热响应测试是地源热泵设计的基础,传统热响应测试需要稳定的输入功率,输入功率微小的波动即会造成测试结果较大的误差。另外,传统热响应测试只能得到土壤的导热系数而不能直接得出地源热泵设计所必须的埋管井热阻与土壤热容。本文提出了变工况的热响应传热模型,并采用现场测试数据对模型进行了实验验证。热响应测试过程中,加热功率可以调节为任意值,而且不受中途停电等外界因素的干扰。通过数值计算可以得到更加准确的土壤导热系数,并且,通过热响应实验数据直接获得埋管井热阻与土壤热容。对于存在多个埋管井的地源热泵系统,采用单井模型的计算结果与实际不符,如果要建立三维井群计算模型,其工作量特别巨大,并且调整井的布局、井间距以及增减井数都必须重新建立边界条件。本文提出了有限无边界模型,首先假定井群中每口井都是中心井,使得地埋管井群的边界条件变得简单,当设计调整时,只需改变井间距、井数等参数即可重新对地源热泵系统进行仿真。由于该模型只有在井数无穷大时成立,因此本文提出采用井群系数来修正该模型,以减小计算误差,当井数为1时,井群系数为0;当井数无穷大时,井群系数为1;当井数为某一具体数值时,井群系数通过计算获取。实验表明,仿真结果与测试结果吻合度较高。地源热泵系统在绝大多数地区都存在地下换热系统冬夏不平衡问题。在中国长江流域,夏季地下排热量约为冬季取热量的3倍以上,单独的地源热泵系统会造成地埋管换热系统不可持续运行。在仿真运行时,本文采用地源热泵结合冰蓄冷系统,冰蓄冷系统制冷机冷凝热通过冷却塔排出,通过地源热泵与冰蓄冷系统的协调配合运行,一方面可以解决地下冬夏平衡问题,另一方面利用峰谷电价差节省空调使用费用。根据系统仿真的需要,本文建立了冰蓄冷制冰过程的仿真模型。仿真模型将制冰过程分为三个阶段:显热降温、消除过冷和潜热蓄冷阶段。在每个阶段都建立了相应的传热模型。通过实验数据与仿真结果的对比,验证了制冰模型计算结果的正确性和可靠性。在夏季,地源热泵结合冰蓄冷系统可以实现地源热泵、双工况制冷机和蓄冰装置三者的单独供冷,也可以任意二者联合供冷或三者同时供冷。如何使三者在协同供冷的情况下,既满足空调负荷,又兼顾地源热泵冬夏平衡问题和使系统运行费用最低,本文建立了负荷预测与优化控制模型。在负荷预测方面,建立了模糊识别模型,使得预测更加准确和稳定,优化控制模型采用了分步寻优的计算方法。该软件应用到了一个实际项目中,并得到了验证。最后,本文将热响应测试、地源热泵井群模型、冰蓄冷模型、负荷预测与优化控制模型集成到了一个设计仿真软件中,软件可以根据全年动态负荷,对地源热泵结合冰蓄冷系统进行设备选型以及仿真运行。