定的成果，但由于系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，尚有不少問(wèn)題有待進(jìn)一步研究與解決：

（1）對(duì)于不同類型的地源熱泵和不同類型的輻射末端相結(jié)合，缺乏針對(duì)性的運(yùn)行策略，需進(jìn)行深入研究，以達(dá)到最優(yōu)控制。

（2）根據(jù)不同氣候區(qū)的土壤“冷（熱）堆積”問(wèn)題，土壤源熱泵需耦合輔助熱源或冷源，而該系統(tǒng)受雙熱源/冷源耦合特性的影響，與輻射末端相結(jié)合采用何種調(diào)控方式需進(jìn)一步研究。

（3）該復(fù)合系統(tǒng)相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范不夠完善，且施工工藝不夠規(guī)范，對(duì)系統(tǒng)的性能、使用壽命和投資費(fèi)用等有很大影響，應(yīng)盡快建立相應(yīng)的規(guī)范細(xì)則，以便于該技術(shù)的應(yīng)用。

4 結(jié)論及展望

由于節(jié)能、環(huán)保、舒適等優(yōu)勢(shì)，地源熱泵與輻射供冷/暖系統(tǒng)相結(jié)合的復(fù)合系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，本文對(duì)其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，總結(jié)了目前的主要研究成果及亟待解決的問(wèn)題，主要得到以下結(jié)論：

（1）目前地源熱泵—輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的研究主要集中于復(fù)合系統(tǒng)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行特性及控制策略方面。地源熱泵與輻射系統(tǒng)相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有效提高地源熱泵機(jī)組的能效比，節(jié)能效果顯著，長(zhǎng)期運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)性方面具有優(yōu)勢(shì)。

（2）地埋管直供輻射供冷系統(tǒng)COP可達(dá)到10以上，與采用熱泵作為冷源的復(fù)合式系統(tǒng)相比，節(jié)能效果顯著。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)的研究較少，有待于進(jìn)一步研究、應(yīng)用推廣。地埋管直供輻射供冷系統(tǒng)應(yīng)用于不同緯度地區(qū)及土壤環(huán)境中的適應(yīng)性、運(yùn)行控制策略及應(yīng)用效果有待于進(jìn)一步研究。

（3）地源熱泵與輻射供冷/暖復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略是影響該復(fù)合系統(tǒng)節(jié)能性及應(yīng)用推廣的關(guān)鍵問(wèn)題，在以下方面還有待于進(jìn)一步研究：對(duì)于不同類型的地源熱泵系統(tǒng)和不同類型的輻射末端的相結(jié)合，應(yīng)研究針對(duì)性的運(yùn)行控制策略；對(duì)于耦合輔助熱源或冷源的混合式土壤源熱泵與輻射末端相結(jié)合時(shí)最優(yōu)的運(yùn)行控制策略有待于研究。

（4）?分析可深刻揭示能量損耗的本質(zhì)，有效改善系統(tǒng)的薄弱之處，且將?分析與經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)合，能更全面探究系統(tǒng)的節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性。目前，對(duì)于地源熱泵結(jié)合輻射供冷/暖的復(fù)合系統(tǒng)的?分析少之又少，如何采用?分析方法對(duì)該復(fù)合式系統(tǒng)整體及局部進(jìn)行評(píng)估，找到影響復(fù)合系統(tǒng)?效率的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)措施優(yōu)化系統(tǒng)，進(jìn)一步提升復(fù)合系統(tǒng)的節(jié)能潛力，是該復(fù)合式系統(tǒng)未來(lái)的重要研究方向。

[1] Man Y, Yang H, Wang J. Study on hybrid ground-coupled heat pump system for air-conditioning in hot-weather areas like Hong Kong[J]. Applied Energy, 2010,87(9):2826-2833.

[2] 壽青云,陳汝?yáng)|.高效節(jié)能的空調(diào)一地源熱泵[J].節(jié)能, 2001(1):41-43.

[3] 王子介.低溫輻射供暖與輻射供冷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:2-5.

[4] Feustel H E, Stetiu C. Hydronic Radiation Cooling- Preliminary Assesment[J]. Energy and Buildings, 1995, 22(3):193-205.

[5] 韓宗偉,王一茹,楊軍,等.嚴(yán)寒地區(qū)熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及展望[J].建筑科學(xué),2013,29(12):124-133.

[6] 王勇.地源熱泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào), 2001,20(5):12-13.

[7] 袁艷平,曹曉玲,雷波,等.中國(guó)地區(qū)土壤源熱泵系統(tǒng)研究進(jìn)展評(píng)述[J].四川建筑科學(xué)研究,2010,36(2):252-257.

[8] 蘆子健,曲世琳,韓金權(quán),等.嚴(yán)寒地區(qū)蓄熱式太陽(yáng)能土壤源熱泵耦合系統(tǒng)適用性研究[J].建筑科學(xué),2017, 33(10):97-103.

[9] 錢程,徐偉.嚴(yán)寒地區(qū)土壤源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行性能分析[J].建筑科學(xué),2008,24(12):77-80.

[10] Innersoll L R, Plass H J. Theory of the ground pipe heat source for the heat pump[J]. ASHRAE Transactions, 1948,20(7):119-122.

[11] Innersoll L R, Zobel O J, Innersoll A C. Heat Conduction with Engineering, Geological and Other Applications[M]. New York: McGraw-Hill, 1954:250-251.

[12] 馬宏權(quán),龍惟定.地埋管地源熱泵系統(tǒng)的熱平衡[J].暖通空調(diào),2009,39(1):102-106.

[13] 楊衛(wèi)波,張?zhí)K蘇.冷熱負(fù)荷非平衡地區(qū)土壤源熱泵土壤熱失衡研究現(xiàn)狀及其關(guān)鍵問(wèn)題[J].流體機(jī)械,2014, 42(1):80-87.

[14] 金光,王正文,吳晅,等.混合式土壤源熱泵系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及展望[J].流體機(jī)械,2016,44(2):82-88.

[15] 於仲義,胡平放,袁旭東.土壤源熱泵地埋管換熱實(shí)驗(yàn)研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版),2008,25(3): 157-160.

[16] 徐偉,劉志堅(jiān).中國(guó)地源熱泵技術(shù)發(fā)展與展望[J].建筑科學(xué),2013,29(10):26-33.

[17] JGJ142-2012,輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[18] 李錦堂,孫宗宇,李驥,等. 輻射吊頂供冷方式節(jié)能舒適性研究[J].建筑科學(xué),2015,31(10):169-177.

[19] 廖買利,謝東,丁偉,等.輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)的研究綜述[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,31(2):23-27.

[20] 黃立志,李念平,何穎東,等.不同輻射供冷方式下室內(nèi)熱舒適和能耗模擬分析[J].建筑科學(xué),2017,33(8):90-96.

[21] 劉艷超,金梧鳳,陳華.地板輻射供冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制[J].建筑科學(xué),2012,28(8):32-35.

[22] Stand R K, Baumgartner K T. Modeling Radiant Heating and Cooling Systems: Integration with a Whole Building Simulation Program[J]. Energy and Buildings, 2004, 37(4):389-397.

[23] Jin X, Zhang X, Luo Y, et al. Numerical Simulation of Radiant Floor Cooling System: Effects of Thermal Resistance of Pipe and Water Velocity on the Performance[J]. Building and Environment, 2010,45(11): 2545-2552．

[24] 裴鳳,陳華,金梧鳳,等.不同結(jié)構(gòu)毛細(xì)管網(wǎng)輻射板供冷性能實(shí)驗(yàn)研究[J].低溫與超導(dǎo),2013,41(7):58-63.

[25] Lim J H, Jo J H, Kim Y K, et al. Application of the Control Methods for Radiant Floor Cooling System in Residential Buildings[J]. Building and Environment, 2006,41(1):60-73.

[26] 袁旭東,王鑫,柯瑩.地板輻射供冷的控制方法[J].制冷與空調(diào),2007,21(2):41-44.

[27] Romaní J, Perez G, Gracia de A. Experimental evaluation of a heating radiant wall coupled to a ground source heat pump[J]. Renewable Energy, 2017,105(5): 520-529.

[28] Gantiez C, Lemort V, Hoogmartens J, et al. Energy and comfort performance analysis of monitored thermally activated building systems combined with geothermal heat pumps[C]. International High Performance Buildings Conference, 2012.

[29] Boji? M, Cvetkovi? D, Boji? L. Decreasing energy use and influence to environment by radiant panel heating using different energy sources[J]. Applied Energy, 2015, 138(4):404-413.

[30] Villarino J I, Villarino A, Fernández F A. Experimental and modeling analysis of an office building HVAC system based in a ground-coupled heat pump and radiant floor[J]. Applied Energy, 2017,190(3):1020-1028.

[31] Sarbu I, Sebarchievici C. A study of the performances of low-temperature heating Systems[J]. Energy Efficiency, 2015,8(3):609-627.

[32] Sarbu I, Sebarchievici C. Using Ground-Source Heat Pump Systems for Heating/Cooling of Buildings[M]. Advances in Geothermal Energy, InTech, 2016.

[33] 路詩(shī)奎,宋志雄,陳育平,等.地源熱泵輻射供冷技術(shù)在展廳的應(yīng)用[J].可再生能源,2011,29(1):129-132.

[34] 張子平,蘇艷紅,佟娜娜.輻射空調(diào)與地源熱泵系統(tǒng)的研究應(yīng)用[C].2010年建筑環(huán)境科學(xué)與技術(shù)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2010.

[35] 薛文軍.某地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采用不同末端的能耗分析與對(duì)比[J].綠色科技,2016(2):102-104.

[36] Lu S, Zhang X. Thermal comfort assessment and energy consumption analysis of ground-source heat pump system combined with radiant heating/cooling[J]. Journal of Southeast University ( English Edition), 2012,28(1):52-57.

[37] 黃忠,劉憲英,丁勇,等.重慶夏季低溫輻射供冷地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)試驗(yàn)研究[J].暖通空調(diào),2008,38(7):15-19.

[38] 王文,何雪冰,劉憲英.地源熱泵—輻射地板聯(lián)供試驗(yàn)[J].發(fā)電與空調(diào),2002,23(2):12-16.

[39] 張玲,陳光明,黃奕沄.U型豎埋管地源熱泵一輻射地板聯(lián)合運(yùn)行冬季啟動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 流體機(jī)械,2005,33(增刊): 108-111.

[40] 王蕾,陸長(zhǎng)華,佟娜娜.杭州某別墅地源熱泵輻射空調(diào)系統(tǒng)夏季室內(nèi)熱環(huán)境測(cè)試分析[C].全國(guó)暖通空調(diào)制冷2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2010.

[41] 張琪.土壤冷源直供地板輻射供冷系統(tǒng)運(yùn)行特性模擬研究[D].天津:天津大學(xué),2014.

[42] 祁英.地埋管直接供冷系統(tǒng)供冷特性研究[D].濟(jì)南:山東建筑大學(xué),2015.

[43] 胡松濤,張莉,王剛.太陽(yáng)能-地源熱泵與地板輻射空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行方式探討[J].暖通空調(diào),2005,35(3):41-44.

[44] 印偉偉,付祥釗.土壤源熱泵+地板輻射供暖系統(tǒng)熱源控制方式[J].煤氣與熱力,2013,33(3):23-25.

[45] 印偉偉.地源熱泵-地板輻射空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行控制研究[D].重慶:重慶大學(xué),2014.

[46] 陳威.地源熱泵與地板輻射聯(lián)合供暖系統(tǒng)控制策略分析[D].重慶:重慶大學(xué),2016.

[47] Tahersima M, Tikalsky P, Revankar R. An experimental study on using a mass radiant floor with geothermal system as thermal battery of the building[J]. Building and Environment, 2018,133(4):8-18.

[48] Romaní J, Pérez G, Gracia A D. Experimental evaluation of a cooling radiant wall coupled to a ground heat exchanger[J]. Energy and Buildings, 2016,129(10): 484-490.

[49] Luisa F, Romaní J, et al. Experimental testing of cooling internal loads with a radiant wall[J]. Renewable Energy, 2018,116(2):1-8.

[50] Lemort V. Monitoring of real GEO-HP-TABS(Energy performance and control evaluation)[R]. Université De Liège, 2013.

[51] 朱明善.能量系統(tǒng)的?分析[M].北京:清華大學(xué)出版社, 1988.

[52] Shukuya M. Exergy concept and its application to the built environment[J]. Building and Environment, 2009, 44(7):1545-1550.

[53] Hepbasli A, Akdemir O. Energy and exergy analysis of a ground source (geothermal) heat pump system[J]. Energy Conversion and Management, 2004,45(5): 737-753.

[54] Hepbasli A. Thermodynamics analysis of a ground source heat pump system for district heating[J]. International Journal of Energy Research, 2005,29(7): 671-687.

[55] Hepbasli A, Tolga Balta M. A study on modeling and performance assessment of a heat pump system for utilizing low temperature geothermal resources in buildings[J]. Building and Environment, 2007,42(10): 3747-3756.

[56] Li R, Ooka R, Shukuya M. Theoretical analysis on ground source heat pump and air source heat pump systems by the concepts of cool and warm exergy[J]. Energy and Buildings, 2014,75(6):447-455.

[57] Menberg K, Heo Y, Choi W, et al. Exergy analysis of a hybrid ground-source heat pump system[J]. Applied Energy, 2017,204(10):31-46.

[58] Hu P, Hu Q, Lin Y, et al. Energy and exergy analysis of a ground source heat pump system for a public building in Wuhan, China under different control strategies[J]. Energy and Buildings, 2017,152(10):301-312.

[59] Wang S, Morimoto M, Soeda H, et al. Evaluating the low exergy of chilled water in a radiant cooling system[J]. Energy and Buildings, 2018,40(10):1856-1865.

[60] 隋學(xué)敏,張旭.輻射空調(diào)末端的分析與評(píng)價(jià)[J].流體機(jī)械, 2010,38(4):71-73.

[61] 薛紅香,張霞,王雷. 基于?分析的供暖末端設(shè)備節(jié)能性研究[J].可再生能源,2010,28(6):118-120.

[62] Kilkis B. Exergy metrication of radiant panel heating and cooling with heat pumps[J]. Energy Conversion and Management, 2012,63(11):218-224.

[63] 胡平放,李芬容,孫啟明,等.地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的熱力學(xué)分析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009, 37(4):97-100.

[64] 董現(xiàn)峰,謝慧,范慧芳.水源熱泵結(jié)合地板輻射供暖的經(jīng)濟(jì)性分析[J].煤氣與熱力,2008,28(6): 36-38.

[65] 郭曉坤,傅秦生,雷軍拓,等.地面輻射采暖的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,34(2): 58-60.

Research Status and Prospect of Ground Source Heat Pump Combined with Radiant Cooling/Heating System

Sui Xuemin1Liu Jialu2Huang Lixuezi1Jiang Chao1

( 1.School of Civil Engineering, Chang'an University, Xi'an, 710061;2. School of Environmental Science and Engineering, Chang'an University, Xi'an, 710054 )

The characteristics and basic principles of ground source heat pump and radiant cooling/heating system were introduced in this paper, and the reasons and advantages of the combination of these two systems were analyzed. Then, the domestic and foreign research status of ground source heat pump combined with radiant cooling/heating system were summarized from four aspects including energy saving and economy, operation characteristics, control strategy, and application of exergy analysis method. At last, the problems to be solved in the research and application of the composite system were discussed. The research work and conclusions can provide a reference for the further study of the ground source heat pump combined with cooling/heating system.

ground source heat pump; radiant cooling/heating; research status; key problem

TU831

A

1671-6612（2019）02-193-10

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51308049）；陜西省住房城鄉(xiāng)建設(shè)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015—K72）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（300102288202）

隋學(xué)敏（1981-），女，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，E-mail：suixuemin@163.com

2019-03-04