为了顺应可持续发展战略,降低能源消耗,减少环境污染,可再生能源在国内外的运用发挥了重要的作用。其中,地源热泵技术得到了广泛的推广运用,它可以有效利用地下土壤来蓄存热量,实现热量的跨季节使用,节能且无污染。近年来,一种称为能源地下结构的新型地源热泵系统蓬勃兴起,其原理是将地埋管布置于地下建筑结构内,与地下工程部分结构一起形成地下换热器进行换热。能源地下结构不仅继承了传统地源热泵系统的所有优点,同时还具有节省地下空间和系统造价的优势。目前国内外学者研究的能源地下结构主要有四种类型:能源桩、能源连续墙、能源隧道和综合管廊内的能源地下结构(本文将其命名为能源管廊),其中对于前三种结构的研究较多,而对于能源管廊的研究相对较少。本文对综合管廊结构内的地埋管换热器的传热性能进行了研究分析,研究成果可为将来综合管廊地埋管换热系统的实际工程应用提供参考价值。首先,本文建立了综合管廊地埋管换热器的二维非稳态传热数学物理模型。为了证实综合管廊地埋管换热系统的可行性,从我国五个气候分区中各选取了一个代表城市,分别是严寒地区的乌鲁木齐,寒冷地区的西安,夏热冬冷地区的成都,夏热冬暖地区的广南和温暖地区的昆明。之后通过CFD软件FLUENT模拟计算得到了冬夏季各城市地埋管的出口水温,从而计算求得地埋管的单位管长换热量。同时还计算得到了地埋管在管廊混凝土结构内换热时,会使管廊内空气温度升高了1~2℃,空气的出口温度不超过《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838—2015)中规定的最大排风机开启温度,说明地埋管在管廊混凝土结构内的换热对管廊内气温的影响很小,同时也证实了综合管廊地埋管换热系统的可行性。其次,以寒冷地区城市—西安为例,采用单因素分析法对地埋管的换热性能进行了影响因素分析。影响因素主要包括管廊内的通风频率,地埋管埋设位置的厚度,混凝土和土壤的导热系数,地埋管的进口水温、流体流速、长度和管间距。计算得到了各因素对地埋管换热性能和管廊内气温的影响规律,同时针对地埋管内流体的流速和地埋管长度与管间距的组合给出了最优值,即流速为0.6 m/s,管间距为0.75 m,管长为67m,为后续的研究计算提供了基础参考数据。最后,同样以西安为例,对综合管廊地埋管换热系统的地埋管换热器进行了全年周期的模拟计算。计算得到了地埋管的全年运行特性,同时也从温度云图和土壤测点温度值的变化直观地看出了围岩温度场在不同季节下的变化。此外,通过管廊内空气与管廊内壁的换热情况判断得到地埋管在混凝土结构内长期运行时对管廊内空气温度的影响,分析得出综合管廊地埋管换热系统的长期运行对管廊内通风系统无影响。总之,本文证实了综合管廊地埋管换热系统的可行性,并进一步对地埋管换热器的换热性能进行了研究分析,它具有一定的理论意义和工程参考价值。