太阳能耦合地源热泵系统可通过多能源互补和跨季节蓄热技术实现严寒地区建筑节能供暖。研究不同耦合方式下的太阳能耦合地源热泵系统的运行特性对系统能效具有重要意义。地埋管换热器是地源热泵系统的核心部件,其换热性能对系统能耗和稳定运行有一定影响。本文设计了三个太阳能耦合地源热泵系统,提出一种蓄热系统COP指标,对三个系统长期运行特性进行对比分析,并对不同因素对地埋管换热器换热性能影响展开研究。主要研究内容及结论如下: (1)建立了严寒地区某办公建筑模型,并对其进行负荷模拟。模拟得到该建筑的最大热负荷为348k W,最大冷负荷为220.82k W。设计了三个可供暖、供冷和蓄热的蓄热型辅助供暖式、联合供暖式、蓄热型联合供暖式太阳能耦合地源热泵系统基于此对太阳能耦合地源热泵系统的主要设备进行选型,并提出一种蓄热系统COP指标用以评估有无跨季节蓄热模式下的太阳能耦合地源热泵系统性能。 (2)建立了上述三个系统的仿真模型,对三个系统的长期运行特性进行对比分析。结果表明,系统运行一年后,与联合供暖式系统相比,蓄热型辅助供暖式系统和蓄热型联合供暖式系统的热泵供冷EER分别提升了0.36%和1.78%,系统能效比分别提升了1.98%和19.65%。太阳能集热器集热效率分别提升了41.57%和46.06%;系统运行十年后,联合供暖式系统的土壤温度逐年降低,蓄热型辅助供暖式和蓄热型联合供暖式系统的土壤温度逐年升高。 (3)建立了竖直双U型地埋管流动与传热数值模型,分析不同回填材料、井间距和循环液体流速对其换热特性的影响,为地源热泵系统的优化提供一定参考依据。结果表明,以取热功率和延米功率为目的,回填材料宜为混合浆料,流速宜为0.65m/s,考虑钻井占地面积,井间距宜为5m。 (4)基于正交试验法确定太阳能集热器、单位集热器面积对应水箱容积、蓄热温差和太阳能集热器启动温差的合理水平和模拟方案,研究不同方案下系统运行特性。结果表明,当太阳能集热器面积为125m²、单位集热器面积对应水箱容积为80L/m²、蓄热温差为40℃和太阳能集热器启动温差为8℃时,系统性能最好。