随着能源短缺与环境污染问题日益严峻,地源热泵作为可再生能源技术的代表受到了全世界的关注。对于一个确定的地源热泵系统,土壤与回填土热物性参数是核心参数,它决定了地源热泵系统的经济性与节能性。为估算土壤与回填土的热物性参数,实地热响应测试是地源热泵系统设计必不可少的一步。本文主要针对目前实地热响应测试中所暴露的是循环流体温度分布假设不准确、地下换热模型不精确以及迭代优化算法不适合等问题进行了系统的研究,开发了一套能够同时预测土壤与回填土热物性参数的估算方法,更新了热物性参数估算过程中流体温度分布的假设,提出了一种新的能适应全生命周期响应的瞬态准三维全周期响应模型,优化了迭代算法,并分析了钻孔内热阻估算误差对地源热泵系统初投资以及总投资的影响。首先,针对流体温度假设不准确导致钻孔内热阻偏差较大的问题,本文提出了动态p线性平均方法,利用非线性拟合的方法改善了传统方法中循环流体温度分布假设为线性分布的缺陷。通过湖南大学孵化中心实地测试,动态p平均方法估算出的钻孔内热阻比传统方法的估算值低了6.31%。经过误差分析,动态p线性平均方法的最大误差为3%,而传统估算方法的最大误差为40.69%。此外,针对动态p线性方法物理意义较弱的特点,本文通过将理论流体温度分布函数改写为流体进出口温度的函数的方法,改进了p线性平均方法,提出了改进型动态p线性平均方法。利用能够测试出流体温度分布的分布式热响应实验,本文验证了动态p线性平均方法与改进型p线性平均方法均是有效的热物性参数估算方法。其次,为适应估算地埋管内回填土的热物性参数与地源热泵系统短时间内的能耗及性能分析的需求,本文分别开发了适用于恒定热流与变热流条件的瞬态换热模型。与常规瞬态换热模型将地埋管中U型管简化为当量管不同的是,本模型对U型管的进水管与出水管分别建模,同时引入测试钻孔内热阻改进了钻孔结构不确定而造成误差的计算瞬态钻孔内热组。以沙箱实验为例,本模型对于流体进出口温度与土壤温度分布的预测相对误差均在5%以下。如果以流体温度预测误差在0.5?C以下作为预测精度达到要求,则本模型的响应时间为45分钟,满足目前大部分地源热泵系统控制响应时间要求。同时,在恒定热流瞬态换热模型的基础上,本文利用杜哈梅尔叠加方法在时间上叠加各个变热流阶段热流所产生的温度响应,开发了变热流下瞬态换热模型。为简化叠加过程的重复循环,本文采用快速傅里叶方法进行流体温度分布与钻孔周围土壤温度分布的计算。通过河北工程大学内间歇运行实验平台,本文验证了变热流计算条件下瞬态准三维全周期响应模型所预测的流体进出口温度以U型管管壁温度。结果显示,对于流体进出口温度与U型管管壁温度,除了在热流变化的1-2小时之内,其余时刻的温度预测相对误差均在5%以内。最后,本文将瞬态准三维全周期响应模型应用于热响应测试中,同时估算五个土壤与回填土热物性参数(钻孔内热阻、土壤导热系数、土壤导温系数、回填土导热系数以及回填土导温系数)。针对目前多参数优化方法中多参数估算精度低且受初值影响等不利因素,本文首次将遗传算法应用于五热物性参数的估算过程中,提出了一种新的同时预测五个土壤与回填土热物性参数的方法。通过沙箱实验的验证,本文提出的新的热物性参数估算方法不管在鲁棒性上还是在预测精度上均优于常见估算方法。综上所述,本文提出的瞬态准三维全周期响应模型以及新的热物性参数估算方法将对地源热泵系统控制策略的确定以及管长与钻孔间距的确定提供指导意义。本文的创新性工作主要有:1)开发了一套基于改进流体温度分布假设的土壤热物性参数估算方法,并提出了一套循环流体温度分布与循环流体平均温度的计算方法;2)提出了一种适用于地源热泵系统运行全生命周期内的恒热流瞬态换热模型与变热流瞬态换热模型;3)首次将遗传算法应用于土壤与回填土的五参数热物性参数估算方法中,并首次提出了五参数同时估算的方法。