当今社会,资源匮乏和环境污染问题日益严重,地热资源作为一种清洁的可再生能源,其发展具有一定的前景和优势,应用于地热供热方面的技术日趋成熟。但随着节能工作的不断深入,人们已经越来越认识到供热节能,更重要的是能量和品质上的匹配。因而对供热系统的运行策略的研究则显得尤为重要,地热水结合水源热泵的梯级利用的热源形式有效地提高了地热水的利用率。因此,分析地热梯级利用供热系统的应用模型,寻求能源利用的最优匹配形式及运行策略,进而挖掘供热系统的节能潜力及高效地利用地热资源的方法是本文研究的重点。本文主要针对应用地热梯级利用系统主要构件如板式换热器、水源热泵机组、地板辐射采暖、散热器及输配系统分别建模分析其热力模型及特性。对天津团泊湖地热利用系统及天津工业大学地热供热系统进行建模,分析两种不同形式的地热梯级利用模型,在此模型热力基础上,结合室外气象参数变化对供热负荷的影响,分析整个系统的地热水运行流量,热泵机组匹配形式及输配系统的运行情况。建立系统目标函数,对系统模型最优化形式进行求解,从而确定在不同室外温度下能源的配置形式及运行策略方式,从而提高地热水的利用率、降低系统的运行能耗及费用。通过系统模型的分析,得到以下结果:在负荷较小的情况下,优先利用地热资源,当负荷较大时启动热泵及其他热源形式,根据室外温度的变化,通过建立系统的目标函数及约束条件限制,结合优化的分析方法,确定最优的地热水出水流量及系统的循环水流量,进而确定热源的匹配形式及运行控制策略。本文构建了地热梯级利用模型,模型的能源配置形式、优化的运行控制策略方法及实现控制调节的措施,该模型可以被简化、演化,能够广泛应用于其它地热供热系统。