地热能作为一种可再生能源受到了广泛的关注和研究,随着热泵技术的推广应用,投入使用的地源热泵存在诸多问题,以重庆基岩地区为例:(1)重庆地区主要为岩石层,钻井费用高;(2)全年冷热负荷不平衡,长期运行系统性能降低;(3)制冷季时间较长,热泵系统按设计负荷运行,系统能耗增加。因此,针对以上问题,本文以重庆基岩地区某办公楼地源热泵系统为实验平台,研究提高埋管换热器换热、降低初投资、减少系统能耗的措施。首先,依托重庆某办公楼地源热泵工程,建立分层换热模型,通过TRT热响应实验验证了模型的可靠性,并提出在传统管材的管壁厚中注入一层高导热系数材料的复合管材,理论分析了不同厚度高导热系数层的复合管材和PE管材的热阻,并利用FLUENT软件对不同管材进行季节性间歇性模拟,对比各参数变化。结果表明:复合管中高导热系数层厚度增加,钻孔内热阻减小,与PE管相比,钻孔内热阻最大可降低22.42%;在制冷季和供暖季,复合管与PE管相比换热性能可分别提高18.21%、20.12%,其中换热性能提高主要在进水管段体现,而在回水管上部换热性能与PE管相比降低。在此基础上,提出根据复合管在不同埋深处的区段能效系数确定复合管材的埋深,研究发现,部分复合管(在回水管中部和上部采用PE管材其余部分采用复合管材)与复合管相比单位井深换热量相差较小,且随运行时间的增加,换热量差值减小,考虑换热性能和管材成本,部分复合管材设计更优。然后,研究了不同进口流速、进口水温、回填材料导热系数对不同管材换热性能的影响。由于地埋管以管群的形式存在,本文还研究了不同管材在管群中不同位置的换热特性。结果表明,运行20d后管群中出现热干扰,热干扰从小到大为:角井、边井、中井,其中部分复合管的热干扰更明显,但部分复合管在管群中各井的换热性能仍高于同位置的PE管。最后,利用TRNSYS软件建立了办公楼地源热泵系统模型,并根据建筑逐时负荷对机组负荷侧和源侧流量进行了优化,流量优化后的热泵系统在10年内机组的COP和EER满足规范要求,系统节能率可达10.83%。基于流量优化模型,对比分析了不同管材热泵系统运行30年系统性能及经济性,为实际工程应用提供参考。结果表明:埋管间距相同时,部分复合管热泵系统土壤温度和系统能耗稍大,但系统初投资和运行费用可减少20.16万元;埋管面积相同时,部分复合管与PE管热泵系统性能相差较小,但采用部分复合管系统初投资可减少21.51万元。