近年来,我国建筑能源消耗量逐年上升,建筑能耗已占到总能耗的30%左右,其能源消费总量已在全球排名第二。在全球能源向更低碳能源转型的关键期,节能减排势在必行。地源热泵是一项利用可再生能源进行供冷供暖的节能技术,在国内外得到了日益广泛的应用。地下埋管换热器与周围土壤的传热特性是影响地源热泵性能的关键,严寒地区地源热泵在供暖期从土壤中取热过程中,换热器周围土壤会发生冻结现象,该现象对埋管换热器的换热效果产生影响,但是由于土壤组成的复杂性,研究土壤冻结对地源热泵系统运行特性影响较为困难,特别是在动态负荷作用下土壤冻结对地下管群换热特性及地源热泵系统运行性能的影响研究较少。为此,本文在国内外地源热泵系统关于考虑土壤冻结方面研究的基础上,综合考虑实际工程中复杂的地质条件,对土壤冻结在动态负荷作用下对地源热泵系统的运行特性影响开展深入研究。首先,以选定哈尔滨地区某建筑作为研究对象,通过计算得到该建筑的建筑全年动态负荷,据此设计地下埋管管群换热器的尺寸和排布方式,选定热泵机组,采用显热容法处理土壤冻结换热问题,建立了典型地质条件下地源热泵系统性能全尺度动态仿真平台,实现热泵机组与地下埋管管群换热性能的动态耦合。其次,分别模拟研究考虑和不考虑土壤冻结特性条件下地源热泵系统的动态运行特性,对比分析两种条件下土壤温度场、埋管进出流体温度、机组能耗、机组性能系数和系统性能系数等的全年变化规律。冻结的考虑使得供暖中期钻孔中心温度比未考虑冻结高1.32K,供暖期机组COP呈现两个阶段:供暖中期考虑冻结机组COP高于未考虑冻结COP,考虑和未考虑冻结的机组COP最大差值为0.12,供暖末期相反。最后,分别研究考虑和不考虑土壤冻结条件下,土壤类型、孔隙率、分层情况、分层孔隙率、地下水渗流、管内换热介质流量以及回填材料等因素对热泵机组的动态运行性能和地下土壤温度场的影响规律,通过对比考察不同地质条件、施工条件及运行条件下土壤冻结对地源热泵系统运行特性的影响。不同因素对土壤冻结和土壤温度场及机组性能影响均有较大影响,渗流速度的增大,机组COP逐渐增大,使冻结对系统换热效果影响程度逐渐减小,1.0m/d 比无渗流最小机组COP高0.28。