基于ANSYS软件并结合唐山地区气象资料和土壤特性,建立了该地区地源热泵U型埋管非稳态温度场的数学模型并进行了性能分析。不同工况和埋管间距周围温度场的模拟结果表明,该地区最佳埋管间距约为4 m,并确定了给定条件下的热作用半径及土壤特性与热平衡时间的关系。考虑到土壤年净负荷或机组运行多年后净负荷均不平衡,分别对地源热泵机组全年和多年运行对土壤温度的影响进行了模拟。本文为地源热泵设计和施工提供了基础资料。

给出了内蒙地区土壤温度计算式,通过计算获得该地区地表以下20m处土壤温度年波动范围为0.0483%。本文针对土壤蓄热过程建立了二维非稳态传热物理数学模型。基于有限元分析法对内蒙地区热泵长期（90天）连续蓄热过程进行了模拟研究。分析了钻孔口径、回填材料、地埋管管径及热流密度等因素对蓄热过程土壤温度特性的影响。研究表明：热泵长期连续运行会导致地埋管附近土壤出现热堆积不利于蓄热。热流密度、地埋管管径对土壤温度场和热作用半径影响较大;钻孔口径、回填材料对其影响较小;钻孔间距应保持在6.5m以上。研究结果对内蒙地区太阳能-地源热泵系统相关参数的设计具有重要指导意义。