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在能源危机与环境问题同时威胁人类的今天,我们迫切需要找到一种高效、清洁的可再生能源,而地温能正是这样一种高效的能源。本文针对地温能的主要利用方式——地源热泵系统展开研究,目前该系统的设计很多关键指标都为经验值,很难使整个系统实现真正的高效,要解决这一问题就必须在前期勘察的时候准确测试岩土体的热物性参数,尤其是导热系数。目前较为公认的手段就是利用原位热响应测试仪器,它能够准确地测试出原始地层的平均导热系数,但是用平均导热系数来模拟现场传热,还是和实际传热存在一定差距。本文提出了分层导热系数这一概念,利用线热源模型结合插值法可以准确地计算出地层的分层导热系数。结合本文提出的计算方法,自己研制了一套新型的原位热响应测试仪器。该仪器主要包括循环系统、加热系统、数据采集系统以及控制系统。结合本文提出的分层导热系数计算方法对采集到的数据进行分析,最后得到地层的分层导热系数。针对现场实测数据进行了分析,首先将现场实测得到的分层导热系数与室内试验结果进行对比,发现差值很小,然后利用实测的分层导热系数进行传热模拟,将模拟得到的稳定地温场与实际监测到的地温场进行对比,发现差值也很小,至此认为本文提出的分层导热系数计算方法以及实测仪器有效。最后利用计算得到的分层导热系数计算实际换热量,发现比传统计算方法得到的值大,这意味着按照本文提出的方法可以大大节省初期成本。本文的创新之处就在于不仅提出了利用分层导热系数可以大大提高地源热泵系统的效率,同时也研制出了一套新型原位热响应测试仪器以测试分层导热系数,真正实现了高效化、智能化和便捷化,这不仅提高了整个地源热泵系统的效率,更大大减少了系统的初期成本,为热泵系统乃至整个地温能的推广起到了一定的推动作用。