黑龙江省作为能源大省,开采高峰期已经过去,能源资源减少,采矿难度大,产出成本上升。迫切需要节约能源,转变能源利用方式。地热能就是在这种背景下发展起来的一种储量大、分布广、绿色低碳、可循环利用且极具竞争力的新型可再生能源。地源热泵技术的应用在减少雾霾方面非常有效。但黑龙江省地处寒区,用户侧对冷、热负荷的需求十分不平衡。极易造成土壤冷堆积问题。本文基于黑龙江省一供暖示范工程。在实验前先进行原位热响应测试查明实验地点的地层岩性、可钻性、岩土初始温度、热物性参数等,并选择适宜的进口温度范围及相应取热量。为缓解土壤冷堆积问题,地埋管换热器深度达600m,采用镀锌无缝钢管材料,钛纳米聚合物图层防腐处理。分析整个供暖期与恢复期的实验数据,了解土壤温度变化规律。经过一年供暖运行,土壤温度从初始温度19.35℃降低到19.12 ℃,降低了0.23 ℃;冷堆积问题仍然存在。若第二年继续取热,土壤温度会逐年下降,破坏土壤热平衡。在实验基础上,利用TRNSYS模拟软件建立了地埋管地源热泵系统模拟平台。与供暖期实验数据对比验证模拟准确性。在对系统模拟全年逐时冷热负荷时,发现在供冷期的67天中有37天冷负荷需求很小,利用直接供冷就可以满足要求。并提出了两种运行方案,第一种为热泵供热和供冷运行方案,第二种为热泵供热和直接供冷运行方案。分别进行10年期运行模拟,对比分析可知第一种运行方案在供冷期的EER为4.75。而第二种运行方案在冷负荷需求较少的37天内采用直接供冷的运行方式,EER为23.80。对两种运行方案的土壤平均温度进行模拟;结果表明,直接供冷的循环水温度相对较高,对缓解土壤冷堆积问题更加有效,但要根据室内舒适度要求选择合理的直接供冷时间。最后利用TRNSYS模拟软件模拟两种运行方式的长期运行效果。结果表明,冬季供热COP逐年降低,且下降幅度逐渐减缓;而夏季供冷EER则呈上升趋势;经过10年运行,两种运行方式的土壤平均温度分别降低了 1.5℃和1.25℃,而直接供冷的EER达到24.26℃,是常规供冷的5倍。直接供冷方式对土壤冷堆积的缓解更加有优势,且在运行过程中更加节能。地源热泵系统与传统集中供暖相比冬季节能率为39%,相比于传统中央空调制冷,地源热泵常规供冷与直接供冷系统的夏季节能率分别为72%和84%。直接供冷系统相比于常规供冷系统CO2和SO2的排放量分别减少了 963.08kg和9.06kg。地源热泵用作供热、常规供冷和直接供冷系统的投资回收期分别为9.95年和9.53年。从节能性、环保性和经济性验证了直接供冷在寒区是一种可行且节能的运行方式,并为实际工程提供参考意见。