地源热泵空调系统因其节能环保的优势而获得大力推广。对于普通竖直埋管换热器,传热特性研究和技术规范都很具体深入。但是对于特殊形式的桩埋管换热器,相关研究还有待深入,更缺乏具体的实施规范。如,对于桩埋管换热器的热响应测试以及系统设计流程没有明确规定。桩埋管换热器的应用瓶颈之一在于桩埋管传热性能的准确评估。由于桩埋管孔径大,孔内瞬态传热影响时间长,目前对这种复合介质的传热过程,还缺少有效的计算模型。本文通过深入分析竖直桩埋管换热特征,提出了一种适用于大直径桩埋管换热器的二维解析模型:复合线热源模型。该模型由三个已有的一维解析模型组成,弥补了已有的同质模型和面热源模型的不足。同时,提出了一个数值和解析混合的算法,进一步提升模型计算速度。通过与二维数值模型对比,验证了新模型在模拟各类桩埋管案例中的可靠性。基于文献提供的实验数据,进一步对比新模型与其他研究者提出的模型,验证新模型在短期模拟上的准确性。最后,基于桩埋管案例,对比新模型与一个典型复合模型,显示了新模型准确评估热响应的优势。本文提出了三种基于新模型的热响应测试分析方法:四参数估计法、分步四参数估计法和双参数估计法。基于虚拟热响应测试证明了三种参数估计法的可靠性,并进一步研究了应用双参数估计法时最小测试时长问题。并且,使用新模型分析了一个现场桩埋管热响应的实例,通过与其他模型对比,新模型的反演结果更合理。此外,本文利用新模型计算了设计工况下桩埋管换热器的单位延米换热量,并比较了常用模型的结果,示例了新模型在设计计算中的应用方法。本文提出了新型复合线热源模型,弥补了当前桩埋管传热模型的不足,探讨了新模型在桩埋管换热器中的应用方式,为桩埋管地源热泵系统的设计应用提供了一个优于现有方法的可行的工程计算模型。