本文运用热力学第二定律熵增原理和火用理论，分析人类、能源和环境的关系。提出要优化用能，能源要量质而用，介绍能源优化的方法与现状，及供暖空调冷热源方案优选的方法和步骤。以天津市梅江生态小区综合办公楼供暖空调应用为研究背景，针对五种冷热源方案：Ⅰ地源热泵；Ⅱ空气源热泵；Ⅲ水冷空调+城市外网；Ⅳ水冷空调+独立锅炉；Ⅴ溴化锂直燃机，应用模糊数学多层次、多目标决策综合分析法，建立优化数学模型，利用隶属度和权重等数学参数，采用不同算子对上述五种方案进行综合评价，计算各冷热源方案的优度值，利用优度值大小来评价方案的优劣。应用热力学和热经济学分析法，以地源热泵和空气源热泵两方案为主进行优化分析。按系统火用流组成，建立地源热泵和空气源热泵的物理模型。按火用平衡和热经济学经济平衡代数模式对方案进行火用效率、单位冷（热）火用成本和单位冷（热）量成本分析。计算供暖和空调工况下的火用效率、单位冷（热）火用成本和单位冷（热）量成本，并进行详细分析评价。 为进一步研究地源热泵埋管换热器的换热性能和经济性，分别在天津和沈阳两地区开展埋管换热器换热性能的实验研究。以单位管长换热量为评价指标对不同方式埋管换热器进行换热性能分析。论文首次提出了“单位管长换热量投资成本”指标，运用单位管长的总投资、静态投资差额和静态投资比数等经济参数对埋管换热器的换热性能和经济性进行综合评价分析。