严寒地区建筑供暖能耗巨大,建筑节能是减少能源浪费的重要途径之一。我国严寒地区浅层地热能储量丰富、可开采的价值大。利用热泵技术对浅层地热能开采是一种节能环保的技术,地下取热是整个系统的核心。严寒地区土壤源热泵系统存在着地埋管换热器换热率较低、土壤的冷堆积严重等问题。本课题依托哈尔滨市农科院温室供暖的实际工程对寒区土壤源热泵存在上述问题进行研究。首先,通过先现场的钻井勘探,对热源井进行岩性分析、含水层分析以及原始温度测定;其次,对现有套管式地埋管换热器进行改进;进而,总结了严寒地区套管式热源井钻探深度的计算方法;然后,建立监测系统通过实验方法对寒区土壤源热泵的运行以及土壤温度的恢复进行研究;最后,对土壤源热泵、电锅炉以及燃气锅炉等3种温室供暖系统进行节能性分析、环保性分析和经济性分析。研究结果表明:套管式换热器外壁管0-50m段和芯管做保温处理能够大大提高取热量。实验证明外进内出循环方式的平均单位管长取热量和出水温度均高于内进外出,外进内出循环方式更适合寒区土壤源热泵运行。对于本课题研究的套管式地埋管换热器4m3/h循环流量取热量最大,较为合理。通过全周期性间歇运行实验可知,经历6个月恢复期土壤温度基本实现自然恢复,平均机组COP为3.5,平均系统COP为2.6。分析长周期间歇运行实验可知,含水层对土壤温度恢复作用明显,机组连续运行时间应控制在6h以内有利保持高能效运行,机组停机恢复时间保持在6h左右可恢复至较高温度。对于按启停比间歇运行实验,启停比越小COP越大。对比按需求间歇运行实验可知,工况一、工况二、工况三平均机组COP相对于连续运行8h工况下机组COP分别提高了 5.2%、8.1%、10.7%,平均单位管长取热量比连续运行8h工况分别提高了 5.2%、9.2%、12.2%。对于自动控制间歇运行实验,自动控制间歇运行平均机组COP比连续运行平均机组COP提高了 11.9%,平均系统COP提高了 14.3%。对于土壤源热泵的可行性分析,土壤源热泵节能性最好,运行过程中实现零排放。虽然土壤源热泵初投资最高,但是费用年值最低的,长远使用土壤源热泵对于温室供暖综合效果最好。本课题的研究工作为土壤源热泵在严寒地区运行的提供基础的实验数据,对实际工程提供指导。