随着人民生活水平的提高以及经济的迅速发展，空调建筑在我国迅速增多，同时带来了空调能耗的急剧增加，节能减排任重道远。基于我国的国情，在20世纪60～70年代修建了大量的地道，如何利用地道冬暖夏凉的蓄热特性，这对于节约空调建筑能耗具有重要的意义。　　 本文首先分析了室外气象参数变化的数学模型并进行了相应计算。利用随机过程模拟法计算出日逐时温度，在此基础上利用标准年计算法整理数据并采用回归分析法得出全年大气日干球温度值和全年地表面温度值。室外气象条件可作为研究地下传热问题的初始条件。其次，在分析地层土壤的热物性参数对土壤温度的影响以及地层土壤温度波变化规律的基础上，建立了地层内土壤温度的数学模型，并得出土壤表面温度随大气温度周期变化时，地层内部土壤的温度计算公式，进而分析了地层土壤内部温度变化的特点。地下土层温度场变化的分析是基于地道风的空气源热泵系统应用的环境条件。在以上研究的基础上，进一步分析了室外空气在地道中的传热过程，阐述了地道内间歇通风或连续通风时，地道壁面传热特点以及空气经地道传热的特性，在对传统一维地道温度场传热模型分析的基础上，提出了改进的二维矩形、二维圆柱体断面模型。根据空气与地道壁面传热的特点，运用有限容积法、整场求解法对模型方程进行了离散，对室外空气流经地道的非稳态耦合传热过程采用数值求解法，得出了控制方程的节点方程表达式。建立了地道环境的物理模型，给出了计算的边界条件，利用Fluent软件对地道内空气流动和传热过程进行了稳态工况的数值模拟。通过数值模拟得到了地道在稳态通风情况下地道内各因素与地道出口空气温度的关系和取值范围，以及地道内温度场的变化规律。利用地道作为空气源热泵的冷热源环境时，为有效地利用地道环境，地道长度选择400m以上；埋深选择大于6m；应在保证热交换量的前提下，选择当量直径较小的地道；通风风速取值范围为0.05～3m/s；采用导热系数较大的建筑材料作为地道壁体的砌筑材料，同时增加壁体厚度以增强换热效果。模拟结果为利用地道环境作为空气源热泵冷热源系统的运行提供了理论依据。　　 本文在稳态模拟的基础上，进一步模拟计算随室外空气温度周期性变化时，地道出口空气温度的动态变化规律，以及地道中加入热源后利用地道散热时，热源通过地道壁体内土壤进行散热的变化规律。经过数值模拟计算发现：地表同逐时室外空气温度变化对地下土层温度影响深度为3m；地道出口空气温度随室外温度变化呈现周期性变化，且有一定滞后性；通风风速较小时，地道进出口空气温差大；在无内热源情况下，连续通风对地道的换热效果影响较小；地道散热最佳通风风速取值范围为0.5～2m/s，间歇热源散热时，地道壁体热流通量呈现逐渐减小的趋势，并趋于稳定，地道壁体温度趋于稳定后的热流通量值可作为热泵负荷与地道散热匹配时的参考；热源散热方式不同时地道内土壤的温度趋于不同的稳定值；间歇热源情况下利用地道散热效果较好。在对模拟结果进行分析的基础上，通过引入冷却效率概念对影响地道换热能力的各因素进行了综合评价。为验证数值模拟计算的可靠性，对济南市文化路地下人防干道以及淄博市某山洞进行了实验测试。通过实验，得到了地道内初始状态空气温度、湿度，风速，地道壁面温度的变化规律。并测试在机械通风状态下，室外空气在不同长度地道中的温度变化规律。然后将热源加入地道内进行散热，测试散热后地道进出口空气温度变化及地道环境温度场变化。并将测试结果与模拟计算结果进行分析比较，发现实测数值与模拟计算值吻合的较好。在建立了热泵机组各主要部分数学模型的基础上，利用Fortran和VC++6.0编制了机组仿真程序，并对机组各部分进行了仿真和计算，进而搭建实验台进行实验验证，发现基于地道风的空气源热泵机组制热系数COP值比普通空气源热泵系统提高了2.2％～33％，仿真和实验的结果表明利用地道环境作为空气源热泵系统冷热源时节能效果明显，从而证实了利用地道作为空气源热泵冷热源运行模式的可行性。