当前我国的建筑供热依旧是以燃煤为主,能源消耗与环境污染问题极其严峻,寻找清洁的、可再生的替代能源为建筑物供热供冷的意义重大,而具有显著节能效果的热泵技术通过回收利用低品位能源供热,将是建筑可再生能源利用的最有效途径之一。其中以湖水作为低温热源的湖水源热泵系统在我国南方地区已经进行了一定的研究与示范应用,但在北方寒冷地区冬季湖水温度最低2~3℃,系统在此工况下运行存在可靠性、稳定性和经济性等关键问题。为此对寒冷地区湖水源热泵系统(FHSHP)的系统工艺、运行工况、系统效率、运行能耗和经济性等开展了相关研究。首先,对开式与闭式系统、直接式与间接式系统、前置过滤换热系统与直接疏导式换热系统等的系统形式及其优缺点进行了对比,分析结果表明,采用间接式系统中的直接疏导式换热系统可解决防冻、防堵、防垢等技术问题,该系统更适用于寒冷地区。根据不同的系统管路连接方式,比较了一机一泵系统、大并联系统和混合式系统及其优缺点。基于储能问题,提出了空气增温式、太阳能光热型等湖水源热泵系统形式,并探讨了系统优化后的可靠性及稳定性。其次,针对寒冷地区冬季湖水温度2~3℃,蒸发器出水低于-3℃的运行工况,分析了防冻液对系统运行的影响问题,建立了防冻液物性参数与传热特性及流动特性计算关系式,分析了20%乙二醇溶液和30%丙三醇溶液的物性特点。结果表明,溶液每上升1℃,对流传热系数增幅约为1.5~2.5%,输送能耗减少0.5~1%,但由于乙二醇溶液的金属腐蚀性及其毒性,综合考虑安全、经济和环保性,认为30%浓度的丙三醇溶液更适于该系统。再次,为了明确系统的运行能耗,通过阶段平均COP与实测数据相结合的方法,对整个供暖季内的机组效率及系统运行能耗进行了计算分析,并与传统供暖方式进行了节能环保效益评价。结果表明,理论计算与实测数据基本一致,系统供暖季平均运行性能系数为3.1左右,与传统供热方式相比,其节能幅度可达50%。然后,建立了一套较为详细的系统初投资及运行费用的评价体系,并定量比较了FHSHP系统与空气源热泵系统、市政集中供热和天然气锅炉系统的经济效益。结果表明,FHSHP系统初投资较传统供热方式可降低20%~40%,运行成本节省30~50%以上。最后,跟踪实践研究了青岛科创新能源公司湖水源热泵系统(建筑面积6000m2)与西安白鹿原水厂水源热泵系统(建筑面积4000m2)两个示范工程的运行效果、能耗状况及经济效益。结果表明,冬季室内可达温度20℃以上,夏季室内温度24~26℃,全年运行费用(供暖供冷)28~33元/m2,较传统供暖空调方式降低初投资35%,节省运行费用30%左右。该系统在我国寒冷地区的研究与应用具有重要现实意义。