地源熱泵系統(tǒng)能效提升途徑

張育平，楊瀟，劉俊，劉博洋，湯伏蛟，譚憶秋

（1.陜西省煤田地質(zhì)集團(tuán)有限公司，自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710026；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150006；3.陜西中煤新能源有限公司，陜西 西安 710054）

中國(guó)為能源消耗大國(guó)，能源短缺與消耗的化石能源過(guò)高是限制中國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展重要阻礙。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022 年全國(guó)能源消費(fèi)總量為54.1×108t 標(biāo)準(zhǔn)煤，比2021 年增長(zhǎng)2.9 %。其中，煤炭消費(fèi)量增長(zhǎng)4.3 %，原油消費(fèi)量下降3.1 %，天然氣消費(fèi)量下降1.2%，電力消費(fèi)量增長(zhǎng)3.6%[1]。2030 年前CO2排放達(dá)到峰值與2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)給中國(guó)新能源和可再生能源的開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)了機(jī)遇與挑戰(zhàn)，例如地?zé)崮?、太?yáng)能、風(fēng)能等可再生能源在近些年發(fā)展迅速。中國(guó)地?zé)醿?chǔ)量約為全球地?zé)醿?chǔ)量的1/6，以中低溫資源為主[2-3]。中國(guó)南方地區(qū)，淺層地溫梯度平均值為0.025 K/m，北方地區(qū)平均值為0.03 K/m，年可開(kāi)采淺層地?zé)豳Y源量折合約為7×108t標(biāo)準(zhǔn)煤[2]。淺層地?zé)崮茏鳛橐环N可再生資源，具有分布廣泛、資源豐富、穩(wěn)定可靠、開(kāi)發(fā)利用相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被應(yīng)用于交通業(yè)、建筑業(yè)、畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。北京大興機(jī)場(chǎng)流體加熱系統(tǒng)等工程研究表明，地源熱泵系統(tǒng)的合理運(yùn)行可在滿足終端道路除冰雪需求的基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能減排的效果，助力中國(guó)機(jī)場(chǎng)交通基礎(chǔ)設(shè)施在保障飛機(jī)滑行安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)[4-5]。地源熱泵系統(tǒng)（Ground Source Heat Pump System，簡(jiǎn)稱GSHPS）以地?zé)崮茏鳛槔湓椿驘嵩?，通過(guò)熱泵機(jī)組將冷源或熱源輸送至用戶端，達(dá)到節(jié)能目標(biāo)[6]，比傳統(tǒng)空氣源熱泵（Air Source Heat Pump System，簡(jiǎn)稱ASHPS）可節(jié)省約40 %的能耗[7]。近年來(lái)，中國(guó)淺層地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用增速較高，總裝機(jī)容量在2020 年底已達(dá)到2.6×104MW，連續(xù)20 多年處于世界領(lǐng)先地位[8-9]。地埋管是地源熱泵系統(tǒng)的核心組成部分，合理提升地埋管換熱效果對(duì)推廣地源熱泵系統(tǒng)具有重要意義[10]。

地源熱泵系統(tǒng)由于氣候條件、使用場(chǎng)景、運(yùn)行策略等差異而具有不同的冷熱負(fù)荷。對(duì)于加熱為主的地埋管群熱泵系統(tǒng)，如中國(guó)北方流體加熱型融冰除雪路面（圖1），寒冷季節(jié)埋管取熱量大于夏季釋放到巖土中的熱量，造成第二個(gè)采暖季開(kāi)始時(shí)巖土體溫度不能恢復(fù)到第一個(gè)采暖季開(kāi)始時(shí)的溫度，從而使巖土體溫度下降，且可能出現(xiàn)巖土體溫度逐年下降的現(xiàn)象。反之，對(duì)于制冷為主需求，大量熱能將會(huì)在炎熱季節(jié)釋放到地下空間，導(dǎo)致熱堆積，而采暖季節(jié)不能將巖土體溫度降低到初始狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)巖土體溫度上升現(xiàn)象。單一加熱或制冷地源熱泵系統(tǒng)常導(dǎo)致地溫異常，削弱熱泵系統(tǒng)能效，兩者共同作用有利于巖土體溫度恢復(fù)，然而冷熱負(fù)荷不匹配仍可導(dǎo)致巖土體溫度場(chǎng)失衡現(xiàn)象[11]。地源熱泵系統(tǒng)在長(zhǎng)期制冷或供熱負(fù)荷不平衡的運(yùn)行工況下可造成巖土體溫度無(wú)法恢復(fù)到起始溫度，且這種不平衡現(xiàn)象一般會(huì)隨地源熱泵系統(tǒng)的使用年限而加劇，出現(xiàn)巖土體高溫或低溫導(dǎo)致的熱源或冷源積聚現(xiàn)象，進(jìn)一步引發(fā)地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行期間的節(jié)能特性逐年降低，甚至在短期內(nèi)造成地源熱泵系統(tǒng)因節(jié)能特征不滿足要求而被迫關(guān)閉[12]。

圖1 路面除冰雪型地源熱泵系統(tǒng)（據(jù)文獻(xiàn)[4-5]修改）Fig.1 Ground source heat pump system in pavement heating

地埋管群管設(shè)計(jì)不合理、不采用輔助冷源和熱源、系統(tǒng)運(yùn)行控制策略不佳是導(dǎo)致地源熱泵系統(tǒng)性能下降的主要因素。針對(duì)冷熱負(fù)荷提出相對(duì)應(yīng)熱源和冷源積聚區(qū)域，解決辦法是解決巖土體溫度場(chǎng)不平衡現(xiàn)象以及提高系統(tǒng)能效的關(guān)鍵。近年來(lái)，有諸多關(guān)于地埋管群地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化方案的研究，主要包括地埋管群優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、地下儲(chǔ)能和去能方法、輔助熱源和冷源方法與冷熱負(fù)荷管理方法等。GULTEKIN 等[13]研究了埋管群排布方式對(duì)地埋管群綜合換熱能力的影響，結(jié)果表明，采用直線型埋管排布方法可有效減輕地下溫度場(chǎng)不平衡現(xiàn)象，該研究結(jié)果證明地埋管群優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有助于維持地下巖土體的溫度均衡。NARANJO-MENDOZA 等[14]研究了地源熱泵系統(tǒng)儲(chǔ)能效果，超過(guò)一年半的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，跨季節(jié)將太陽(yáng)能通過(guò)地埋管等方式存儲(chǔ)于地下介質(zhì)，有利于實(shí)現(xiàn)地下溫度場(chǎng)平衡，從而提高系統(tǒng)能效，說(shuō)明通過(guò)將熱源或者冷源存儲(chǔ)于地下空間對(duì)保持地下巖土體溫度平衡有積極作用。SI 等[15]采用TRNSYS軟件模擬了北京地區(qū)太陽(yáng)能-地源熱泵系統(tǒng)加熱能效，研究結(jié)果表明，太陽(yáng)能集熱器-地埋管串聯(lián)運(yùn)行模式與太陽(yáng)能集熱板-地埋管晝夜儲(chǔ)能分配模式較單地源熱泵系統(tǒng)具有更優(yōu)性能，且運(yùn)行10 a后太陽(yáng)能集熱器-地埋管串聯(lián)運(yùn)行模式系統(tǒng)地溫下降0.8°C，表明在地源熱泵系統(tǒng)之中采用輔助熱源或冷源方法有利于提高地源熱泵系統(tǒng)性能。LAZZARI等[16]研究了無(wú)地下水滲流作用影響下地埋管群在50 a運(yùn)行期間的能效表現(xiàn)，研究結(jié)果表明，單-冷熱負(fù)荷工況是造成地源熱泵系統(tǒng)性能逐年下降的重要原因，可見(jiàn)合理的終端冷熱負(fù)荷是提升地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能水平有效的手段。

結(jié)合最新研究成果，綜述提升地源熱泵系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，重點(diǎn)從管群設(shè)計(jì)、地下儲(chǔ)能和去能、輔助熱源和冷源、系統(tǒng)運(yùn)行控制策略等方面對(duì)巖土體溫度場(chǎng)與地源熱泵系統(tǒng)能效的影響進(jìn)行歸納總結(jié)。

1 管群優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

地埋管系統(tǒng)設(shè)計(jì)因素主要包括地質(zhì)條件、初始地溫、地埋管間距、地埋管管型結(jié)構(gòu)與排布方式、冷熱負(fù)荷、埋管深度、鉆孔回填材料、管內(nèi)載液及運(yùn)行工況等，主要影響因素為埋管間距、排布方式、終端冷熱負(fù)荷。重點(diǎn)介紹地埋管群埋管間距與管群幾何模型對(duì)地源熱泵換熱系統(tǒng)的影響及可優(yōu)化途徑。

地埋管內(nèi)部載液主要通過(guò)熱對(duì)流與周圍巖土體進(jìn)行熱交換，傳遞到巖土體中的熱量在無(wú)地下水作用下主要通過(guò)熱傳導(dǎo)向遠(yuǎn)端巖土體擴(kuò)散。在同工程地質(zhì)與設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)的條件下，地埋管群管間距越大，管間溫度場(chǎng)相互干擾越小。管間距推薦值與工程地質(zhì)條件及管群負(fù)荷密切相關(guān)，在實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)采用熱響應(yīng)測(cè)試方法調(diào)查巖土體熱物理參數(shù)與水文參數(shù)，并根據(jù)地源熱泵系統(tǒng)季節(jié)性冷熱負(fù)荷對(duì)管間距做出綜合判定。由于工程地質(zhì)調(diào)查與驗(yàn)算工作存在投資大、計(jì)算專業(yè)性強(qiáng)等特點(diǎn)，不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)管間距推薦值做出國(guó)家或者行業(yè)內(nèi)的規(guī)定，而這些規(guī)定采用的管間距標(biāo)準(zhǔn)存在差異。例如，瑞典規(guī)范規(guī)定管間距推薦值為20 m，德國(guó)為5～6 m，而中國(guó)為3～6 m[17]。管群間距小可增加單位面積內(nèi)埋管數(shù)量，然而同樣造成管間熱干擾增加，加劇巖土體溫度場(chǎng)不平衡現(xiàn)象，最終造成地源熱泵系統(tǒng)能效降低[8-10]。

目前存在較多關(guān)于地埋管群排布方式的研究，主要集中于管群整體布設(shè)形狀。研究結(jié)果表明，在同樣數(shù)量地埋管的基礎(chǔ)上，長(zhǎng)寬比顯著（圖2）的布管模式利于減小管間熱干擾，降低地下溫度場(chǎng)失衡水平，進(jìn)而提高地源熱泵系統(tǒng)能效[13]。例如，等地埋管數(shù)量的地源熱泵系統(tǒng)采用直線排布方式比長(zhǎng)方形方式更利于維持巖土體溫度平衡，長(zhǎng)方形布管形狀優(yōu)于正方形布管模式，正方形排布形狀的地埋管群較圓形排布的地埋管群換熱效果更加優(yōu)異[18]。研究表明，埋管群采用直線排布時(shí)地源熱泵能效（Coefficient of Performance，簡(jiǎn)稱COP）5 a平均值較正方形排布模式在制冷模式下可提高12%，在加熱模式下可提高16 %[19]，定區(qū)域下地埋管排布方式對(duì)地源熱泵系統(tǒng)性能的影響可忽略不計(jì)[20]。地下水滲流作用同樣對(duì)管群布管形式有一定影響，在無(wú)地下水滲流作用影響的前提下，適當(dāng)提升地埋管群外側(cè)埋管冷熱負(fù)荷配比有利于通過(guò)邊緣地埋管將積聚熱量傳至遠(yuǎn)端，進(jìn)而提升地源熱泵系統(tǒng)能效；在有地下水滲流作用工程地質(zhì)條件下，地埋管群周圍巖土體溫度場(chǎng)受地下水流速及流動(dòng)方向的影響，增加外側(cè)及下游地埋管負(fù)荷，有利于利用地下水滲流產(chǎn)生的熱對(duì)流作用帶走不平衡溫度，利于巖土體溫度場(chǎng)平衡，進(jìn)而提升地埋管群換熱效率[21]。根據(jù)地埋管群熱干擾特點(diǎn)，管群中心區(qū)域巖土體溫度在無(wú)地下水作用下由于積聚的熱量難以向周圍巖土體擴(kuò)散，受干擾嚴(yán)重。因此，地埋管群中心區(qū)域布管數(shù)量相對(duì)稀疏，有利于提高地下巖土體溫度平衡[22]。

圖2 不同的地埋管群布置方法Fig.2 Different underground borehole heat exchanger array layouts

因此，增加地埋管群管間距與直線排布方式可緩解巖土體溫度不平衡現(xiàn)象，提升地源熱泵系統(tǒng)能效。地下水滲流作用下可通過(guò)提高外側(cè)埋管負(fù)荷緩解巖土體溫度不平衡問(wèn)題。實(shí)際工程中，地埋管排布方式受到地域條件限制，在限定區(qū)域內(nèi)研究更合理的管群排布方式對(duì)于提高地源熱泵系統(tǒng)能效具有更強(qiáng)工程意義。研究結(jié)果表明，采用W 型和雙U 型地埋管也可以在一定程度上提升地源熱泵系統(tǒng)能效[19]。盡管通過(guò)增加埋管間距、埋管排布優(yōu)化布置等管群設(shè)計(jì)方法有利于減小地埋管之間的相互擾動(dòng)造成的熱泵系統(tǒng)能效降低問(wèn)題，此類方法僅適用于巖土體溫度場(chǎng)受擾動(dòng)較小工程，對(duì)于冷熱負(fù)荷不平衡較嚴(yán)重地源熱泵系統(tǒng)而言，僅增大地埋管設(shè)計(jì)間距與優(yōu)化布置方法不足以解決巖土體溫度場(chǎng)不平衡問(wèn)題。

2 儲(chǔ)能和去能方法

儲(chǔ)能方法可通過(guò)地埋管群等途徑把傳統(tǒng)化石燃料、太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱等熱源存儲(chǔ)于巖土體等介質(zhì)。相反，去能方法可通過(guò)地埋管群等方法將冷源存儲(chǔ)于巖土體等介質(zhì)。此類方法可減輕巖土體溫度場(chǎng)不平衡現(xiàn)象，提升系統(tǒng)綜合能效。

儲(chǔ)能方法一般適用于地埋管全年取熱量大于全年放熱量場(chǎng)景。該方法可通過(guò)地埋管群將太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱等外部能量存儲(chǔ)于巖土體等介質(zhì)。相變材料（Phase Change Material，簡(jiǎn)稱PCM）具有在相變發(fā)生時(shí)可放出或吸收大量熱的特性。因此，相變儲(chǔ)能技術(shù)有應(yīng)用于地源熱泵系統(tǒng)的潛力，應(yīng)對(duì)地下溫度場(chǎng)熱不平衡問(wèn)題。

相反，對(duì)于年均熱負(fù)荷低于冷負(fù)荷工程，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行可導(dǎo)致巖土體熱負(fù)荷集聚，降低地源熱泵系統(tǒng)制冷性能。因此，采用適宜的去能方法降低地下溫度場(chǎng)或采用輔助手段減少地埋管系統(tǒng)總散熱量是提升制冷為主型熱泵系統(tǒng)性能的重要途徑。

2.1 儲(chǔ)能方法

對(duì)于供熱為主地區(qū)，通過(guò)將太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱等能源存儲(chǔ)于巖土中可用于冬季采暖。早在20 世紀(jì)80年代，瑞典與國(guó)際能源署（International Energy Agency，簡(jiǎn)稱IEA）率先進(jìn)行了大規(guī)模地下跨季節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究。目前，美國(guó)、瑞典、德國(guó)、丹麥等國(guó)家均已建成基于跨季節(jié)儲(chǔ)能技術(shù)的區(qū)域供熱系統(tǒng)[23]。管群儲(chǔ)能介質(zhì)為巖土體，通過(guò)地埋管內(nèi)部載液流動(dòng)將太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱等能量存儲(chǔ)于地下巖土體，世界各國(guó)部分關(guān)于地埋管群儲(chǔ)能技術(shù)的研究見(jiàn)表1。其中，位于中國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市的儲(chǔ)能示范工程是中國(guó)最大的地埋管儲(chǔ)能工程（圖3），該示范工程通過(guò)地埋管群將低品位工業(yè)余熱與太陽(yáng)能存儲(chǔ)于土壤中，并實(shí)現(xiàn)能源跨季節(jié)利用。研究結(jié)果表明，該工程熱能跨季節(jié)利用可將巖土體平均溫度提升超過(guò)25°C[24]。

表1 地埋管儲(chǔ)能技術(shù)研究匯總（據(jù)文獻(xiàn)[24-35]修改）Table 1 Summary of technical research on BHE thermal storage

圖3 赤峰地埋管儲(chǔ)能工程簡(jiǎn)圖（據(jù)文獻(xiàn)[36]修改）Fig.3 Schematic diagram of Chifeng buried pipe thermal storage project

2.1.1 太陽(yáng)能儲(chǔ)能方法

近年來(lái)，太陽(yáng)能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑供暖、供電，在日照充足地區(qū)，多余的太陽(yáng)能可通過(guò)地埋管換熱器將能量?jī)?chǔ)存于地下，提升巖土體溫度，緩解由于冬季供暖期地源熱泵采熱作用導(dǎo)致的巖土體溫度急劇降低的現(xiàn)象，提升地源熱泵系統(tǒng)能效[14,37]。太陽(yáng)能光伏板不僅可以通過(guò)地埋管群將能量存儲(chǔ)于巖土體中實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)利用，還能通過(guò)地埋管群-光伏板系統(tǒng)載液冷卻作用降低光伏板溫度提高溫差，進(jìn)而提高太陽(yáng)能發(fā)電效率，達(dá)到一舉兩得的效果（圖4）[38]。BERTRAM[39]研究了太陽(yáng)能（15 m2光伏板面積）與地源熱泵（90 m 埋管深度）耦合效應(yīng)，研究結(jié)果表明，地源熱泵系統(tǒng)可以通過(guò)載液作用提升光伏板溫度差，提高10%的光伏電產(chǎn)量。同時(shí)，太陽(yáng)能光伏板產(chǎn)生的余熱可被用于巖土體能量補(bǔ)充，緩解巖土體溫度場(chǎng)由于供熱季巖土體溫度下降導(dǎo)致的地源熱泵系統(tǒng)效率低下的問(wèn)題。BAKKER 等[40]研究得出光伏板可提供巖土體溫度場(chǎng)83%的恢復(fù)用能，并可以在地源熱泵長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中保持巖土體溫度平衡。對(duì)于冬季耗能高的地區(qū)，太陽(yáng)能可通過(guò)季節(jié)性地埋管換熱作用提高寒冷地區(qū)巖土體溫度，提升地源熱泵系統(tǒng)冬季供熱能效，朱大龍等[41]通過(guò)TRNSYS 模型分析得出太陽(yáng)能季節(jié)性蓄熱作用可有效解決寒冷地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的冷熱不平衡問(wèn)題，使地源熱泵系統(tǒng)能效提升8.6%。常見(jiàn)的太陽(yáng)能-地?zé)釁f(xié)同作用模式如圖4所示。

2.1.2 空氣熱能儲(chǔ)能方法

夏季較冬季有更高的空氣溫度，空氣熱能可以通過(guò)地埋管群跨季節(jié)存儲(chǔ)于巖土體，緩解地下溫度場(chǎng)不平衡導(dǎo)致的地源熱泵系統(tǒng)能效降低問(wèn)題。YOU等[42]提出了一種跨季節(jié)存儲(chǔ)空氣熱能的方法，該方法將空氣源熱泵、空氣源熱虹吸管與地源熱泵相連，研究結(jié)果表明，該方法可節(jié)省約15%的地源熱泵系統(tǒng)耗能。化石能源等方法也可用作地下儲(chǔ)能，然而由于環(huán)境污染、能源消耗量高等不利因素需要進(jìn)行充分考察。

綜上所述，地下儲(chǔ)能途徑是高效解決巖土體溫度場(chǎng)不平衡的方法，建議在工業(yè)產(chǎn)能充足的地區(qū)，將工業(yè)余熱存儲(chǔ)于巖土體；在氣候條件良好，光照充足的地區(qū)可直接將太陽(yáng)能作為地?zé)崮艿难a(bǔ)充；在夏熱冬冷，供熱需求高的地區(qū)，可將夏季空氣熱能用于地下儲(chǔ)能。以上儲(chǔ)能方式都是將巖土體作為儲(chǔ)能介質(zhì)，在有地下水流動(dòng)的工程地質(zhì)條件下應(yīng)當(dāng)慎重考慮其可行性。一般而言，地下水滲流由于地下水與地埋管之間存在的熱對(duì)流作用，管群換熱能力得以增強(qiáng)；但地下水流動(dòng)同時(shí)可帶走儲(chǔ)存能量，造成事倍功半的后果。因此，地下儲(chǔ)能措施應(yīng)因地制宜、科學(xué)論證。

2.1.3 相變材料儲(chǔ)能技術(shù)

相變材料在相變過(guò)程中可吸收或者放出熱量，儲(chǔ)能方法可以通過(guò)相變材料的這種特征實(shí)現(xiàn)能量跨季節(jié)存儲(chǔ)，進(jìn)而平衡巖土體溫度，提升地源熱泵系統(tǒng)性能。相變材料是減少能源供需在時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度上不匹配的有效方法[43]，主要用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、余熱回收等領(lǐng)域，具有溫度恒定、儲(chǔ)能密度高等優(yōu)點(diǎn)，可為地源熱泵系統(tǒng)提供更加穩(wěn)定的工作條件[44]。

在地埋管群中，相變材料一般用于鉆孔回填材料（圖5）。采用酸、增強(qiáng)酸和石蠟等相變材料對(duì)鉆孔進(jìn)行回填可在地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行期間通過(guò)減小地埋管熱效應(yīng)半徑的途徑提升地源熱泵系統(tǒng)性能[46]。除直接采用相變材料對(duì)地埋管鉆孔進(jìn)行回填外，微膠囊相變材料可通過(guò)與土混合的形式進(jìn)行鉆孔回填。DEHDEZI 等[47]采用實(shí)驗(yàn)方法研究得出，微膠囊相變改性土壤回填材料可提高17 %的地源熱泵系統(tǒng)能效。雖然相變回填材料灌漿與微膠囊相變回填材料都可以在一定范圍內(nèi)有效維持巖土體溫度平衡，但是這2 種應(yīng)用相變材料的方法只能在有限范圍內(nèi)提升地源熱泵系統(tǒng)能效，且存在污染環(huán)境與提升成本風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 相變回填材料（據(jù)文獻(xiàn)[45]修改）Fig.5 Phase change backfill material

相比鉆孔回填相變材料，相變材料儲(chǔ)罐能優(yōu)化地埋管管群設(shè)計(jì)，并顯著縮減儲(chǔ)罐占用空間，地源熱泵可與相變材料儲(chǔ)罐協(xié)同用于終端制冷與供熱，該系統(tǒng)主要組件為熱泵、相變材料儲(chǔ)罐與地埋管，典型地源熱泵與相變材料儲(chǔ)罐構(gòu)成如圖6 所示[48]。ALKHWILDI 等[48]分析得出鹽水混合物相變材料儲(chǔ)罐可有效減小地埋管尺寸。BONAMENTE 等[49]的研究結(jié)果表明，相變材料可將正常儲(chǔ)罐的尺寸縮小至原來(lái)的十分之一，并可提升地源熱泵系統(tǒng)能效。

圖6 相變材料儲(chǔ)罐裝置（據(jù)文獻(xiàn)[48]修改）Fig.6 Phase change material storage tank device

除以上相變材料儲(chǔ)能方式外，相變材料地下熱電池（Underground Thermal Battery，簡(jiǎn)稱UTB）受到廣泛關(guān)注（圖7）。UTB 可增加水箱水與周圍土壤之間的熱交換，該電池中部配備螺旋式換熱器，由埋在地下的水箱組成，少量相變材料放置在熱交換器和罐壁之間的環(huán)形空間中。UTB 由于埋深淺的特點(diǎn)可以減少系統(tǒng)初期成本，且在系統(tǒng)的短期運(yùn)行中可以提供較穩(wěn)定釋放和吸收熱量的有效速率[50]。

圖7 地下熱電池（據(jù)文獻(xiàn)[50]修改）Fig.7 Underground thermal battery

2.2 去能方法

對(duì)于年均熱負(fù)荷低于冷負(fù)荷工程，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行可導(dǎo)致巖土體熱負(fù)荷集聚，損害地源熱泵系統(tǒng)制冷性能。因此，采用適宜的去能方法降低地下溫度場(chǎng)是提升制冷為主型熱泵系統(tǒng)性能的重要途徑。

同儲(chǔ)能方法相似，去能方法可以通過(guò)地埋管群將季節(jié)性冷能（冬季）儲(chǔ)存于巖土體、地下儲(chǔ)罐等。同時(shí)也可以使用相變材料達(dá)到去能效果。然而采用去能方法冷卻巖土體應(yīng)當(dāng)充分考慮地下水方向與流速，避免地下水帶走儲(chǔ)存于巖土體中冷能。

3 輔助熱源或冷源

對(duì)于冷熱負(fù)荷平衡的地源熱泵系統(tǒng)，周期性地下溫度場(chǎng)較均衡，在使用壽命周期范圍內(nèi)系統(tǒng)能效良好；而冷熱負(fù)荷不平衡現(xiàn)象嚴(yán)重的系統(tǒng)則會(huì)出現(xiàn)巖土體溫度場(chǎng)異常。根據(jù)冷熱負(fù)荷需要，可采用輔助熱源或冷源裝置平衡巖土體溫度。輔助熱源設(shè)備包括鍋爐、太陽(yáng)能集熱器、工業(yè)廢熱回收等，輔助冷源設(shè)備可為冷卻塔、儲(chǔ)冰罐、流體冷卻器等。輔助熱、冷源地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行階段可以調(diào)節(jié)地源熱泵單元加熱、冷卻負(fù)載，并在負(fù)荷需求高峰期提供熱、冷源，滿足終端需求，提高地源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期性服務(wù)品質(zhì)。

3.1 輔助熱源

輔助熱源主要應(yīng)用于融冰除雪流體加熱路面、建筑供暖等供熱不足工況。由于冬季供熱大于夏季制冷，淺層地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)造成巖土體溫度失衡，影響系統(tǒng)能效。因此，可采用輔助熱源方法對(duì)終端能量進(jìn)行補(bǔ)充。

化石能源為傳統(tǒng)輔助熱源，對(duì)于以鍋爐為主要供熱源的終端系統(tǒng)或熱不平衡程度較低的地區(qū)，鍋爐-地源熱泵系統(tǒng)具有可行性，且初期投資低，易于實(shí)現(xiàn)。通過(guò)研究燃?xì)忮仩t輔助式地源熱泵系統(tǒng)，NI等[51]分析得出，地源熱泵與燃?xì)忮仩t分別承擔(dān)60 %與40%熱負(fù)荷時(shí)此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)價(jià)值。以太陽(yáng)能為主的綠色輔助熱源可為中國(guó)“雙碳”目標(biāo)提供解決方法。應(yīng)用太陽(yáng)能集熱器于地源熱泵系統(tǒng)可解決太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)熱不穩(wěn)定與巖土體溫度場(chǎng)不平衡的問(wèn)題。研究結(jié)果表明，太陽(yáng)能輔助式地源熱泵系統(tǒng)能效比傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)高出15%，利于巖土體溫度平衡[52]。

常見(jiàn)的太陽(yáng)能-地?zé)崮芑旌鲜綗岜孟到y(tǒng)按照工作模式可分為混合工作模式與并行工作模式（圖8）[44]。混合模式下地埋管與太陽(yáng)能集熱器串聯(lián)，混合工作模式根據(jù)載液流經(jīng)先后順序不同分為2種運(yùn)行模式，即先地埋管后太陽(yáng)能集熱板（圖8a）與先太陽(yáng)能集熱板后地埋管（圖8b）模式。

圖8 太陽(yáng)能集熱器-地埋管工作模式（據(jù)文獻(xiàn)[44]修改）Fig.8 Operation mode of solar collector and buried pipe

地鐵、煤電廠、變電站、計(jì)算機(jī)服務(wù)站等特殊場(chǎng)所的運(yùn)營(yíng)可聚集大量余熱，可作為輔助熱源補(bǔ)充。對(duì)于高溫隧道而言，采用地源熱泵方法從隧道內(nèi)部獲取能源不僅可以達(dá)到廢熱利用效果，也可以降低隧道內(nèi)部溫度，提高隧道服役壽命。胡松濤等[53]采用數(shù)值模擬方法研究了毛細(xì)管壁面換熱器的降溫效果，研究結(jié)果顯示，隧道表面鋪裝毛細(xì)管換熱器有利于改善地鐵熱環(huán)境，且地溫在地源熱泵系統(tǒng)工作10 a 后與初始溫度基本保持一致，表明地源熱泵系統(tǒng)可以有效減少熱量積聚效應(yīng)并保持隧道熱平衡。

以上介紹了以化石能源、太陽(yáng)能、工業(yè)余熱為主的3種輔助熱源形式，合理應(yīng)用輔助熱源可促進(jìn)巖土體溫度場(chǎng)平衡，提升系統(tǒng)能效。在實(shí)際工程應(yīng)用中，如果初期投資成本低，可選擇易于實(shí)現(xiàn)的化石能源作為輔助熱源，但要考慮化石燃料可對(duì)環(huán)境造成破壞；如果當(dāng)?shù)貧夂驐l件良好，光照充足，則建議將太陽(yáng)能用作輔助熱源，太陽(yáng)能以其綠色、可持續(xù)特征已成為輔助熱源的重要形式；如果當(dāng)?shù)赜谐渥愕墓I(yè)產(chǎn)能支撐，建議直接將工業(yè)廢熱作為輔助熱源。

3.2 輔助冷源

輔助冷源主要應(yīng)用于制冷為主地區(qū)，其特征主要表現(xiàn)為夏季冷負(fù)荷需求高于冬季，地埋管在夏季向地下空間注入的熱量比冬季從土壤中提取的熱量多，導(dǎo)致地源熱泵系統(tǒng)性能在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)榈叵聹囟壬叨档汀?/p>

冷卻塔可有效緩解地埋管單獨(dú)制冷導(dǎo)致的巖土體熱堆積問(wèn)題，結(jié)合冷卻塔的地源熱泵系統(tǒng)利于維持巖土體周期性溫度平衡，為最常用的地源熱泵系統(tǒng)輔助冷源方法[54-55]。地埋管與冷卻塔主要通過(guò)2種方式（串聯(lián)與并聯(lián)）協(xié)同作用，第一種方式為并聯(lián)模式（圖9a），工作流體分別安裝在冷卻塔與地埋管回路中，不相互交接；第二種方法為串聯(lián)模式（圖9b），即工作流體先經(jīng)過(guò)冷卻塔預(yù)冷，然后流入地埋管進(jìn)一步釋放熱量。朱立東等[57]建立了冷卻塔-地源熱泵混合系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，研究表明，并聯(lián)冷卻塔與地埋管比串聯(lián)更有助于提升系統(tǒng)能效。

圖9 冷卻塔與地源熱泵協(xié)同工作模式（據(jù)文獻(xiàn)[56]修改）Fig.9 Cooperative working mode of cooling tower and ground source heat pump

除冷卻塔外，蓄冰槽也常被應(yīng)用于混合式地源熱泵冷卻系統(tǒng)。HSIAO 等[58]通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究了地源熱泵-蓄冰槽混合系統(tǒng)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，地源熱泵-蓄冰槽系統(tǒng)能效在放熱模式下可提升約15%的地源熱泵系統(tǒng)性能，然而蓄冰槽在水—冰相變過(guò)程中放熱與吸熱負(fù)荷難以穩(wěn)定。相較于蓄冰槽方法，冷卻塔方法更穩(wěn)定，在兩者投資成本與效果差距不大的工況中，可考慮將冷卻塔方法作為首選的輔助冷源方法。

4 運(yùn)行控制策略

地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行階段應(yīng)當(dāng)以可靠性、經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性3個(gè)方面指標(biāo)為要求，這些指標(biāo)與系統(tǒng)載液溫度有密切關(guān)系。因此，為了達(dá)到3個(gè)方面指標(biāo)要求，系統(tǒng)載液溫度應(yīng)控制在一定工作范圍。工程中可以通過(guò)設(shè)定熱泵機(jī)組的工作保護(hù)機(jī)制控制載液溫度，埋管回流機(jī)組的載液溫度在制冷工況下不宜高于40°C[59]，而地埋管出水溫度在加熱工況下不宜低于-1.5°C[60]。地源熱泵系統(tǒng)載液溫度與其承擔(dān)的負(fù)荷聯(lián)系密切，過(guò)大負(fù)荷可能造成系統(tǒng)性能下降。終端負(fù)荷可用式（1）表示[57]：

式中:Cwzi為負(fù)荷區(qū)熱容，單位kJ/°C；Twzi為系統(tǒng)用戶端入口溫度，單位°C；t為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，單位h；u1d為每日控制信號(hào)；u2y為季節(jié)控制信號(hào)；c1為用戶端水的比熱，單位kJ/（kg·°C）；u4v為用戶端流量信號(hào)；Gy為用戶端最大流量，單位m3/h；Twzo為系統(tǒng)用戶端出口水溫，單位°C；Qj為負(fù)荷，單位kW·h。

地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行控制策略對(duì)保障巖土體溫度季節(jié)性平衡有重要作用，合理的系統(tǒng)運(yùn)行策略是防止地源熱泵系統(tǒng)能效顯著降低的關(guān)鍵措施。

4.1 峰點(diǎn)冷熱負(fù)荷運(yùn)行管理

峰值負(fù)荷對(duì)地埋管地下溫度場(chǎng)影響顯著，降低峰值負(fù)荷可對(duì)緩解巖土體溫度場(chǎng)不平衡起到積極作用。通過(guò)采用輔助熱、冷源方法與提前預(yù)熱方法可有效降低地源熱泵系統(tǒng)峰值負(fù)荷。

通過(guò)數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)方法研究，MENSAH 等[61]發(fā)現(xiàn)當(dāng)終端峰值負(fù)荷下降可顯著減小地埋管設(shè)計(jì)深度，當(dāng)峰值負(fù)荷下降40%時(shí)，地埋管深度在加熱模式可縮短69.2%，在制冷模式可減少44.5%。因此，峰值負(fù)荷的下降對(duì)減小地源熱泵系統(tǒng)初期投入有積極作用。由于峰值負(fù)荷對(duì)地源熱泵系統(tǒng)性能影響顯著，采用提前預(yù)熱等技術(shù)性手段應(yīng)對(duì)峰值負(fù)荷可以有效降低峰值負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)性能的影響。CARVALHO等[62]提出了一種結(jié)合峰值冷熱負(fù)荷與時(shí)間的運(yùn)行策略，該策略通過(guò)終端預(yù)熱方法將地源熱泵的部分運(yùn)行周期排除在非高峰期，使電力成本降低34 %。ALAICIA 等[63]提出了的峰值負(fù)荷管理模式（圖10），可減少15.0 %碳排放量、58.5 %峰值功耗、16.4 %的運(yùn)營(yíng)成本。

圖10 基于運(yùn)行時(shí)間與峰值負(fù)荷的地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行策略（據(jù)文獻(xiàn)[63]修改）Fig.10 Workflow of GSHPS operation method based on operation time and peak load

4.2 間歇性運(yùn)行方案

地源熱泵系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行可造成地下溫度場(chǎng)恢復(fù)不及時(shí)，加劇地下溫度場(chǎng)失衡現(xiàn)象。區(qū)別于連續(xù)運(yùn)行模式，間歇性運(yùn)行模式指地源熱泵系統(tǒng)不連續(xù)工作，巖土體溫度在系統(tǒng)間歇期間恢復(fù)到一定程度，從而緩解地源熱泵系統(tǒng)負(fù)荷造成的系統(tǒng)性能顯著降低的現(xiàn)象，針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的間歇性運(yùn)行模式可以使巖土體溫度場(chǎng)不均衡問(wèn)題得到有效緩解[64-66]。

間歇時(shí)間越長(zhǎng)，巖土溫度恢復(fù)效果越好。袁艷平等[67]研究了3 種不同的間歇運(yùn)行模式對(duì)U 型管單位長(zhǎng)度換熱量的影響，研究結(jié)果表明U 型管單位長(zhǎng)度換熱量在“14+10（運(yùn)行14 h，停機(jī)10 h）、12+12（運(yùn)行12 h，停機(jī)12 h）、10+14（運(yùn)行10 h，停機(jī)14 h）”3種運(yùn)行模式下分別比連續(xù)運(yùn)行模式高45.57 %、58.43%、88.05%。不同類型地埋管在間歇運(yùn)行條件下對(duì)換熱性能的影響具有差異性。Jalaluddin 等[68]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了單U 型、雙U 型和多管型3類地埋管換熱器在制冷模式下連續(xù)運(yùn)行和間歇運(yùn)行的換熱性能，并對(duì)2 種間歇運(yùn)行模式（采用單日運(yùn)行6 h 和12 h）的3 種換熱器換熱能力進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，采用6 h運(yùn)行策略的單U管、雙U管、多管熱交換率分別提高了32.6%、39.8%、32.1%，采用12 h運(yùn)行策略的U 型管、雙管、多管熱交換率分別提高了14.0 %、15.1%、13.9%。

間歇運(yùn)行方案要求地源熱泵系統(tǒng)在某一時(shí)段停止運(yùn)行，停止運(yùn)行時(shí)間與地源熱泵系統(tǒng)換熱性能呈正相關(guān)聯(lián)系。應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際需求合理設(shè)計(jì)地源熱泵系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)間，使得巖土體熱不平衡問(wèn)題得到有效緩解，同時(shí)避免因地埋管群供冷熱不足引起的終端需求不滿足的問(wèn)題。

4.3 分區(qū)管理

地埋管群在冬夏季常發(fā)生由于冷熱不均衡導(dǎo)致的地下溫度場(chǎng)異常現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致地源熱泵系統(tǒng)效率降低。由于地埋管群埋管眾多，可根據(jù)終端冷熱負(fù)荷對(duì)地埋管群進(jìn)行分區(qū)運(yùn)行管理，達(dá)到降低地下溫度場(chǎng)不平衡預(yù)期目標(biāo)。

氣象條件等因素變化決定地源熱泵系統(tǒng)存在動(dòng)態(tài)負(fù)荷運(yùn)行工況，其季節(jié)性負(fù)荷特征由日負(fù)荷特征構(gòu)成，負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化地源熱泵系統(tǒng)可采用分區(qū)調(diào)節(jié)策略進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)管群中間部分埋管進(jìn)行負(fù)荷管理能明顯提升管群能效[69]。針對(duì)夏季冷負(fù)荷高于冬季熱負(fù)荷地源熱泵系統(tǒng)，夏季制冷工況可導(dǎo)致巖土體溫度升高，達(dá)到巖土體夏季儲(chǔ)能的效果。供冷期過(guò)后，巖土體溫度逐漸恢復(fù)，而中心部分恢復(fù)較慢，在供熱季開(kāi)始之前仍具有較高溫度。因此，有研究結(jié)果表明冬季僅運(yùn)行地埋管群中心部分埋管可有效緩解巖土體熱不均衡現(xiàn)象，該分區(qū)方法對(duì)較小巖土體熱導(dǎo)率工程地質(zhì)情況更為有效[18,70]。針對(duì)地埋管群運(yùn)行期間導(dǎo)致的溫度場(chǎng)時(shí)空差異，采用管群分區(qū)運(yùn)行方案可作為管理地下溫度場(chǎng)的潛在途徑，有研究結(jié)果顯示采用地埋管群分區(qū)優(yōu)化運(yùn)行策略可減輕地源熱泵系統(tǒng)峰值負(fù)荷造成的巖土體溫度場(chǎng)不平衡現(xiàn)象[71]。YOU 等[72]針對(duì)北京地區(qū)建筑研究了不同分區(qū)操作策略對(duì)地源熱泵系統(tǒng)性能的影響，研究結(jié)果表明向樁群中心集中注入熱量或從樁群外層提取熱量可以緩解地下溫度場(chǎng)不平衡現(xiàn)象，且與傳統(tǒng)策略相比，分區(qū)運(yùn)行策略可以實(shí)現(xiàn)良好的系統(tǒng)能效。吳晅等[73]提出了基于地埋管群的全年蓄熱取熱同步運(yùn)行模式，即管群中既有蓄熱管，又有取熱管，并采用有限體積法研究了全年地埋管管群蓄熱取熱同步模式下的巖土傳熱特性，研究結(jié)果表明，地埋管群全年蓄熱取熱同步模式可使巖土體溫度得到快速恢復(fù)，進(jìn)而緩解巖土熱失衡問(wèn)題，且取熱地埋管與蓄熱地埋管交叉排布時(shí)系統(tǒng)性能更優(yōu)異。

4.4 系統(tǒng)控制運(yùn)行策略

地源熱泵系統(tǒng)控制方法根據(jù)溫度設(shè)定打開(kāi)或者關(guān)閉熱泵，這種類型的控制為基于規(guī)則的控制，即根據(jù)指令模擬專家決策過(guò)程，也稱為專家規(guī)則系統(tǒng)，該方法可根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)觸發(fā)不同的動(dòng)作。對(duì)于有輔助熱源或冷源地源熱泵系統(tǒng)而言，該控制系統(tǒng)可以決定某種狀態(tài)下外部熱源或冷源的應(yīng)用。對(duì)傳統(tǒng)控制策略而言可以通過(guò)5種方法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)：優(yōu)化溫度設(shè)定值、進(jìn)程優(yōu)化、優(yōu)化控制參數(shù)、采用更加復(fù)雜控制方法、地埋管運(yùn)行方式與系統(tǒng)架構(gòu)相適應(yīng)[74]。

CORBERAN 等[75]將熱泵加熱、冷卻能力及能效視為因變量，將循環(huán)泵速度、壓縮機(jī)速度、接地回路返回溫度、終端回路返回溫度作為自變量，通過(guò)控制終端回水溫度等變量，研究了不同控制優(yōu)化策略對(duì)地源熱泵系統(tǒng)性能的影響。MOKHTAR 等[76]提出了一種智能終端管理系統(tǒng)以改進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)控制策略，研究結(jié)果表明，該智能管理系統(tǒng)能夠通過(guò)分析、預(yù)測(cè)和協(xié)調(diào)其他能源來(lái)有效利用地源熱泵系統(tǒng)，并保持地下溫度場(chǎng)平衡。MADANI 等[77]通過(guò)使用動(dòng)態(tài)模擬模型比較了恒定滯后、浮動(dòng)滯后、溫度差-時(shí)間方法3種控制策略下的地源熱泵系統(tǒng)性能，模擬結(jié)果表明無(wú)論氣候邊界條件如何，采用溫度差-時(shí)間法控制的系統(tǒng)向終端供水的平均溫度接近所需溫度，采用恒定滯后法的系統(tǒng)平均供應(yīng)溫度高于或低于所需溫度。CHIASSON 等[78]研究了地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行控制優(yōu)化方法，并得出采用運(yùn)行優(yōu)化策略可以有效降低地源熱泵系統(tǒng)成本。除以上控制方法外，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等的機(jī)器學(xué)習(xí)方法也逐漸被應(yīng)用于地源熱泵系統(tǒng)。GANG 等[79]基于冷卻塔與地埋管出口溫度，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能算法實(shí)現(xiàn)了冷卻塔-地源熱泵混合系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化控制。地源熱泵控制策略要求對(duì)地埋管群進(jìn)口溫度、地埋管群出口溫度、終端回路溫度、壓縮機(jī)速度、載液流速等參數(shù)有量化指標(biāo)。因此，安裝精度高的傳感器與監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)各控制指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是系統(tǒng)優(yōu)化控制運(yùn)行策略的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

介紹了地埋管群地下溫度場(chǎng)不平衡問(wèn)題解決方法（地埋管群設(shè)計(jì)、儲(chǔ)能或去能方法、輔助冷熱源、系統(tǒng)運(yùn)行控制策略），得出結(jié)論如下：

1）對(duì)于冷熱負(fù)荷微弱不均衡導(dǎo)致的巖土體溫度場(chǎng)不平衡現(xiàn)象，可通過(guò)優(yōu)化地埋管設(shè)計(jì)方法解決此問(wèn)題。優(yōu)化方法簡(jiǎn)單概括為：增大埋管間距、調(diào)整埋管深度、采用優(yōu)化布管方法（直線型、外密中疏型等）。然而地埋管群受用地規(guī)劃限制，通過(guò)優(yōu)化埋管設(shè)計(jì)方法通常不能徹底解決地下溫度場(chǎng)不平衡問(wèn)題。

2）由冷熱負(fù)荷一般不均衡導(dǎo)致的地下溫度場(chǎng)不平衡現(xiàn)象，可通過(guò)儲(chǔ)能、去能方法對(duì)巖土體溫度場(chǎng)進(jìn)行管理，達(dá)到解決地下溫度場(chǎng)不平衡的目標(biāo)。工程中面臨可安裝太陽(yáng)能板面積少、工業(yè)廢熱地域限制大、化石能源代價(jià)高等問(wèn)題，通過(guò)地下儲(chǔ)能、去能方式解決地下溫度場(chǎng)不平衡問(wèn)題時(shí)需要因地制宜，充分論證。

3）輔助熱、冷源可以利用化石能源、太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱、冷卻塔等方法直接對(duì)終端冷熱負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)充，減少地埋管能耗，緩解地下溫度場(chǎng)不平衡問(wèn)題。通過(guò)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)等指標(biāo)確定地源熱泵所占終端冷熱負(fù)荷比例是合理利用輔助冷熱源方法的關(guān)鍵。

4）對(duì)地源熱泵系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行峰值管理、間歇性運(yùn)行、分區(qū)域管理等可對(duì)平衡地下溫度場(chǎng)起到積極作用。采用諸如機(jī)器學(xué)習(xí)等方法針對(duì)整個(gè)供熱、制冷系統(tǒng)（壓縮機(jī)、循環(huán)泵、接地回路、終端回路等）進(jìn)行優(yōu)化控制是進(jìn)一步提升地源熱泵系統(tǒng)性能的重要舉措。

5）根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求并采用針對(duì)性的地埋管群設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，儲(chǔ)能或去能方法，輔助冷熱源方法與系統(tǒng)運(yùn)行策略是有效提升地源熱泵系統(tǒng)能效的重要途徑。