本发明公开了一种复合式地埋管地源热泵系统及其优化方法，其优化方法包括获取建筑物冷热负荷；判断建筑物冷热负荷为主导负荷或非主导负荷；定义主导负荷比值和非主导负荷比值；基于预构建的垂直地埋管的管长设计方程对主导负荷比值、非主导负荷比值以及垂直地埋管的管长进行迭代求解；基于预构建的水平螺旋地埋管的沟壕设计方程根据求解的主导负荷比值、非主导负荷比值计算水平螺旋地埋管的沟壕长度；根据垂直地埋管的管长和水平螺旋地埋管的沟壕长度获取平准化能源成本；以平准化能源成本最小化为目标，获取最终的垂直地埋管的管长和水平螺旋地埋管的沟壕长度。本发明可以保证复合式地埋管地源热泵系统在较低成本下，长期高效的运行。