随着社会的发展,全球能源短缺问题愈加严重,开发及利用可再生能源已成为全世界的首要任务。建筑能耗是全球碳排放的重要来源之一。在建筑节能减排领域,中深层地埋管换热器热泵供暖技术已逐渐成为我国双碳目标下北方清洁供暖可选方案之一,建立中深层地埋管换热器传热模型并掌握其地下、地上部分的传热性能是推广及应用这一技术的关键。目前国内外对这项技术的研究更多是针对地下埋管换热器的传热分析与实验研究,但对中深层地埋管换热器耦合到供暖末端中进行直接供暖的性能分析研究相对较少。中深层地埋管换热器的出水温度可高达30℃以上,可以实现对末端为地板辐射的建筑直接供暖,且直接供暖模式比热泵供暖具有更高的运行效率。本文建立了中深层地埋管换热器变延米传热模型并进行了地下传热分析,在此基础上,将中深层地埋管换热器与热泵机组、水泵以及用户进行耦合,基于TRNSYS搭建了完整的中深层地埋管热泵供暖系统并研究了不同参数对系统运行的影响,为推广中深层地埋管换热器热泵供暖技术提供一定的理论支持。文章主要研究内容如下:（1）基于无限长线热源模型,建立了由钻孔内循环液至远端岩土的整个传热过程的传热一体化模型,利用温度叠加原理及拉普拉斯变换法获得了变延米换热量条件下流体温度解析解。考虑到建筑负荷随时间是变化的,从地下提取的热量相应变化,这些随时间变化的热流使用连续的脉冲热流近似表示,并给出了变负荷情况的温度响应公式。（2）基于该中深层地埋管变延米换热量解析解传热模型对地埋管进行了地下传热分析,主要研究了钻孔深度、地温梯度、岩土导热系数以及循环液质量流量对地埋管换热器最大换热功率以及地埋管出口水温的影响。模拟结果表明,最大换热功率随着钻孔深度、地温梯度、岩土导热系数以及质量流量的增大而增大。在每米平均换热功率恒定时钻孔深度与地埋管出口水温近似呈线性影响关系;而当恒定取热量时,随着钻孔深度的增加,地埋管最终出口水温逐渐增大,但这种增大的趋势是逐渐减小的。地温梯度对地埋管出口水温的影响近似呈现线性影响关系。地埋管出口水温均随着岩土导热系数以及质量流量的增大而升高,但这种升高的幅度都是逐渐下降的。在地温梯度为0.02～0.04℃/m、岩土导热系数为1.5～3.0 W/（m?k）时,1000～2000 m钻孔深度的地埋管换热器最大换热功率范围约为53～148 W/m。（3）文章基于TRNSYS仿真模拟平台以济南某居住建筑为例搭建了中深层地埋管换热器热泵供暖系统,制定负荷与供水温度联合控制的控制策略,给定中深层地源热泵供暖系统两种交互运行模式即地埋管直接供暖模式和热泵间供供暖模式,模拟分析了钻孔深度、地温梯度、岩土导热系数以及流体流动方式对系统运行的影响,并对两种贴近实际的工况进行了经济分析。模拟结果表明,钻孔深度越大地埋管直供模式承担的峰值负荷百分比越大,当钻孔深度为2140 m时可以实现由地埋管直供模式承担全部的建筑负荷。地温梯度对地埋管直接供暖模式运行时长及其承担的峰值负荷百分比的影响较为明显,而岩土导热系数的影响相对较小,并模拟了不同地温梯度所对应的能够完全直供的最小钻孔深度。“外进内出”比“内进外出”流动方式下的直供运行时长多19.4%。最后对供暖系统进行了经济性分析,当钻孔深度为1500 m、地温梯度为0.030℃/m,地埋管直供承担50%峰值负荷以内的负荷时,系统运行费用约为10.02元/m~2,比燃气锅炉供暖系统节约57.7%;当钻孔深度为1500 m、地温梯度为0.035℃/m,地埋管直供承担60%峰值负荷以内的负荷时,地埋管直供模式系统平均COP可达到8.63,系统运行费用约为8.23元/m~2,比燃气锅炉供暖系统节约65.3%,具有较高的年运行经济效益。