煤矿是我国能源消耗的主体,浅层煤矿的枯竭,使得煤矿开采向深部发展,深部矿井做工热环境恶劣,严重影响工人的身体健康和工作效率。为解决矿井热害问题设计并研究了多种空调系统,其中半导体制冷系统因其装置结构简单、操作方便、适应性强等优点而备受关注。本文基于半导体制冷技术,提出了一种应用于深部矿井特殊工作环境的半导体制冷系统,该机组通过矿井内部空气自循环散热。本文对半导体制冷影响因素进行分析;建立应用于深部矿井的半导体制冷系统系统数学模型,研究了系统整体的运行特性。根据对系统运行特性的研究,提出了启停控制、电流控制和风量控制三种半导体制冷系统控制策略。采用CFD软件构建矿井工作环境的数学物理模型,研究了送风形式,送风距离和送风速度对深部矿井内矿工工作区域制冷效果的影响。本文主要研究内容及所取得结果如下:（1）半导体制冷过程数学建模与特性研究:以半导体制冷基本原理为理论基础,建立了半导体制冷模块制冷过程模型和半导体制冷模块特殊工况模型。探究半导体制冷模块设计参数、运行参数和性能参数对半导体制冷能力的影响,并分析了两种特殊工况随参数的变化情况。结果表明,半导体制冷模块冷热段温差与制冷效果成反比,冷端温度与制冷效果成正比;半导体制冷元件面长比和优值系数与制冷能力成正比,运行工况制冷效果越好。（2）半导体制冷系统构建与优化:确定半导体制冷元件选择原则与方法,进行了半导体制冷系统结构设计,构建半导体制冷系统数学模型,对半导体制冷系统进行传热分析;半导体制冷系统采用多层风道交叉散热,在选择半导体制冷元件时应根据冷热端温差进行验算,设计制冷机在空气温度为40℃的矿井内运行可以输出1.1k W的制冷量,制冷系数0.62,散热风量500m~3/h,散冷风量400m~3/h。（3）半导体制冷系统运行特性分析:研究了矿井内的空气温度、风量、散热风道污垢热阻和电流变化对半导体制冷系统运行性能的影响。提出启停控制、电流控制和风量控制三种运行策略,并对运行策略进行分析。考虑电耗等因素风量调节应尽量采用冷热端风量等差调节方式;电流的调节区间应该在0至制冷量最大值对应的电流值;半导体制冷系统应该增加过滤除尘装置,减少污垢对半导体制冷系统的影响;通过启停控制可实现的矿井温度调节范围为30～42.5℃;电流控制可实现的矿井温度调节范围为30～45.5℃;风量控制可实现的矿井温度调节范围为30～44.5℃。（4）半导体制冷系统在矿井中的应用:利用CFD软件对矿井内半导体制冷系统不同送风形式、送风距离和送风速度运行时的热环境进行数值模拟。当采用水平送风方式时,当送风角度为30°时,矿工工作区域迎风面和背风面均有较好的冷却效果,能量利用率较高。当采用竖直送风方式时,矿工工作区域迎风面和背风面均有较好的冷却效果,能量利用率比水平送风方式高。采用竖直送风方式,当送风距离为1m、送风速度为2m/s时,工作区域冷却效果较好,能量利用率最高。本文研究分析了半导体制冷系统的设计方法、运行特性、控制策略及其在深部矿井中的应用效果,为机组在实际工程中的设计提供参考和指导。