地热能是一种清洁可再生能源,中深层地热能是指深度为500-3000m岩土所具有的能量,该部分能量不受外界环境的影响。套管式地埋管换热器提取中深层地热能具有高效稳定的特点,为了深入研究中深层套管式地埋管换热器耦合地源热泵系统的运行特性,本文利用TRNSYS软件建立仿真模拟系统,并基于青岛市中深层套管式地埋管热泵换热系统进行实验研究,通过实测数据验证了模型的准确性,根据模型分析了系统运行特性,本文主要的研究工作有:首先,基于TRNSYS建立中深层套管式地埋管热泵供热系统,该系统中主要模块包括套管式地埋管模块,热泵模块和水泵模块,并介绍了地埋管换热模型、热泵机组理论模型以及水泵工作效率的数学模型。其次,对地热井所在区域的水文地质和地温进行了介绍和测量,通过地下测量法勘测明确了项目钻取的地热井所在区域地温分布,得到了取热井在0-1500m内岩土温度随着深度的增加呈现线性增加的规律,而1500m以下温度梯度变大,温度递增加快。此外,基于青岛市中深层套管式地埋管热泵换热供热系统进行了实验研究,该系统有两种运行方式,分别为换热器直供供暖系统和换热器耦合热泵供暖系统。根据上述系统运行方式对2种工况进行实验分析,工况包括直供系统运行实验、热泵换热系统运行实验。实验表明,中深层地热供暖可以满足实际工程供热需求。在供暖初期和中期热源侧进出口温度随系统运行时间的增加而降低。地源热泵机组平均性能系数和系统平均性能系数分别为COP=6.9,COPS=4.3,当系统直供时延米换热功率为110 W·m-1,换热效率为12.5%,当热泵系统运行时,延米换热功率为171 W·m-1,换热效率为23%。此外,利用建立的模拟系统从定性与定量的角度分析了地温梯度、岩土导热系数、延米取热功率、取热井深度、不同进出口方式下对系统运行特性的影响。分析知,地温梯度越大、取热井深度越深以及岩土导热系数越大,源侧出口温度越高,越有利于系统的长期运行;当换热器内流体进出口方式采用“外进内出”的运行方式时换热效果好于“内进外出”的方式;系统在不同延米取热功率下模拟结果显示:延米取热功率在200 W·m-1以下,不应超过150 W·m-1,取热功率越小,进出口温度与土壤温度降低幅度越小,热开采与热恢复达到平衡所需时间越短。最后,定义了系统运行时间比,通过模拟系统在不同运行方式下进行分析得到:运行时间比越小,平均延米取热量越大,热泵机组COP和系统COP越大,系统能耗也越小。另外,对比三种运行方式得到系统采用间歇运行的方式节能效果最好。