地源热泵作为一项高效节能、绿色环保型的空调技术，在国外已成为一种广泛采用的供热空调方式，而在国内正处于研究和应用推广阶段，有着巨大的发展潜力。垂直深埋U型管式地源热泵以其占地面积少、可用范围广、灵活性较高、恒温效果好、换热效率高、维护费用很低等众多优势，日益流行。本文在第一章对地源热泵系统的原理、构造、特点以及近年来垂直深埋U型管地下传热计算模型的发展进行了较为系统的阐述，并介绍了几种典型的传热模型。本文围绕50m垂直深埋U型管地源热泵冬季运行这一研究主题，进行了为期一个月的原始地温测试和长达三个月的供热运行测试。分析了地温测试结果反映的规律，并结合前人的相关文献资料总结了重庆地区原始地温计算式。为了研究埋地U型管在不同流量和不同运行工况下的换热特性，采用多流量变工况对系统进行测试。按照运行工况的不同共分为四个测试阶段，第一~三阶段为昼停夜开间歇运行工况，热泵启停比5:7，埋管水流量分别为700 L/h、750 L/h、600 L/h。测试结果表明，在埋管水流量等于750 L/h时的系统制热效率最高，平均单位井深换热量为57.64w/m，系统供热性能系数达4.10w/w。第四阶段采用750 L/h的埋管水流量进行全天间歇运行，热泵启停比5:7；结果表明，地下换热量随运行时间的延长逐渐下降，该阶段平均单位井深换热量46.23w/m，系统供热性能系数3.49w/w。根据测试数据反映的规律，对埋管的热短路现象进行了分析，从第一~四阶段由于系统累计运行时间的增长，热短路现象渐趋明显，由2.0%增大至7.1%。以微元控制容积的热量平衡原理为基础，建立了三维瞬态传热模型，模拟计算结果与实验测试结果吻合较好，验证了模型的准确性和可行性。利用传热模型模拟了埋管内流体及周围土壤在不同深度和不同工况下的温度场，用MATLAB 6.1 软件生成了等温线图，从图中可以直观的看出埋管周围土壤的温度分布以及热作用半径的变化规律。