随着全球化和现代化的发展,建筑能耗呈逐年上升趋势。解决建筑业能耗和温室气体排放造成的环境问题是摆在我们面前的首要任务,可再生能源系统与建筑一体化将是解决建筑供热空调能耗问题的重要途径。建立地源热泵系统的优化设计方法,完善系统的预测模型,可最大限度节约能源,对于我国建筑能源转型、保护地质条件的稳定性都具有重要的现实意义。本文以辽宁省阜新市示范项目为基础,建立了中深层U型地埋管热泵系统的仿真模型,优化了设计运行参数,拓展了中深层地热应用技术。本文的研究意义旨在解决累计热负荷占优地区地源热泵系统的冷堆积问题和埋管面积有限的问题,提出中深层U型地埋管热泵系统,该系统与太阳能地源热泵复合系统相比,其土壤补热能力强,系统维护运行简单。本文主要的研究方法涉及了热泵系统优化设计、仿真模拟、能耗预测和实验测试等。本文的研究内容包括:(1)本文以辽宁省阜新市某示范项目为对象,采用TRNSYS软件建立仿真模型,通过模拟得到累计热冷负荷比2.40。在此案例基础上进行单因素分析,结果表明此案例最优钻孔深度为600m。在此埋深基础上通过正交试验研究影响技术经济性指标的因素并分析这些因素的影响程度,结果表明最优钻孔间距为8m,地埋管公称直径为DN50,折合热阻0.1m.K/W,地源侧流量188.34m~3/h,钻孔间距和地埋管公称直径的影响程度尤为明显,折合热阻和地源侧流量对费用年值的影响并不显著。在最优方案的基础上进行模拟分析,结果表明所研究系统的冬季平均系统能效为3.63,夏季平均系统能效为4.52,该系统能够长期稳定高效运行。(2)本文以辽宁省阜新市某示范项目为研究对象,并针对累计热负荷占优地区的特点,将正交试验得到的最优方案与常见的太阳能地源热泵复合系统进行技术经济分析,通过模拟结果对比分析,中深层U型地埋管热泵系统在寿命周期内体现出更佳的适用性。(3)本文对中深层双温型地源热泵系统进行了长期模拟运行,在不同的累计热冷负荷比的条件下,供冷季地埋管换热器的设置位置有所区别,累计热冷负荷比越小,供冷季地埋管换热器设置越深。结果表明与单温系统相比,双温系统全年可以节约4.91%左右的运行费用。综上所述,本文研究系统具有良好的供暖供冷能效,具有较低的系统费用年值,适用于累计热负荷占优地区。本文对研究系统的设计参数优化分析可为后续中深层U型地埋管热泵系统的应用提供依据,具备一定的设计指导意义。