节能减排是当今世界面临的重大社会问题之一,而高效清洁能源用于建筑供暖是其关键环节。利用逆卡诺循环原理,地下水源热泵系统把存储在浅层恒温的地下水中的热量提取出来,以满足建筑供暖的需求,具备较高的运行效率以及较显著的环境效益等特点,应用前景非常广阔,而取水井和回灌井的井群结构特性是地下水源热泵系统能否持续高效运行的关键所在。由于供暖季回灌井回灌水温低于地下含水层的初始温度,必然导致回灌井周围土壤温度的缓慢降低,如果取水井和回灌井的设置不合理,要么造成土地资源和管路系统的浪费,要么导致取水井出水温度随运行时间明显降低,发生热贯通现象,从而制约热泵系统的高效运行及供暖能力的降低。本文取水井和回灌井的井群结构特性包括水井数量及其配比、水井直径和深度、水井间距等内容,涉及土壤孔隙率、含水率、水扩散率等众多影响因素。纵观地下水源热泵技术近年来的研究和应用情况可以得出,一方面,实际工程项目的长期连续监测和分析成果仍显缺乏,尤其张掖地区;另一方面,地下井群的结构特性是地下水源热泵系统持续高效工作的必要前提,但其数值计算模型和方法有效性的实践验证有待补充。本课题首先针对张掖地区一地下水源热泵热源系统进行了长期连续的监测,并以此对其性能和适用性进行了分析,得到了其比较合理可靠和经济有效的结论;其次,以此为研究对象进行了物理建模,并且应用gambit和fluent两个软件对其进行了数值计算分析,得到了课题所用数值模型和方法可靠有效的结论,以及地下井群的结构型式和热工特性,包括取水井和回灌井间距、半径等参数与地下温度场的相互关系。本文研究及所得结论可为地下水源热泵系统,尤其张掖地区的工程应用提供参考。(1)不论是从经济效益、社会效益,或者是用户单位对热源运行管理的可控性等方面,地源热泵系统供暖方案都不失为一个优选方案,且符合当下国家的政策。(2)本项目地下水源热泵机组测试期内,热源系统、热泵大机组、热泵小机组的COP值合理,说明本项目地下水源热泵机组性能稳定、经济有效;虽然始终为一套机组运行,但测试用户室内温度能够达到设计要求,也说明热源方案及其设计较合理。(3)虽然地下水源热泵系统的取水井、回灌井之间的距离越大,其产生热贯通现象所需要的时间就会增加,发生程度也越轻微,但考虑实际工程项目的场地限制,应尽可能减小水井占用的面积。张掖地区目标模型条件下,地下水源热泵取水井和回灌井最佳间距为50 m左右。(4)水井半径对热泵系统稳定运行几乎没有影响,实际工程中,一般依据《管井技术规范》和勘测资料确定最合适的井半径,约为0.3m~0.5m。(5)为了维持地下水源热泵系统可以长时间的工作运行,注意定期对水井进行维护,以免长期使用可能造成水井堵塞、回灌困难等问题。