随着人类生活水平的提高，人们对人居环境的要求逐步提高。特别是在卫生热水方面，城镇居民对于卫生热水的需求以及生活卫生热水的能耗都日益加大。在当今能源短缺的年代，如何既能满足人们日益增加的熟水需求又能降低热水系统的能耗，是一个值得认真探讨的问题。在能源价格上涨的趋势下，将热泵技术应用于热水系统，代替传统制热方式，具有很好的节能、环保优势。本文针对北方寒冷地区并结合太阳能热泵热水器、空气源热泵热水器的在此的使用局限性，提出了地源热泵热水器系统。目前。地源热泵热水器在国外已处于成熟发展阶段，但在国内还处于初级研究阶段，其还需要更多的研发来解决其在应用中所出现的问题并促使其完善发展等。 本文首先对某一建筑的热水供应设计了地源热泵热水器系统，并对直流式地源热泵热水器系统、容积式地源热泵热水器系统以及空气源热泵热水器系统作了运行特性及经济性方面的比较与分析，指出了各自的优缺点；其次，综述了国内外埋地换热器的传热理论。建立了地下埋管仿真模型并进行了编程，对土壤热物性进行了模拟与研究，对埋地换热器在土壤中传热过程进行了计算，得到埋地换热器传热量及附近土壤温度场的变化规律，并分析了不同埋管深度、U型埋管进口水温和流速以及U型埋管两支管中心间距等冈索对U型埋管换熟器传热量、钻孔壁温及土壤温度的影响。并分析了机组连续运行与间歇运行对土壤温度及钻孔壁温的影响，得出了合理有效的结论，有利于解决土壤的热平衡问题：其次，对系统的压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀以及水箱等地上部件分别建立了数学模型。并根据仿真结果总结了各部件性能参数随工况条件的变化，使地源热泵热水器系统的各部件之间得到了有效的耦合；其次，在部件模型的基础上建立了系统模型，并通过系统模拟仿真，对上述为某别墅所设计的直流式地源热泵热水器系统和容积式地源热泵热水器系统分别进行了系统性能参数模拟仿真，且对仿真结果进行了分析，总结了系统性能参数（COP、系统制热量、系统耗功及土壤温度）随水箱出水温度的变化规律，归纳了系统的良好运行工况，使系统性能得到了优化与完善。并对直流式和容积式两系统的运行性能作了比较，借此对系统的间歇运行规律及水箱出水温度等方面的内容加以探讨，以为解决土壤热平衡问题提供参考。