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面对能源的缺乏与环境的恶化，人们越来越关注一种新的能源利用方式——地源热泵技术。它以大地为热源和热汇，通过抽取地下水或地表水以及利用埋入的地下换热器与大地进行热交换，实现对建筑物的空调和热水供应。
地源热泵系统可以在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。在冬季，地源热泵将浅部地层中的低位能源提高给建筑物供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过系统将建筑物内的热量转移到地下对建筑物降温，同时蓄存热量，以备冬用。同时，地层温度不随大气温度变化而出现大幅波动，代替空气源进行热交换，减少的供暖与制冷的辅助能量消耗。这样既充分发挥地层的蓄能作用又利用了地层的恒温性，达到了节能效果。此外，地源热泵技术还具有环保作用、降低运行成本的功效。
国外研究表明，这种系统的主要优点表现在：节能效果明显，可比空气源系统节能30～50％；地下换热器无需除霜，减少了冬季除霜的能耗；浅地层具有良好的蓄能特性，改善了运行状态；地下换热器埋于地下，减少了对地面空气的污染以及噪音。其中特别以地下直埋式换热器优点突出，是IGSHPA组织所推荐的形式
地源热泵技术的研究是一个系统工程，本论文以目前发展比较成熟且物理意义明确的有限容积法为数值计算方法，提出了同轴管二维非稳态对流导热模型，并开发了相应的软件，以便确定地下埋管换热器流体的最佳流速及埋管深度等参数，这也是地源热泵工程应用的关键之一。
为了验证数值计算模型的正确性，同时埋设了2个18m深的竖直同轴套管进行长期观测。而实验数据的正确获取无疑对数值模型的验证起着至关重要的作用，因此设计了一套全数字化温度测量系统，并编制了相应的软件。实验结果表明，数字化传感器比传统的模拟传感器误差有显著降低，而且接线长度越长，这套系统的优点就越明显。研究的过程分为以下几个步骤：
(1)数值计算方法的选取。
(2)网格的剖分和代数方程组求解分析。
(3)编制界面友好的计算程序。
(4)数字化温度测量系统的设计。
(5)用DELPHI编制温测系统程序。
在流动与传热计算中应用较广泛的是有限差分法、有限元法、有限分析法及有限容积法，另外还有边界元法等。就实施的简易、发展的成熟及应用的广泛等方面综合评价，有限容积法无疑是最优的。有限容积法将所计算的区域划分成一系列控制容积，每个控制容积都有一个节点作代表。通过将守恒型的控制方程对控制容积做积分来导出离散方程。在导出过程中，需要对界面上的被求函数本身及其一阶导数的构成作出假定，这种构成方式就是有限容积法的离散格式。用有限容积法导出的离散方程可以保证具有守恒特性，而且离散方程系数的物理意义明确。
本文的数值模拟计算技术正是基于有限容积法而建立的，考虑到单垂直套管虽然属于三维计算情形，但是由于其具有轴对称的特性，因此可以将其简化为二维圆柱坐标。然后剖分网格并将控制方程转化为方程组，对于非稳态轴对称控制方程，先要假定一个初始温度场，然后进行迭代达到指定的最小差值就可认为达到稳态状况。
为了从根本上改善传统的模拟传感器在数据传输过程中信号的衰减带来的较大误差，本文特设计了一套基于‘一线总线’技术的全数字化测温系统，将一个空间内的传感器全部挂在一条线缆上，从根本上避免了传统多线缆对流体传热的干扰，而数字化的传输信号，除了在传感器端部材料本身的误差将模拟量转换为数字信号时的误差外，在中间环节则消除了全部信号损失且无须再进行信号校验，对于进行超百米深地热井的温度测量有积极借鉴作用。