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地源热泵的基础理论及研究进展
地源热泵系统的相关理论包括地源热泵侧传热传质理论、热泵机组制冷理论、热能与流体输配理论、系统气象模型、自动控制理论等诸方面，是一个涉及多学科、多门类的综合体系。
在这里主要论述传热传质基础理论与地源热泵相关部分的研究现状及进展，这也是当前及今后地源热泵研究的重点。根据热力学第二定律，热由低温物体传向高温物体必须由外界做功。利用热力学中逆卡诺循环原理，通过输入少量电能等高品位能量来实现低温热能到高温热能的转移。地源热泵正是利用了这种原理实现的较高的能效，比常规采暖制冷节能40%以上，机组的能效比COP值在3.8至5.4之间。
对含水层中水热利用的研究涉及水文地质学、地下水动力学、流体力学、热力学、岩土力学等多门相关学科。其核心理论是土壤介质及含水层的传热传质问题，传质问题的实质是水在土壤这种多孔介质中的流动问题，传热问题的实质是热量在土壤的骨架及水中传递的问题。饱水带研究的基本理论至今仍是以Navier-Stokes方程中心发展起来的各种地下水动力学方程。包气带中水的的研究理论基础以非饱和渗流的Richards方程为中心逐步发展起来，至今已发展出很多数值方法。Whitaker基于体积平均法提出了非饱和介质传热传质的数学模型。
多孔介质传热传质的微观过程十分复杂，不少学者从不同角度做了研究。Wooding把Navier-Stokes方程引入到多孔介质渗流模型，并考虑了惯性力、压力梯度、加速度等，使得多孔介质的渗流模型与流体力学模型统一起来。这也使得开发与此有关的计算机软件带来了极大方便。Vaifai等在对多孔介质中流体微观流动满足的N-S方程进行Rev平均得到了Brinkman-Forchheimer方程，多用于多孔介质中的复杂流动。许多学者和单位从不同角度对土壤等多孔介质的水热流动提出了新理论，如温度场-渗流场-应力场耦合模型（THM）研究以求更准确计算物理场。孔祥言研究了有关多相渗流、双重介质中的渗流、多空介质中的对流和热流固耦合问题。
美国Auburn大学在1975年对地下含水层做了野外研究，德国、瑞士等国学者也对地下含水层的水热能量问题做了试验研究。南京大学的张志辉等对地下含水层的热能运移展开了许多研究。对于土壤源热泵国内外提出了许多线源模型及解析解，对于指导生产研究具有重要意义。地源热泵有不同于普通空调系统的自身特点，相关内容还有水源热泵机组、地源热泵机组研制及优化设计，地源热泵数据采集传输及自动控制系统的实现，设备节能研究等不再赘述。
总之，通过对地源热泵基础理论与试验的相关研究，使得对地源热泵的开发利用达到新的高度，同时地源热泵的应用也推动了基础理论的不断发展和创新。正是基于以上的一系列理论与试验成果，国内外已开发了许多地源热泵软件并广泛应用于地源热泵的理论研究与实际生产当中，取得了很好的效果。（作者：中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院 孙海洲，武强，曾一凡，曹彬）
选自_《中国地能》
