土壤源热泵技术利用浅层地热能进行供热和制冷,具有清洁、高效,稳定的特点。在进行热泵系统设计时,往往将土壤作为等效的均匀介质进行地埋管换热器的设计计算,忽略了地质环境的影响。基于实际的地质分层状况,在多孔介质传热理论的基础上,本文建立了考虑地下水渗流的分层地埋管换热器数值模型,计算了地埋管换热器中U型管内的水温分布特性,地埋管换热器周围土壤的温度分布及其换热特性,分析了岩土轴向分层和地下水渗流对地埋管换热器换热特性的影响。首先,在综合分析地埋管换热器换热机理的基础上,本文建立了均质地埋管换热器三维数值模型,在恒定进水温度和恒定加热功率两种工况下,利用DST(Duct Storage System,DST)模型验证了数值模型的计算精度。在恒热流工况下,定量计算了均质地埋管换热器模型沿轴向、径向温度分布和换热特性。其次,通过建立的岩土轴向分层地埋管换热器数值模型,实施热响应测试,利用获得的热物性参数建立均质地埋管换热器模型。在5kW恒热流工况下,利用两个模型计算结果,对比分析了岩土轴向分层对地埋管换热器换热特性的影响。结论显示,100h时分层模型循环流体进出水平均温度比均质模型高2.2%;地埋管周围土壤温度沿轴向不同层存在较大差异性,100h时地埋管管壁总热通量的加权平均值比均质模型高3.2%。最后,通过建立了耦合地下水渗流的分层地埋管换热器模型,结合热响应测试确定了均质模型的热物性参数。在5kW恒热流工况下,对比了有/无渗流的分层地埋管换热器模型和均质模型的计算结果。100h时分层渗流模型循环流体进、出水平均温度较无渗流分层模型低4.3%,较均质模型相应值高5.4%;100h时无渗流分层模型钻孔壁温度的加权平均值比分层渗流模型高6.6%;存在多层地下水渗流时,U型管高温区(第二层)渗流的影响较大,100h时渗流层的平均总热通量较无渗流模型高33.7%。本文通过基于地质分层耦合渗流的地埋管换热特性计算,对比分析了地埋管换热器实际换热特性与均质模型的差异。为结合地质勘探实际,确定各地质分层热物性参数的基础上,实现地埋管换热器的精确设计奠定了理论基础。