为缓解我国能源危机,减少化石能源在能源结构中的占比,在国家“十三五”规划中,突出了可再生能源在能源结构中的重要地位,并大力提倡扶持电驱动热泵的发展。对地源热泵技术所需的地质勘探、政策扶持及奖励政策等进行完善。在地源热泵系统中,土壤作为系统热源,其热物性参数对系统的设计及运行起着重要作用,精确测量土壤的热物性参数可以使得地埋管设计方案更加合理,提高地源热泵系统的经济性。本文研究内容及结果如下:(1)利用分布式光纤测温装置对地下土壤分层热物性参数进行测量计算,同时采用常规方法对土壤平均热物性参数进行了测量,分别建立考虑土壤分层的非稳态三维传热模型和忽略土壤分层的均质非稳态三维传热模型,对地埋管与土壤换热进行模拟,并利用热响应实验数据进行模型的验证。(2)基于建立的土壤分层模型及均质模型,利用夏季蓄热工况对地埋管的换热性能进行研究,分别设置不同进口温度(293、303、313、323、333K),不同进口流速(1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0m/s)及不同地埋管管径(DN25,32,40,50)进行模拟研究,对不同工况不同模型的地埋管的换热性能及土壤温度场分布的变化规律进行分析,以单位管长换热量、钻孔平均导热系数及热作用半径作为指标进行评价,并对比两种模型模拟结果的差异。结果表明,对于单位管长换热量及钻孔平均导热系数而言,分层模型计算的结果始终大于均质模型,虽然两种模型下土壤温度场分布存在差异,但两种模型的最大热作用半径基本相同。进口温度的升高会导致两种模型单位管长换热量之间的差距逐渐增大,当进口温度为333K时差值可到6.2%。但进口温度改变时,钻孔平均导热系数保持恒定。当进口流速增加时,两种模型的单位管长换热量及钻孔平均导热系数均呈现增长的趋势,且两种模型间的差距基本保持不变,单位管长换热量及钻孔平均导热系数的差值分别为2.57W/m和0.2W/(m·℃)。随着地埋管管径的增加,对于单位管长换热量和钻孔平均导热系数,两种模型之间的差距逐渐减小。(3)基于建立的土壤分层模型及均质模型,采用冬季供暖工况对地埋管换热性能进行模拟,分别计算不同进口流速,不同管径下的单位管长换热量,并以此为依据对热负荷为2250kW的建筑进行地埋管井况设计,讨论井况的初投资变化情况。结果表明,当井深保持为75m,管内流速为1.0m/s,管径为DN32时,分别以分层和平均土壤热物性参数为依据的设计方案中钻井数分别为498和528,两者相差6%。钻井初投资分别为106.05和112.37万元,利用分层热物性参数可以降低6%的钻井初投资费用。管径恒为DN32,当进口流体流速从1.0m/s增加到2.0m/s时,设计钻井数和钻井初投资都减小,采用平均热物性参数计算的井数和钻井初投资比分层热物性参数分别高出3.85%和3.89%,进口流速越大,两种方法的设计结果差异越小。流速恒为1.0m/s,当管径从DN32增加为DN40时,虽然增加了换热量,钻井数有所减少,但管材费用显著增加,因此钻井初投资有所增加。采用平均热物性参数计算的井数和钻井初投资比分层热物性参数分别高出5.96%和1.1%,管径的增加同样使得两种方法的设计结果差异减小。