21世纪以来,随着以地铁为主导的地下轨道交通、以综合管廊为主导的地下市政快速崛起,中国城市地下空间开发利用逐渐呈现多样化。人防工程是地下空间开发的一部分,在城市建设发展进程中,需保障人防工程建设与地下空间开发利用紧密结合,实现城市防护体系与城市建设的集约化发展。从热环境调控设计原则上来说,人防工程的空调系统设计要做到“平战结合”,这样做既满足了平时、战时的分时使用需求,又能减少一套系统,降低工程建设成本。然而,战时（紧急）工况发生时,空调冷热负荷大幅上升,与平时负荷具有明显的差异;此外,为保证财产和生命安全,避免工程红外暴露,人防工程应避免有外置热排放设备,即不能直接向外界排放与大气环境温差明显的冷热空气。因此,提出一套满足红外伪装和节能需求的防护工程分时调控系统显得尤为重要。本文针对目前对地下人防工程内部热湿环境保障技术的研究无法同时兼顾红外伪装和节能要求的现状及平时、战时梯级负荷特性,基于梯级利用地热能和相变储能技术的思想,提出相变水箱辅助地源热泵空调复合系统用于人防工程热环境调控方案。论文采用理论分析、实验对照和仿真模拟的方式对该系统设计及运行特性进行了深入研究,旨在为该复合系统在实际工程中应用提供理论支撑。整个研究工作是在国家自然科学基金“基于伪装和节能需求的防护工程热湿环境分区分时调控”（51678488）资助下完成的。具体的研究工作如下:论文以一个平时商用、战时用于人员掩蔽的人防单元为例,基于TRNBuild负荷计算软件,分析了寒冷地区、干燥地区、热湿地区和潮湿地区对应的四个典型城市不同防护等级的人防工程平时、战时负荷特性。在此基础上,提出了相变水箱辅助地源热泵空调复合系统运行方案,分别提出了满足人防工程平时、战时复合系统仿真原理。进一步地,为充分利用地下工程前期的挖掘基础及减少投资,开展了能源连续墙技术在人防工程中的适用性及换热特性研究。建立能源连续墙单元传热数学模型,从埋管换热效果及墙体自然冷却能力衰减两方面论证了能源连续墙技术应用于有空调需求的地下空间的可行性。研究发现尽管无埋管墙体自然冷却量是能源连续墙的16倍,然而,墙体自然冷却能力差异与埋管换热量40))比较,仅占不到7%,同时,在系统运行360h内,能源连续墙中地埋管总换热量低于相同长度普通埋管换热量12.8%。因此,能源连续墙在有空调需求的地下工程中是适用的。此外,从墙体构造、埋管周围水文地质条件、埋管几何及运行参数、室内空气温度四个角度分析了其分别对埋管换热特性的影响规律。此外,本文提出了模块式相变水箱作为系统冷源辅助地源热泵系统运行方案。通过MATLAB软件建立了模块式相变水箱数学模型,比较分析了埋地与保温两种边界条件下相变水箱对系统的降温效果,得出埋地相变水箱的冷却能力比保温水箱高24.96%。同时,对相变水箱的几何尺寸、运行参数及相变温度等方面进行了详细的影响因素分析。提出适宜于地下空间热泵用模块式相变水箱的几何、热物性参数及运行方案。为模块式相变水箱的推广及应用奠定基础。在此基础上,根据北京地区人防工程单元平时、战时工况的负荷特性,基于有效保障时间及温降需求,建立模块式相变水箱矩阵数学模型,分析多模块式相变水箱矩阵蓄热及自然冷却（无源冷却条件）特性,提出满足所需保障时间及温降需求的模块式相变水箱最佳组合矩阵。基于防护工程平时、战时负荷特性,采用TRNSYS软件,基于传热学,流体力学等基本原理,建立了相变水箱辅助地源热泵空调系统仿真模型。在分析北京地区人防单元平时负荷特性的基础上,确定了地源热泵系统各部件标准设计参数,分析了平时工况标准设计工况下复合系统运行特性。基于部分负荷率高的现象,以节能为目的,提出平时工况下,地埋管长度及环路流量的可取范围。基于战时工况,分析了标准设计工况下负荷冷热源的运行特性。分析了战备时长、系统控制温度及相变材料温度对该复合系统的影响。进一步的,采用影响因素分析及正交试验分析了地埋管长度、水箱组合矩阵及两者流量比对复合系统运行特性的影响,以单位保障时间内最小初投资为优化目标,提出了适宜于该负荷特点下的地埋管及模块式相变水箱矩阵最佳组合方案。本文的理论研究成果为该复合系统在实际工程中的应用推广奠定基础。