通过对地源热泵的U型竖埋管地热换热器的传热机理进行系统的研究,建立了多种数学物理模型以解决不同运行时间下的不同区域内的传热问题。利用钻孔内U型竖埋管的二维稳态传热模型,求出该复合区域内温度场的解析解,以及管壁至钻孔壁之间的传热热阻表达式。用格林函数和虚拟热源法对钻孔与地层之间的换热进行深入地研究,详细分析了无限长线热源模型、有限长线热源模型以及有限长圆柱孔模型在地热换热器传热中的应用以及其适用的范围和各自的精确度。本文在北京北务开发区建立了地源热泵实验系统,利用数据采集系统对冬季实验数据进行实时采集并将一种新型地能设计软件(EED)用于该工程的设计计算来模拟出循环液体的温度和其它设计参数。此外,本文还进行了实验数据与理论数据的比对,分析了造成数据差异的原因,为该设计软件的进一步推广应用提供了依据。