能源对于人类的发展与进步有着十分重要的作用。随着人类社会经济的发展和人们对生活环境要求的日益提高,建筑能耗正在快速增长,应用高效的能源使用技术来缓解能源危机成为了社会的重大议题。我国作为世界上的能源生产和消费大国,应当积极开发使用可再生能源,加大对可再生能源的利用和开发力度。地源热泵作为使用土壤浅层中地热能的一种新型热泵技术,在我国许多地区得到了广泛应用,但是在地源热泵使用过程中,由于气候的差异性,地埋管换热器一年中的取热量和排热量不等,这种长期的不平衡性会造成土壤温度持续的上升或下降,不断的偏离土壤的初始温度,导致机组系统的性能降低,因此研究一种可以高效、环保来实现土壤热平衡的方案并解决其关键问题,有着非常重大的意义。针对地源热泵系统土壤热失衡现象的问题,本文的主要研究内容如下:首先,为解决土壤热失衡现象的问题,本文提出了热源塔—地埋管复合式地源热泵系统的方案,利用过渡季节里机组不供冷供热的时间段,通过热源塔装置对地埋管周围的土壤区域进行热平衡调节。在MATLAB平台上构建了热源塔、地埋管换热器以及热泵机组的数学模型,集成了复合式地源热泵系统模型。选择两个典型的南北方城市——南京和沈阳,利用软件De ST生成的气象参数以及建筑负荷的数据着重从热不平衡率以及土壤温度的变化研究了这两个城市的土壤热不平衡性的状况以及成因,并根据南京和沈阳这两个城市的建筑负荷以及土壤的热平衡性对复合式地源热泵系统的各个部分进行了系统设计。其次,为了探究热源塔—地埋管复合式地源热泵系统在过渡季节的运行规律,本文从室外空气温度、室外空气相对湿度、土壤温度、空气流量以及水流量这些影响因素来研究其对系统性能的影响效果。结果表明,土壤温度与室外空气干球温度的温差越大时,可以使换热量大幅增加;而室外空气相对湿度的增加在排热模式下会削弱系统的换热效果,而在补热模式下对系统换热效果可以起到增强的作用;水流量的提升无论在排热模式下还是补热模式下对换热效果的提升都起不到太大的作用,空气流量的提升能明显增强了系统的换热效果。根据以上的运行规律研究,在两个城市中选择了适当的时间点作为机组在过渡季节的工况点。最后,本文利用构建的热源塔—地埋管复合式地源热泵,以十年为周期,探究了两个城市中相较于常规地源热泵在可靠性、节能性以及经济性上的优势。结果表明,复合式地源热泵可以很好的维持住土壤温度并保证了土壤的热平衡性,提高了系统长期运行的稳定性。在十年的运行周期里,复合式地源热泵相较于常规地源热泵具有更好的经济性。