地能利用热过程是一个动态变化、多热力系统的复杂集成过程,在工程实际设计和性能预测分析中,往往需要完善的分析方法。数值仿真计算作为有效的多系统耦合关联集成分析手段越来越受到关注,并不断在开发利用。地能利用即是一项地上用能系统和地上转换系统与地下供能系统源端有机关联的过程,依据地上系统的动态需求和转换,赋予地下源端作用边界条件,通过各系统关联耦合的数学实现,进而分析地下能流传输过程热流变特征和作用影响,同时对各系统的热力特性和能量特性进行分析。为此,本研究结合国家自然科学基金资助项目的研究内容,对以地下水源能量利用为主的地能利用过程提出一维与三维集成分析数值方法,实现了地能利用过程各系统的一维关联和地下能量传输热过程三维表征,并利用一维实现全过程数值计算控制和数值传递的上位管理,建立能量利用过程的全系统集成分析方法。此外,以实际工程为算例,针对以地下水源能量利用为主的地能利用过程的设计方案、运行模式及工况条件等要素进行计算分析,依此构建方法及其应用体系,为工程应用提供理论分析依据。针对地能利用系统,研究工作首次提出一维与三维集成分析数值计算方法,达到多热力系统复杂过程的集成分析。实现了一维与三维的联合计算,以及单一程序的数值计算控制等,并进行了模型和算法的实验验证。以算例应用开展了地下水源能量利用系统制冷期变时模式、流量与温度调控模式、抽灌井流量调配模式对系统性能参数的影响分析,深入认知了该过程的基本性能和特性规律。热负荷居主导地区,制冷时长越长,抽水温度下降幅度越小,冬季机组COP值及系统的能效比值越高。定温差变流量调控模式抽水温度下降幅度较快,运行周期内系统耗功少,系统能效比较大;定流量变温差模式由于抽灌水温差的降低更有利于系统长期稳定运行。此外,抽灌井流量分配差额越大,机组COP值及系统能效比越大,流量分配模式相同的条件下,抽灌井流量对等模式机组COP值及系统能效比高于抽灌井流量交叉等模式。对于存在地下水横流的地能利用过程,通常逆流模式热泵机组的COP值较高,顺流模式热泵机组COP值较低。其中,对于顺流,地下水横流流速越大,系统热贯通程度越强,抽灌水量对应相等模式流量分配差额越大越有利系统长期稳定运行,抽灌水量交叉相等模式流量分配差额越大越不利于系统长期运行;对于交叉流,地下水横流流速越大,系统运行越稳定,位于水流上游的抽、灌井流量调配比例越小,系统抽水温度整体越高,机组COP及系统能效比越大,地下含水层温度场越稳定。在主动地下蓄能和倒井实施技术分析中,进一步获知热负荷为主地区,倒井模式可弱化热贯通,导致机组COP(EER)和系统能效比高于固定井模式,表明倒井的有效性;主动需能模式,其一定的能量补充将使机组COP(EER)和系统能效比值得到提高,一般春季期间蓄热作用更加明显。对于倒井与蓄能共存模式,其共性作用更加显著,联合抑制热贯通,供热季节抽水温度升高,制冷季节仍可保持较低抽水温度,机组COP(EER)和系统能效比更高。对于地下水和土壤复合地能利用过程,进一步分析了两源空间布置和能量供给份额的影响,其中地下换热器孔群偏置将有效延缓抽水温度下降,有效显现地域空间能量的广域性,反之孔群中区竖列布置相比不利。研究表明,地下水和土壤两源能量供给份额对于抽水温度具有明显的影响特征,土壤源地下换热器承担负荷比例减少,将导致地下水源抽水温度明显变化,以致于影响机组COP(EER)及系统能效比。