地源热泵空调系统利用土壤作为冷热源,通过地下埋管中的循环流动介质与土壤进行热量交换,进而由热泵实现对建筑物的供冷或者供暖。与传统空调相比,地源热泵空调系统利用可再生能源,具有节能和环保的特点。对于采用U型埋管换热器的地源热泵来说以其适用范围广、性能稳定、换热效率高等优势越来越得到关注。本文对地源热泵垂直U型埋管换热器系统的研究成果进行了综述,针对现有研究成果主要集中在U型埋管的传热传质模型、换热器的换热性能、强化传热以及热泵系统的动态仿真等方面,而作为能够较直观的反映土壤的热物性和埋管的换热性能的地下埋管换热器周围土壤温度场的研究主要还是集中在理论阶段,没有相关的实验验证,并且对地源热泵系统运行时土壤温度场的模拟大多是基于短时间条件,这就使得研究成果的应用在一定程度上受到了限制。故本文开展了以地下埋管换热器周围的土壤温度场为主要内容的研究,采用理论分析、建立传热模型及借助于MATLAB软件进行数值模拟、实测数据验证等方法对垂直U型埋管换热器周围的土壤温度场进行研究,以求得到两种不同地质条件、不同的钻孔回填材料、热泵系统长期和短期运行、不同埋管管径大小以及变热流工况对埋管换热器周围土壤温度场的影响,并得出热作用半径与单位埋管管长换热量之间的关系。模拟结果表明,在短期(30天)运行条件下,土壤的导热系数大小直接影响热作用半径长度,土壤导热系数为2.035W/m·℃、3.49W/m·℃时热作用半径分别为3.8m和4.2m。导热系数大的细河砂回填材料,埋管管壁土壤最高温度只有42.3℃,而水泥砂浆回填时高达50.9℃,说明导热性能好的回填材料有利于增大管内流体与周围土壤的温差从而增大了土壤与埋管的换热量。对于3个月的长期模拟分析得到热作用半径达4.5m左右。通过505W/m~2、550 W/m~2和650 W/m~2三种不同热流密度对土壤温度场的影响模拟结果表明,热流密度越大(为650 W/m~2)时,热作用半径也越大,但埋管周围土壤与管内流体的温差也越大,因此不利于埋管与土壤的换热。最后总结了有利于埋管换热的设计间距。通过重庆地区的夏季实验测试,分析不同流量工况下单位管长的换热量以及平均传热系数,埋管周围土壤温度场分布,并对模拟结果进行了实测数据验证。