地源热泵作为一种可再生能源利用技术,近年来逐渐成为建筑行业节能方向的研究热点。其中,竖直单U型地埋管地源热泵由于占地面积小、性能稳定等优点而得到广泛应用。地埋管是地源热泵系统与土壤进行热量交换的关键装置,其传热模型的合理性对系统的设计至关重要。然而,现有的传热模型都有一些不足,如大多数解析模型忽略了管内流体热容、U型管热容、U型管两支管间的热干扰或流体温度非线性分布等因素的影响,而二维、三维数值模型计算时间复杂、通用性较差。针对上述不足,本文提出三种竖直单U型地埋管传热模型,并结合实验数据和其他模型来验证这三种模型的准确性。首先,本文提出竖直单U型地埋管解析模型。该模型在无限复合介质柱热源模型的基础上,同时考虑U型管热容的影响,求解流体平均温度;然后结合钻孔内准三维传热模型,建立进出口流体温度关于流体平均温度和热流的关系式,计算U型管的进出口流体温度。为了验证该模型的可行性,将其应用于恒热流沙箱实验并与其他模型进行对比。结果显示该模型预测的进出口流体温度在整个时间段内与实验值的吻合程度都优于其它模型,而且其四种误差基本上都较小,其中进出口流体温度的平均绝对误差分别为0.11℃和0.09℃,最大绝对误差都小于0.4℃。上述建立的解析模型将U型管内的传热假定为稳态传热,而这可能会导致一些误差。因此,本文提出竖直单U型地埋管混合模型,该混合模型包括两部分:首先,将单U型地埋管简化为一根等效管,建立一维径向数值模型,计算流体平均温度和钻孔壁温;然后,基于钻孔内准三维传热模型,建立进出口流体温度关于流体平均温度和钻孔壁温的关系式,进而计算U型管的进出口流体温度。为了验证该模型的可行性,将其应用于恒热流沙箱实验和变热流沙箱实验,并将计算得到的进出口流体温度与实验值及其他模型结果进行对比。与其他模型相比,该模型计算的流体温度与实验数据吻合得较好,尤其是在短时间内和断电期间,而且该模型的四种误差基本上都较小。除了前4小时和断电期间,该模型预测的流体温度的绝对误差均小于0.23℃。最后,由于地源热泵系统的复杂性,U型管内流体与周围介质之间的热流可能是未知的,而进口流体温度可能是已知的,因此,本文提出变进口流体温度条件下竖直单U型地埋管混合模型。首先,在上述竖直单U型地埋管混合模型的基础上,建立变进口流体温度条件下的一维径向数值模型,用于计算流体平均温度;然后,基于钻孔内准三维传热模型,建立钻孔壁温关于流体平均温度和进口流体温度的关系式,计算钻孔壁温,进而计算出口流体温度和热流。为了验证该模型的可行性,将其应用于恒热流沙箱实验,将模型计算得到的热流和出口流体温度与实验值进行对比。结果表明本模型计算的热流具有一定的偏差,而计算的出口流体温度在整个时间段内与实验值都吻合得很好。此外计算了出口流体温度和热流的四种误差,热流的最大绝对误差较大,其他三种误差较小,其平均绝对误差为18.02 W。出口流体温度的四种误差都很小,其最大绝对误差和平均绝对误差分别为0.47℃和0.05℃。