海洋占地球面积的71%,是一个巨大的可再生能源库,适合作水源热泵的低位热源与热汇。我国寒冷地区海水源热泵系统的运行受到海水温度、气候条件等多方面影响,使其正常稳定运行需要复合其它能源,海岸井取水海水源热泵系统是综合利用海水和地下岩土热能的一种可再生能源利用系统。海水在地下岩土中渗流换热过程涉及的地块尺寸大,多井系统影响因素多,数值计算所需时间长,且也不易找到各影响因素之间的一般内在关系,建立快速求解的半解析模型、提高系统优化速度十分必要。受实际工程条件限制,难以实现对不同实验工况进行研究,搭建相似实验台并对相似准则数之间的关系进行理论研究,开展海水源热泵多井取水系统渗流换热特性的研究,使研究成果能有效地推广应用于工程设计中,具有重要的理论意义和实用价值。由于海水源热泵供热技术在中国沿海区域规模化应用前,需要对已建海水源热泵系统运行情况进行实测与分析,因此分别对大连直接取水和海岸井取水的海水源热泵系统进行了实地调研与测试。其中直接取水系统的供热季平均海水温度为5.83℃,机组和系统平均COP分别为2.99和2.30;海岸井取水系统的供热季平均海水温度为12.85℃,机组和系统平均COP分别为4.66和3.70。海岸井取水系统与直接取水系统相比,由于其取水温度更高且更稳定,海岸井取水方式可以提高海水源热泵系统运行的安全性、稳定性和运行效率。本文建立了一种快速求解的多井取水系统渗流换热模型。引入映射理论处理海岸线边界条件,叠加原理处理多井系统,解决了海岸线边界与多井系统建模方面的难点。建立并解析求解渗流模型,不仅大大减少了计算时间,而且可以系统地分析多井取水系统各影响因素之间的定性和定量关系。由于海岸井取水系统在主流方向上的贝克利(Peclet)数均大于4个数量级,渗流换热以对流的影响为主,因此在换热模型构建中忽略导热项,以进一步提高计算速度。并且基于MATLAB平台编制了海岸井取水渗流换热系统模拟软件。为解决海岸井渗流换热实测研究中,受地域和现场条件限制而导致实测结果的局限性问题,本文设计和建造了多井取水系统渗流换热的实验台,验证了海岸井取水系统渗流换热模型的准确性;并进一步对建立的模型进行相似理论分析,找到一些相似准则数。对不同工况(抽水井的个数和位置、抽水流量、抽水时间)进行理论与实验研究,获得了单井和双井渗流换热半经验准则关联式即准则数之间呈指数关系。过余温度(?)随着傅里叶数Fo、流量准则数D和位置准则数R的增加而减少,准则数对过余温度(?)的影响从大到小分别为傅里叶数F0、位置准则数R和流量准则数D。针对多井取水系统的影响因素多,且不易明确因素之间的交互作用,提出了基于本文建立的快速求解模型的一种优化方法——分步枚举法,解决了大尺度区域多井系统的可行方案数量众多且优化工作量巨大的难题。以某37000m2的建筑项目为例,以生命期费用为优化目标的显著性因素优化结果为.:比热容1260J/(kg·K),渗透系数0.0007m/s,地块宽度750m,地块长度500m,海岸井排数1排,海岸井列数3列。分步枚举法与枚举法相比节约了优化时间,与正交法相比提高了优化精度的同时,优化结果具有更好的可分析性。该优化方法能够满足工程规划和设计要求,宜被工程设计师掌握,弥补了目前多井取水换热工程仅根据随机选择的试验井水文地质报告进行设计的不足。