作为一种新型的空调暖通技术，地源热泵以环保、节能和高效等优点在我国得到了越来越广泛的应用。地源换热器是地源热泵系统的核心设备，一般由多根竖直U型地埋管组成。建立竖直U型地埋管传热模型是对地源换热器尺寸进行有效设计的前提条件。目前的传热模型大多以单个钻孔为研究对象，多个钻孔的传热模型由叠加方式获得。当钻孔数量较大时，该方法不仅无法达到令人满意的计算速度，还无法直观分析钻孔间距对地源换热器换热效率的影响。本文将多个钻孔和其中的竖直U型地埋管作为一个整体，分别建立了两个区域的传热模型，并进行了实验验证。该模型在提高了模型计算速度的同时，分析了钻孔间距对传热过程的影响，为钻孔间距设计提供了理论依据。本文主要的研究工作包括：1.基于有限长线热源原理，以双钻孔和四钻孔布置形式为例，在圆柱坐标系下建立了多钻孔整体区域的钻孔外传热模型，并利用区域累加法计算钻孔群的土壤温度场。2.根据g函数定义，得到了双钻孔和四钻孔的钻孔外传热模型的g函数解析解的一般形式，并采用在深度方向取平均值的方法对其进行了改进。3.针对《地源热泵系统工程技术规范》中钻孔间距规定的模糊性，根据双钻孔和四钻孔的钻孔外传热模型，对基于孔壁代表温度的钻孔间距的设计方法进行了研究。4.以竖直U型地埋管中流体深度微元为研究对象，通过分析流体深度微元与钻孔壁之间的传热过程，分别建立了单U管和双U管两种布置形式的钻孔内传热模型。5.以西门子S7-200PLC为下位机，VB为上位机，在土壤热响应测试仪的基础上开发了土壤导热系数测试及温度采集系统，并获得了土壤的有效导热系数。6.根据现有条件，分别使用PDE工具箱和Fluent软件对钻孔外和钻孔内的传热过程进行了仿真实验，并将模型计算结果与仿真实验结果进行了对比与分析，验证了所建模型的准确性。