近年来,清洁能源和可再生能源供暖代替传统的一次能源转型成为研究的热点。土壤浅层的能量是一种可再生能源。土壤源热泵因其节能、环保、运行过程安全可靠等优点在国内呈现出飞速发展的势态,同时土壤源热泵也在工程项目使用中出现了地下土壤的“热失衡”问题。一方面夏季供冷期冷负荷小于供热期热负荷,另一方面夏季供冷期时间远远小于冬季供热期,土壤源热泵系统在年运行周期中,供暖期向土壤中的取热量远远大于向土壤的释热量,系统长期在“热失衡”工况下运行后,土壤周围温度逐年下降,导致土壤源热泵机组运行效率下降,最终难以正常运行。为解决严寒地区土壤“热失衡”问题,提出了一种新型的补热方式-补热塔给地下土壤补热。本文设计了一种新型补热塔补热式土壤源热泵系统,模拟分析补热塔补热系统在不同运行工况下的运行效果,与单土壤源热泵系统相比,补热塔补热式土壤源热泵系统可以有效提高系统的运行效率。设计并搭建新型补热塔补热测试平台,针对不同运行工况进行测试,探究太阳辐射对补热塔补热效果的影响。得到补热塔在此工况下的温度分布情况,整体趋势与模拟结果一致,通过对补热塔结构进行透光改造,可以提高能源利用率,加强补热塔的补热效果。本文对补热塔补热的基础理论进行研究,对补热塔的液气比,空气流向,环境温湿度,填料结构参数等方面加以分析,阐述了系统性能因子对补热塔性能的影响。随着补热塔进风量的增加,补热塔的吸热量增加的速率不断减少,综合考虑能效比和换热效率,液-气比控制在0.58时补热塔换热效果最佳;控制循环水流量为2167 g/s,空气流量为3392 g/s,与顺流式补热塔相比,逆流式补热塔进出口循环水温差增加0.6℃,换热量提高5.4 k W,吸热效率提高13%;环境空气的干球温度是循环水与空气换热的决定性因素,通过循环水出口温度与空气干球温度差来控制补热塔的启停;填料间距过小空气与循环水接触不充分,间距过大空气与水接触时间变短,也会导致换热不充分,分析可知,填料间距宜控制在3 cm;以地下5米、20米、35米为例,分析过渡季节地下土壤的温度变化情况,补热塔的补热效果明显;增大钻孔间距可以减少土壤温度变化幅度,当管间距从4 m增加到6 m是土壤最终平均温度上升明显,当管间距增加到7 m时土壤平均温度上升速度减缓,综合考虑投资和土地有效利用率,在模拟工况下,管间距为6 m是最佳选择。本文设计的新型补热塔补热系统结构可靠造价低,有效解决了严寒地区土壤源热泵地埋管周围土壤“热失衡”的问题,为严寒地区土壤源热泵的使用提供了新的思路。