如今，能源短缺、空气污染和全球变暖成为人类所面临的严重问题，近年来，浅层地热具有储量丰富、环保、高效、节能、稳定可靠等特点，引起了许多国家的关注。但浅层地热能在我国西南基岩地区的使用还存在诸多问题：(1)初投资较高、占地面积较大；(2)夏季冷负荷大于冬季热负荷，导致换热性能降低。针对以上问题，本文依托重庆实际办公楼为实验基础，从地埋管结构、地埋管材料及回填材料三方面对提高地埋管的换热性能进行了研究。
　　首先，本文对场区的气候特征、水文地质、岩土体热物性参数及岩土体初始温度场进行了统计分析和描述，在实际工程基础之上，提出截面为椭圆形的新型地埋管，利用GAMBIT建立了分层换热模型，并利用传统圆形地埋管热响应测试(TRT)实验数据验证了模型的准确性，再利用FLUENT软件对不同地埋管换热器换热效果进行了分析，通过出口水温，单位井深换热量，能效系数，压降，热性能潜力，钻孔热阻几方面来评价了其换热性能，并与传统圆形地埋管进行比较。结果表明：椭圆形地埋管换热器在各工况下的出口水温都比圆形的要低，连续运行24h后，椭圆形地埋管换热器的能效系数相比圆形地埋管换热器的提高13.4%～20.4%，此外，椭圆形地埋管顺排的换热效果优于并排。钻孔内相邻进出水管的热干扰由强到弱依次为圆形地埋管，椭圆形地埋管并排，椭圆形地埋管顺排。
　　然后，本文通过FLUENT数值模拟研究对比了钢材料、铝材料和PE材料对地埋管换热器换热性能的影响，分析了钢管、铝管和PE管与周围土壤之间的总热阻和对钢管在实际工程应用中的成本性与可行性进行了初步分析。结果表明：铝管和钢管换热器单位井深换热量在制冷季工况时均优于制热季工况，能效系数和钻孔总热阻优于PE管，钻孔温度高于PE管，说明铝管和钢管的换热性能优于PE管，此外，铝管和钢管的经济性和PE管差不多，但从考虑城市紧张的用地及耐腐蚀性来评价，采用铝管更优。
　　最后，提出了一种新的回填材料，即高岭土，来提高地埋管换热器的换热性能，并通过FLUENT软件模拟分析了原土回填和高岭土回填间歇运行一个制冷季和制热季后的逐时单井换热量、出口水温、换热能系系数、土壤温度恢复率，并与连续运行方式进行了对比。结果表明：高岭土回填在制冷季结束后各土壤层钻孔壁面平均过余温度都比原土回填的高，土壤温度恢复率较原土回填的低。随着运行时间的增加，原土回填时的能效系数从22.71%下降至19.63%，高岭土回填时的能效系数从25.68%下降至22.06%，其中高岭土回填时的能效系数始终比原土回填时的高2.6%左右。