为了推动绿色建筑的发展,改善现有的供热结构,科学家们提出许多可供选择的空调供热方式,如太阳能供热、燃气供热、余热供热、地源热泵供热等。其中,地源热泵技术因其节能、环保、应用效率高、占用地下空间较少等优势,获得政府的大力支持与推广,但该技术在中国发展时间较短,关于含水层中渗流场、温度场、应力场在热泵系统影响下的变化规律研究仍不足,不合理的设计所引起的环境问题也逐渐显现。论文在论述地源热泵系统国内外研究成果的基础上,详细分析了地源热泵系统影响下的地下含水层渗流场、温度场、应力场三场的耦合机理,并且建立了地下含水层热-固-流耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对武汉百步亭新港苑小区的地源热泵系统建立了物理模型,模拟不同回灌量对温度场及应力场的影响,并对该小区热泵系统抽灌设计提出建议,通过对比模拟数据与现场监测数据,验证了该模型的真实性。模拟的主要结论有:1)含水层岩土体温度的变化范围受回灌水的影响随系统运行时间增长而变大。同时温度影响半径也受到地下水流运动的影响,高温区域呈以抽水井为顶点的水平放置“水滴状”,回灌量越大,热突破会越早发生;2)抽灌过程会引起含水层水压力发生重分布,抽水井周的孔隙水压力减小,回灌井周的地下水压力增大。抽灌井周的水压力值还受回灌量的影响,当抽灌量一定,随着回灌量的增加,靠近井处的水压力受到扰动比较大,远离井处的区域基本不受影响;当抽灌量相同时,抽灌井周的水压力呈“对称”分布;3)在不同回灌率作用下,同一深度抽水井侧的地层沉降要大于回灌井侧的地层变形,且在地下水渗流方向上,回灌井左侧的变形最小,抽水井右侧的变形最大;随着地层深度的增加,抽灌水引起的地层变形越来越小。回灌率越高,系统抽水对地层的影响越小。因此,建议在条件允许范围内,尽可能提高回灌率,减少地层沉降;4)对比不同工况下地温变化的模拟数据和现场监测数据后,发现两者的最大相对误差均在允许值范围内,说明所建立的物理模型与实际测量值吻合较好,可以用来指导工程实践。图:37 表:4 参:73