随着经济的发展,我国面临的能源、环境形势日益严峻,可持续发展的概念日益受到重视。水源热泵是一种具有广阔应用前景的建筑节能技术,我国具有丰富的地表水资源,这一现状决定了闭式地表水源热泵在我国有着广阔的应用前景。源侧换热器的设计是成功实施地表水源热泵的关键。本文首先概括了国内外对闭式地表水源热泵换热器设计的研究成果,指出了目前工程设计中采用的经验值法的局限性——首先经验值不准确,其次不能适应复杂、多变的工况;然后从流动与传热的数学模型、闭式换热器换热性能实验、数值模拟及工程实测出发,分析了几种常见换热器换热的特征,得出了一些初步结论,实测数据也显示了目前应用地表水源热泵需要注意的一些问题。主要内容如下:①概况了水温分层研究成果,将水温分层模型作为计算初始条件加载在基本流动与换热模型上,并对模型进行了适当简化,得出了描述水温分层条件下换热器换热的微观数学模型。简要分析了数学模型求解的可行方案,提出数值法分析、求解流场、温度场的分布及传热过程的动态变化;②通过实验研究指出:a.在典型流动水体和静止分层水体条件下,换热器内部水温分布规律:水温随入口长度基本呈对数衰减关系,基于这一特征的考虑,换热器长度设计应考虑具体入口水温、外部水温、换热器规格等参数,进而取最佳换热长度;b.基于工程经验设计方法存在一个问题:换热器内部循环水的流速对换热的影响是不可忽略的,其大小对换热器整体换热性能有显著影响;③给定初始水温分布状态,采用Bussinessq假设,用数值方法对换热器在典型流动水体和静止温度分层水体中散热过程的二维和三维模拟,获得了相关温度场及流场分布规律及换热量大小。模拟结果显示:尽管换热温差造成的密度差驱动的流速非常小,但随着时间的推移,动量不断积累,并向外扩散,形成两个对称漩涡由换热管附近向上扩展;当漩涡外围扩散到水体自由表面后,漩涡开始向换热管水平面以下发展;换热管外部水温受漩涡扩散的影响较大,因而换热管布置深度的设计必须考虑水体中漩涡的发展;④通过实验和模拟研究指出,流动水体中换热器各盘管之间的影响是可以忽略的,只有在流速小到0.01m/s以下时,换热器上游才会对下游换热造成一定影响,——约6.04%(模拟条件下),实际工程中基本可以忽略;⑤对实际工程案例中换热器冬夏季的换热性能进行了分析,描述了其换热性能同湖体特征水温变化之间的关系,数据表明,闭式换热器实际运行性能未能达到设计水平。在冬季,换热性能极低,而热泵机组的低温保护对系统正常运行很不利,在长江流域及其北部,应用地表水源热泵尤其要注意这个问题;换热器外部结垢也是一个需要关注的问题,其热阻与换热器壁面热阻相当;此外,换热器的制作、安装工艺应提高,不建议使用防冻剂。