能源是人类赖以生存与社会经济发展的基础。在国家“双碳”战略目标下,加大清洁能源的开发与利用进而取代化石能源,是降低碳排放和实现能源转型的主要方式。煤矿在开采过程中会产生大量的矿井回风,是一种优质的低温余热资源。对其进行合理的回收利用能够代替传统的燃煤锅炉,进而满足矿区的热量需求。基于上述需求,本文围绕矿井回风余热利用耦合水源热泵系统,以乙二醇间壁式换热器为研究对象用于提取矿井回风余热热量。通过理论分析、数值模拟和实验测试,主要开展高效间壁式气—水换热与强化传热研究。首先,介绍乙二醇间壁式换热工作原理,对间壁式气—水换热和回风气流特性的传热传质过程进行了理论分析,对回风换热冷却减湿过程进行了研究。其次,根据乙二醇间壁式换热器现场监测数据,建立了湿工况下单管换热分析模型。基于焓差的Threlkeld法和热阻分析法,开展换热器管排排数下各环节温度、管内外传热系数、翅片效率和各热阻变化情况的分析,以及换热工质循环流速和温度对换热器换热量和换热性能的研究。结果表明,回风出口温度要高于翅片表面水膜温度,温差变化在3～5℃。回风侧传热系数与换热器管排排数的变化趋势相反。同时回风侧入口处的热阻要高于出口处热阻。通过增加管内换热工质的循环流速可以降低管内侧热阻,进而提高换热系统与回风之间的换热量。但管内流体处于强湍流状态下,会影响与回风之间的换热效果,因此最佳流速范围在1.49～2.75 m/s。然后,对宁夏某煤矿矿井回风余热回收用乙二醇间壁式换热器进行了现场实验测试与分析。分别对回风进、出口风速、温湿度、乙二醇换热前后的温度进行测试。测试期间室外环境温度在-16.5～1.8℃,换热前后乙二醇溶液进出口平均温度为-1.5/3.4℃,乙二醇换热器交换热量恒定在1500k W左右,系统运行性能稳定。回风中潜热换热量为回风换热量的主要部分占比60%～70%。最后,对回风余热利用耦合水源热泵系统进行了热经济学分析。分别对乙二醇间壁式换热器、热泵系统和整个系统进行（火用）分析,并计算系统的（火用）效率与（火用）损失。从热经济学成本角度对回风余热利用系统和燃煤锅炉建立热经济学模型,并计算系统的供热成本和热经济学成本节约率。结果表明,热泵系统的（火用）效率比换热器的（火用）效率高22.7%,整个系统的（火用）效率为90.5%。乙二醇间壁式换热器在能量转换过程中,热量利用率较低。回风余热利用系统与燃煤锅炉的热经济学成本分别为0.1291和0.1573万元/k W·h。相比之下,回风余热利用系统的投资费用较高,但维护管理费用和运行费用较低。二者的热经济学成本节约率分别为21.8%和17.9%。系统在长期运行过程中,回风余热利用系统更具节能潜力。