随着能源供应的日趋紧张，建筑能耗持续增长，空调能耗作为建筑能耗的主要来源，为了使空调行业走向可持续发展，可再生能源应用于空调系统已经是大势所趋。近几年国内积极推广可再生能源的研究与利用，地下耦合地源热泵技术作为一种高效环保节能的空调新技术，有关理论研究和示范工程的应用实例不断增多。但是由于此技术在国内研究及应用起步较晚，技术标准和规范还不够完善，以及技术本身设计难点，因此地下耦合地源热泵系统在设计及实际运行之中显露出一些问题，为了提高地下耦合热泵系统的性能，本文研究地埋管换热器换热特性及地下耦合热泵系统动态设计优化。首先，进行了地埋管换热器换热分析，地下埋管换热器是地下耦合地源热泵系统的关键设备，合理确定地下埋管换热器的传热模型并进行可靠的计算是非常重要的。本文基于地源热泵地埋管换热器钻孔外有限长线热源模型和钻孔内准三维传热模型，采用温度叠加原理，编写地埋管换热程序，进行地埋管换热器换热分析。模拟计算在交变脉冲热流作用下，地下岩土热响应半径，通过引入管群横截面水力半径的概念，研究管群不同布置形式对地埋管换热器换热效果的影响。其次，由于空调系统运行工况是实时变化的，为了实现空调系统全寿命周期的最优运行，需采用系统动态仿真进行变工况运行优化。本文采用能耗分析软件计算建筑动态冷热负荷，然后在Trnsys瞬态模拟软件平台上，建立地下耦合地源热泵系统动态仿真模型，实现地下耦合地源热泵系统的变工况运行优化。在此模型基础上，探索地埋管换热器单位井深最佳设计热流强度，及地源热泵系统承担冷热负荷最优比例，使地源热泵系统在全寿命周期内最优运行，实现机组及系统最高运行能效比。最后，结合具体工程实例，设计三种常用空调系统方案，case1：地源热泵+冷却塔空调系统；case2：风冷热泵空调系统；case3：冷水机组+燃气锅炉空调系统。在瞬态模拟软件平台上，构建各方案空调系统动态模拟计算模型，计算不同方案全年变工况运行系统能耗，得出不同系统一次能源利用率；然后采用动态费用年值和静态投资回收期方法对不同方案空调系统进行经济性分析；最后分析不同方案空调系统对环境影响，所得结论用于指导工程设计方案比较。