随着我国经济不断发展，城市化进程不断加快，建筑能耗飞速的增加，建筑节能成为我国经济发展中的重点。地源热泵作为一项节能环保的技术在我国逐步得到重视并高速的发展。随着地源热泵工程项目在我国的不断展开，一些实际应用中的具体问题也被逐步提出，地源热泵空调系统应用仍存在巨大的优化空间。在实际的工程项目中，地源热泵系统的设计和运行需考虑的因素有很多，如能将这些因素综合分析考虑，对工程项目应用的设计与运行进行优化，使系统更加合理高效的运行，则能够推动地源热泵的发展，使空调系统的应用更加经济化，合理化，高效化。从而更好的响应国家对节能减排及环保的号召。本文以湖南省某图书馆空调系统作为项目支持，对以下主要内容进行关键性研究：(1)在空调系统设计最初阶段，对于该项目应用冷热源系统进行可行性分析，对比地源热泵系统与其他系统对于该项目的优劣，主要从经济性的角度分析了地源热泵空调系统对比其他冷热源形式在该项目应用的合理性、优越性；(2)在设计阶段，对地源热泵系统设计运行的关键性问题——冬夏季冷热平衡的问题进行分析，从系统设计、运行控制等多个角度，采取合适的实际可行的方案有效解决冷热平衡的问题，提高系统的运行效率和使用年限；(3)分别从空调水系统和空调风系统的角度，对该项目地源热泵空调系统的整个系统设计运行进行优化研究，针对该建筑的空调特性，提出合理的优化设计与运行方案，提高空调的运行效果与运行能效。