地下水源热泵作为新兴的节能技术,已成为当今国内外的研究热点,但在开发利用过程中还存在换热效率较低、回灌井堵塞、热贯通等问题,如何提高换热效率是水源热泵工程关注的重点问题。本文以铁西华晨宝马新建发动机厂区水源热泵系统作为研究对象,针对其在试运行期间存在回灌堵塞、夏季温度过高、水质较差等问题,开展了实验-理论研究,以期达到提高该项目水源热泵系统的换热效率。本文首先对铁西华晨宝马发动机水源热泵系统出现问题进行诊断,发现由于研究区地下水内铁锰含量很高易引起铁质回灌井发生堵塞,输水管道保温结构不够完善,使得夏季时输水管道内水温偏高,降低了该项目水源热泵系统的换热效率,增加了需水量;因抽水井临近细河分布,抽水水温、水质均受细河影响,会影响水源热泵系统的换热效果,增加水源热泵系统的运行安全隐患。通过室内砂柱模拟回灌试验,分析铁、锰离子含量对铁、不锈钢材质回灌井的堵塞情况,提供选材建议;对输水管道在土壤中的散热进行模拟,分析不同保温材料、不同保温层厚度的散热效果,提供保温层优化参考;建立了水流,水温及水质数学模型,模拟新、旧布井方案的水位和水温的变化趋势,并结合其他因素提供最优方案来提高该水源热泵项目系统的换热效率。本文主要研究内容如下:(1)室内回灌试验。配比不同铁锰离子浓度的回灌水,通过对比不锈钢管、铁管两种回灌井管材回灌试验效果,从而分析出造成回灌井堵塞的原因并为项目提供回灌井选材建议。结果发现,只是升高锰离子浓度并没有影响到堵塞情况,回灌井发生堵塞主要是由铁离子引起的,随着铁离子浓度的升高,铁质回灌井更容易发生堵塞,不锈钢回灌井并未发生堵塞。因此,该项目在经费许可的条件下,建议使用不锈钢回灌井。(2)保温材料、保温层厚度的模拟。通过Gambit软件建立模型、划分网格及设定边界条件,对两种模型八种不同的工况进行模拟,其模拟结果显示,不同材质、不同厚度的保温层传热效果差异巨大,由于导热系数、保温层厚度的不同使得水管内流体温度与土壤之间的换热梯度差别很大,但是实际工程并不是选用传热系数越低、厚度越厚的材料才是最好的,而是应该结合工程实际情况,选用经济效益最为合理的材料和经济厚度(3)地下水数值模拟模型的建立。为模拟不同取回水方案地下水水位、水温、水质的变化趋势,建立地下水数值模拟模型,利用Feflow软件对华晨宝马地下水源热泵项目新旧点位取水的合理性和可靠性进行模拟,对比新旧两种方案五年后的水位、水温、水质的变化趋势,发现5年期间新方案的回灌水的温度、水位和水质情况较旧方案更加合理,并对比五年后采暖期和制冷期的模拟结果,发现新方案的影响半径以及对污染物的扩散迁移范围和污染浓度情况都优于旧方案,表明新布井方案的合理性。(4)布井方案的优化选择。本次研究从经济效益、环境效益技术效益等角度出发,通过选择水文地质条件、换热效率、建筑负荷、施工环境、对已有水源热泵工程影响以及投资和对细河污染物扩散迁移影响等因素作为评价指标,建立评价体系,构造新旧两种方案中评价指标的判断矩阵,采用层次分析法确定权重,利用物元模型评价,评价结果新方案的为“良”,旧方案评价结果要比新方案差,确定新方案为最优方案。针对这些问题,本论文结合理论、实验以及模拟,为华晨铁西宝马发动机工厂地下水源换热效率低下的问题提供新的解决方案,也为其他地下水源热泵的设计提供指导意义。