随着经济的发展以及人们环保意识的提高,走可持续发展的道路已成了全球性的重要发展战略。具有环保、节能等特点的地源热泵空调系统也愈来愈受到人们的重视。地源热泵空调系统是利用蕴藏于岩土中大量的低品位热能来实现对建筑空间空调目的的系统设备。地源热泵空调系统的最大特点就在于其地热换热器,因而对地热换热器的研究也就是成了推广应用地源热泵空调系统的首要研究课题。本文针对地热换热器的实际,以钻孔壁为界将其传热在空间上划分为两个区域,对竖直埋管地热换热器的传热模型分别进行了详细的理论推导,并与以前的研究结果进行详细的对比分析。对于钻孔壁以外的传热,针对Kelvin的无限长线热源模型的不足,提出了有限长的线热源模型,得出了分析解,详细地分析讨论了这两个模型之间的区别。对地热换热器周围温度场进行了详细分析研究,提出了钻孔壁代表性温度的确定方法。针对U型管在钻孔壁以内的传热,分析、导出了U型管两支管内流体温度沿钻孔深度方向的变化关系式。在以往二维模型研究的基础上,首次提出了更加接近于工程实际的,同时也更为精确的准三维模型,进而深入分析研究了U型管两支管间的相互热影响,即热流“短路”现象对地热换热器传热性能的影响,这在以前的模型中都未能在理论上予以涉及。根据准三维模型,从传热热阻的角度导得了更为精确的确定地热换热器钻孔内热阻的解析表达式。在以上研究基础上,提出了地热换热器效能的新概念。通过地热换热器效能的概念对比,揭示了以前所建模型在理论上的不足。针对单组及双U型竖直埋管地热换热器的不同布置情况,用准三维模型进行了详细的理论推导与分析,对各种不同的布置以及行程进行了对比计算分析,揭示了它们对地热换热器传热的不同影响,为不同形式的地热换热器的对比与优化提供了理论基础。通过理论推导,给出了一种新的设计计算方法,使得设计、模拟地热换热器的结果更为精确可靠。最后,通过山东建筑工程学院图书馆学术报告厅样板工程,对本论文中所建立的地热换热器传热模型进行了试验验证。试验证明,本论文中所建立的数学模型完全可以用来更加准确的设计、模拟地热换热器。