地源热泵系统的原理，是将室内的冷、热量排放到大地中，通过季节转换，从大地吸热或向大地排热。地埋管换热器是地源热泵的主要组成部分。地埋管换热器的工作性能直接与其承担的负荷特征有关。在地源热泵系统中，它的负荷特征影响地埋管换热器的换热性能。因此，冷、热负荷的特性是构建地源热泵系统以及进行性能分析的前提，事关实际工程中地源热泵方案的可行性。与此同时，建筑功能和建筑地区的气象条件，也是确定地源热泵方案的重要因素。本文针对确定地源热泵方案的三大要素，负荷特征、建筑功能和建筑地区的气象条件，进行分析，以期获得确定地源热泵方案的最佳效果。
一、描述地源热泵性能的动态负荷特性及其参数
从负荷分析看，并不是所以的工程都适合选用地源热泵系统。因此，负荷分析是决定能否采用地源热泵方案的前提。
（一）历年负荷总量的累积特性及其对应的特性参数。历年负荷总量的累积特性。负荷总量是指在地源热泵的使用时间内，为了维持室内环境质量，要求地源热泵系统排放到大地或从大地提取热量的总合。对于地源热泵系统，室内的多余冷或热，通过地埋管换热器排放到大地。由于地埋管换热器与大地换热器是一种不稳定的传热，热量的排放是以换热器为中心逐渐向周围岩土扩散；而热量的提取是以换热器为中心，从周围烟土逐渐汇集。随着负荷总量即排放总量的增加，热烈大量地聚集在换热器附近的岩土中，使热量的扩散更加缓慢，持续衰减地埋管换热器的换热能力。要恢复地埋管换热器的换热能力，就必须依靠从地埋管周围的岩土中提取的热量，反之亦然。但是，如果历年累积的冷、热负荷总量存在差异，并伴随着使用时间的增加而积累，就会导致大地失去自然调节能力，最终使地源热泵系统难以正常运行。因此，负荷总量的累积特性对地源热泵的影响很大，甚至可能成为决定地源热泵系统寿命的关键因素。
历年负荷总量的累积特性参数是指历年净累积排热量和历年净累积取热量。特性参数值可通过对地埋管换热器的历年累积排热量和取热烈的代数和获得，其中的排热量为正，取热量为负。
（二）负荷强度的变化特性参数。对于一个特定的建筑，在确定了室内设计参数后，地源热泵的负荷是动态变化的。地源热泵地埋管换热器的换热状态有两种：一种是换热器处于运行状态，也就是换热器内的流体处于流动传热，室内有余热或余冷状态。另一种是室内无余热或余冷，换热器停止运行，也就是换热器内的流体处于静止状态，此时以停止运行前的热状态与岩土传热。存在这两种情况的换热器，实际上均处于间歇运行状态。此时，系统不同的运行时间与不同的停机时间，对换热器的影响是不同的。因此，对于地源热泵系统，讨论负荷强度的变化特性很重要。
对于地源热泵系统而言，负荷强度是指单位时间内为了维持要求的室内环境，需要地源热泵系统排放给大地或从大地吸取的热量。负荷强度的变化特性可分为日负荷强度变化特性、周负荷强度变化特性和季节负荷强度变化特性。
负荷强度的变化特性用负荷强度的峰谷比R表示，其定义为R＝＝。
在持续运行的时段内，峰谷比R越接近1，说明负荷越稳定，对地源热泵地埋管换热器的影响越容易评估。
（三）负荷的持续性参数。在设备的实际运行过程中，当负荷降低到一定数值时，设定的感知参数达到设备的停机条件，设备停机。设备停机后，地埋管换热器处于一种恢复状态。地埋管这种恢复期状态持续的时间越长，越有利于地埋管换热器的高能效运行。如果整个设备系统处于连续运行状态，那么地埋管换热器也将处于连续换热状态。当这种连续换热状态达到一定运行时间时，就使地埋管换热器的换热能力达到一个极限值。如果负荷时间继续延长，就会导致地埋管换热器的换热性能开始恶化，并随着时间的推移进一步降低。当岩土温度与进水温度接近时，换热器就丧失了换热能力。可见，整个系统的启停状态，直接决定换热器的换热能力。因此，由负荷的持续性所决定的设备启停状态，是影响地源热泵的重要因素。
负荷的持续性，用负荷的持续时间（即地源热泵机组持续运行的时间）和负荷的中断时间（即地源热泵机组两次连续运行之间的停机时间）来表述。
负荷的持续性对应的参数是负荷的持续性系数R，定义R＝＝＝R越大，负荷的持续性越强。根据工程需要，可重点分析一天内、一周内和一个天气过程中负荷持续系数的变化规律。
二、建筑功能是确定地源热泵方案的主要因素
（一）城市居住建筑的负荷特征。对于城市居住建筑而言，由于白天使用率低，夜晚使用率高，所以造成当日晚上19点到次日清晨8点，成为主要的负荷时段。而其他时段虽有负荷，但负荷的强度很低。夏季夜晚，由于建筑物向天空的长波进行辐射，以及夜晚的室外干球温度低于白天的室外干球温度，导致夜晚的负荷强度逐渐降低。到了清晨，往往会出现零负荷的现象，继而转为白天的低负荷时段。由于白天住户上班，居住建筑的使用率下降，使地埋管换热器获得恢复期。在夜晚直接转为高负荷状态，然后又逐渐降低。夏季城镇居住建筑的这一负荷强度特点和负荷的持续性，与地理管换热器的换热特性相适应。冬季，由于外界温度的持续降低，夜晚的负荷强度逐渐升高，往往在黎明前达到最高值。直到日出，人们上班离家后，负荷才逐渐降低。
（二）办公楼建筑的负荷特征。办公建筑的使用特点是，白天使用率高，晚间和节假日的使用率接近零。这种建筑特性，决定了负荷的持续性弱，在白天处于高负荷，在中午较短的时间内转为低负荷。下午上班后恢复高负荷。下午下班到次日上班前负荷降低至零。这个时段为地源热泵地埋管换热器的恢复期。冬、夏两个季节都是这种状况。因此，在运行时间内，负荷强度平稳，负荷强度变化特性参数接近1。由于地源热泵的停机时间大于运行时间，负荷的持续系数R＜1，负荷的持续性弱。特别是一周内的负荷持续性系数很小。平稳的负荷强度特性对地源热泵的地埋管换热器的工作性能不利，但是负荷持续性弱的特性却对地埋管换热器的工作性能有利。因此，在评价办公建筑负荷特性对地埋管换热器的影响时，要看这两个因素中的主导因素。
（三）商场建筑的负荷特征。对于商场的建筑而言，其使用特点是当日的9点～22点，当日22点～次日9点的使用率为零。由于商场的特殊性，双休日及节假日的日负荷总量大。在地源热泵的使用时间里，日负荷强度变化特性参数接近1。由于地源热泵的停机时间和运行时间接近，所以负荷的持续系数≈1。负荷的持续性不强。
（四）宾馆或综合楼建筑的负荷特征。对于宾馆或综合楼来说，由于人员密度不断变化，以及夜晚负荷的集中性，决定了宾馆或综合楼的日负荷强度比较均匀，每日清晨前达到负荷的低谷。由于宾馆或综合楼具备餐厅、商场和娱乐房等设施，所以负荷的持续性很强，同时也决定了季节负荷总量很大。宾馆或综合楼每天设备停机的时间短，季节负荷时间内基本没有恢复期，从而导致地埋管换热器一直处于放热或吸热状态。宾馆或综合楼的负荷特性不利于地源热泵的应用。
不同功能的建筑具有不同的动态负荷特性。居住建筑、办公楼、宾馆、商场等特有的动态负荷特性，直接影响地源热泵地埋管换热器的换热性能。因此，地源热泵方案的确定，必须考虑建筑地区的建筑功能。
三、确定地源热泵方案，建筑地区的气象条件不可忽视
（一）建筑地区的气象条件，影响地源热泵的寿命。由于居住建筑的冷热负荷主要是由室外气候造成的，因此在严寒地区的建筑，往往会产生很大的历年累积取热量；而在湿热地区则会产生很大的历年累积排热量。二
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