基于CNKI检索的土壤源热泵研究热点分析

闫文生

（太原市晋祠水利管理处，山西 太原 030025）

1 引言

土壤源热泵技术是通过地下埋管换热对建筑物进行供热制冷的浅层地温能开发利用技术。与传统的供暖制冷设备相比，土壤源热泵避免了热污染和大气污染，可节约运行费用近40%。自上世纪90年代末期我国开始对土壤源热泵理论与应用技术展开应用及研究，虽然起步较晚，但是发展速度较快，并取得了丰硕的成果。本文以中国知网（CNKI）数据库为基础，从数据分析入手，对土壤源热泵的研究动态与热点进行定量的分析，并利用社会网络分析法（Ucinet）对关键词共现关系进行分析，以梳理出土壤源热泵的研究进展和研究热点。

2 资料与方法

本文分析资料的来源为中国学术期刊网络出版总库（CNKI，简称中国知网），是目前世界上最大的中文期刊全文数据库。本次检索式为“主题=土壤源热泵”，检索日期为2015年9月18日，检索方式采用模糊检索，最终检索到2308篇文献作为本次研究的基础资料。

本次研究采用的方法主要是文献计量分析方法与共词分析法。

文献计量分析法是以数理统计等定量统计法为基础，对不同作者及其所属机构、地区、国家的论文发表规律进行统计分析的方法。它是文献分析的基础性方法。

共词分析法是以一组词（本文取“关键词”）两两共现于同一文献中的次数为基础，结合计算机软件（本文采用Ucinet）对数据关系进行图像化呈现，并对它们之间的亲疏关系和结构组成进行分析研究的方法。该方法能根据文献所集中关注的主题，较好的反映出某一研究领域的热点问题。

3 文献分析

3.1 年代分析

某一领域某一方向年度发表论文数量的多少，是衡量该研究方向是否为热点和重点的标志。因此，通过对某领域年度发表论文的变化分析，可以大致勾勒出该研究领域的发展轨迹，揭示其发展的总体趋势。根据“主题=土壤源热泵”的检索结果，以土壤源热泵为主题的论文最早出现在1995年，作者是来自天津商学院制冷技术研究所的高祖琨，文章主要研究了土壤源热泵的节能环保性及其换热器的主要设计参数。之后的5年内，该领域论文发表数量增长相对缓慢，直到2004年以后文献发表数量才呈现出迅速增涨的趋势。就阶段性论文发表情况而言，1995年—2004年论文累计数量较少，该领域研究显然处于起步与萌芽阶段；随后在2004年—2009年的论文发表数量迅速增加，说明该领域的研究已经步入快速发展阶段；2009年至今相关文献的发表量出现小幅波动现象，但整体数量趋于稳定且处于该领域单年论文发表量的历史最高值，其中论文发表量最多的年份出现在2010年，发表量为259篇，该阶段可以认为是我国土壤源热泵研究的高潮时期。文献发表数量的具体年际变化见图1。

3.2 作者分析

图1 数量变化曲线

对某一研究领域的研究者的论文发表数量、被引用频率进行统计分析，是预测和把握该领域研究热点的一项重要内容。本次研究即对2308篇检索文献的论文高产作者进行了定量统计，并对论文发表数量在10篇以上的14位作者进行了罗列和分析，结果见表1。其中，扬州大学能源与动力工程学院的杨卫波发表论文21篇，是发文数量与论文被引用次数最多的作者，他的论文被引用总次数达480次，其中单篇文章最高被引用次数达86次，该文章是《土壤源热泵系统国内外研究状况及其发展前景》，主要阐述了土壤源热泵的构成、工作原理、分类、技术特性及其存在的问题和发展前景。同济大学热能工程系张旭发表的论文19篇，被引用373次，其中单篇最高被引用156次，是目前该领域单篇论文被引次数最高的作者。他所撰写的被引用次数最高的文章是《土壤源热泵的国内外研究和应用现状及展望》，该文主要分析比较了土壤源热泵的国内外研究现状及其核心技术，指出其存在的问题与解决路线。上述两篇被引用次数高的文章均属于综述类文章，可见一篇好的综述性文章对整个研究领域的发展与走向具有十分重要的指导意义。

表1 作者统计表（篇数≥10）

为了进一步追踪杨卫波、张旭的研究重点，本文对杨卫波的21篇、张旭的19篇土壤源热泵文献分别进行了关键词频次统计分析，结果见图2、图3（图中只对频次不小于2次的关键词进行了统计分析）。从图中可以明显发现杨卫波与张旭在研究方向上的许多交叉点，包括：节能、运行模式、实验研究、数值模拟、启动特性、地埋管换热器及发展现状。但杨卫波在太阳能—土壤源热泵方面研究较多，而张旭在土壤源热泵供热性能方面研究更多。研究的交叉点在一定程度上反映了不同研究者的共同眼光，同时也反映出该研究领域的方向和热点；研究的不同点体现了同一领域不同学者在研究方向上的特色，蕴含着巨大的研究潜力。

图2 关键词频次柱状图（杨卫波）

图3 关键词频次柱状图（张旭）

3.3 机构分析

某一研究机构的发文数量及其文献的被引用次数的多少，在一定程度上反映了该机构的科研实力与学术水平，因此对于论文发表数量较多、论文被引用频率较高机构的研究现状进行统计分析，是把握研究热点的一项主要内容。在本文分析的2308篇论文中，论文发表数量在15篇以上的机构共有20个，如表2所示。其中，哈尔滨工业大学发表论文87篇，是论文发表数量最多的机构，其论文被引用次数达704次。同济大学发表论文52篇，被引用740次，是论文被引用次数最多的机构。从表2中可以明显看出，发文量较多的高校几乎全部是国内重点知名院校，即重点院校是该研究领域的的主力军。

本文分别对哈尔滨工业大学的87篇和同济大学的52篇土壤源热泵文献分别进行了关键词频次统计分析，结果见图4、图5（图中只对频次不小于2次的关键词进行了统计分析）。从图中可以发现两所高等院校在该领域的共同研究方向为：地埋管换热器、运行模式、经济性、数值模拟、供热性能、土壤温度、实验研究、土壤热平衡、地源热泵、垂直U型地埋管换热器、数学模型、热渗耦合以及有限单元法。但他们的研究方向各有侧重，哈尔滨工业大学侧重于太阳能—土壤源热泵、土壤季节性蓄热、地埋管换热器、运行模式、经济性以及数值模拟的研究；同济大学侧重于节能与供热性能方面的研究。

表2 机构统计表（篇数≥15）

图4 关键词频次柱状图（哈尔滨工业大学）

图5 关键词频次柱状图（同济大学）

3.4 关键词分析

关键词是论文主题的浓缩，能够直接反映出论文所要研究的主要内容，因此对关键词进行深入研究是热点分析的重要内容。本文对2308篇文献中的关键词进行统计，其中将频次在20次以上的关键词列为高频关键词，该类词共有37个，如表3所示。为进一步分析各关键词之间的内在联系，用Ucinet对该类关键词共现关系进行网络图谱化呈现，结果如图6所示。

中心度是判定网络图谱中节点重要性的指标，是节点重要性的量化。常用的中心度指标有3种，包括：度数中心度、中间中心度、接近中心度。度数中心度用于衡量与某节点相关联的其他节点的数量；中间中心度用于衡量某节点对其他节点的控制力；接近中心度用于衡量节点之间的亲近程度。度数中心度越高，说明该节点受到的关注越广泛，也越接近研究热点，所以本文选取度数中心度作为中心度衡量标准，高频关键词中心度分析结果如表3所示。图6中每个节点代表一个高频关键词，节点越大代表该关键词的中心度越高，每条连线代表一组关键词的共现关系，连线越粗代表所连接关键词的共现频次越多。

从表3中可以明显看出土壤源热泵、设计与节能的中心度较高，从图6中可以得出同样的结论，说明设计与节能是当前土壤源热泵研究领域关注度最高的研究热点。另外从图6中可以看出与土壤源热泵共现频次较多的关键词包括：设计、节能、空调、可再生能源、环保、供暖、热水系统、经济性、土壤温度、热平衡、运行特性、实验研究、换热量、数值模拟、地埋管换热器、传热模型、热回收，说明这些方向在土壤源热泵领域的研究较为频繁。相较于以上研究热点，学界对于绿色建筑、施工、运行模式、土壤蓄热、影响因素、导热系数、冷却塔、能效比、冷热源、运行费用的研究相对较少。

图6 高频关键词共现图谱

表3 关键词分析表（频次≥20）

4 结论

第一，近20年来，土壤源热泵方面的相关研究逐步增加。1995年—2004年为我国土壤源热泵研究的萌芽阶段；2004年—2009年为快速发展阶段；2009年至今为高潮阶段，且随着研究的不断深入，研究呈现出精细化的趋势。

杨卫波（扬州大学）、张旭（同济大学）等人是土壤源热泵研究成果的高产作者，同济大学、哈尔滨工业大学等研究机构是土壤源热泵研究成果的高产部门，他们的研究均对土壤源热泵研究发挥着主力军的作用，其研究成果反映了国内土壤源热泵研究的方向，对当前土壤源热泵研究走向具有一定的指导性意义。

土壤源热泵的研究热点主要围绕设计和节能展开，其次学界对于土壤源热泵的经济性、运行特性、实验研究、换热量、数值模拟、地埋管换热器、传热模型、热回收、土壤温度、热平衡、供暖、空调、可再生能源、环保、热水系统的研究较为频繁，而对于土壤源热泵的运行模式、运行费用、影响因素、能效比、冷却塔、冷热源、施工、土壤蓄热、导热系数、绿色建筑研究较少，因此下一步研究可以针对这些方面开展。