太阳能作为一种可持续、清洁、环保的资源,受到人们的广泛重视,尤其是我国严寒及寒冷地区,太阳能供暖对减少常规能源消耗和空气污染具有显著意义,基于对高寒地区气候和能源结构特点,提出了槽式太阳能集热器与CO₂空气源热泵复合供暖系统,结合实例对系统参数进行分析和优化,得到复合供暖系统最佳的参数。本文提出的复合供暖系统对减少供暖能耗、减少环境污染、缓解高寒地区供暖能源匮乏问题有显著意义,系统的优化结果对高寒地区同类供暖工程的设计提供参考。通过对比不同的集热形式的集热性能与经济性,得到了槽式太阳能集热器是高寒地区太阳能供暖系统最佳的集热形式;建立综合考虑经济、能源和环保的评价指标,通过对指标的定量计算,得到了槽式太阳能集热器与CO₂空气源热泵复合供暖系统是高寒地区远离市区建筑最佳的供暖方案。构建槽式太阳能集热器与CO₂空气源热泵复合供暖系统,阐述了系统的工作原理,对系统设备进行初步设计。提出了不同蓄热策略下系统设备参数的分析方法,通过计算系统的费用现值,得到高寒地区采用昼夜型蓄热方式最佳,并得到该方式下最经济的设备参数。基于数理知识和热力学基本定律,建立复合供暖系统各部件的数学模型,对系统各运行模式制定控制策略,并利用TRNSYS软件建立复合供暖系统的仿真平台。借助系统的仿真平台,分析单片槽式太阳能集热器和复合供暖系统性能的影响因素。采用单因素试验法分析气象参数、运行参数、几何参数与集热器跟踪方式等对槽式太阳能集热器性能的影响,并利用正交试验法进行显著性分析,得到跟踪方式对集热器效率的影响最大,其次是集热器聚光比,影响最小的是集热器开口面积。以拉林线车辆整备库为例,分析关键设计参数对复合供暖系统性能和经济性的影响,得到太阳能保证率、系统费用现值和综合评价指标CEI等随设计参数的变化规律,其中,CEI随集热器面积A、集热器聚光比Cr、单位集热面积水箱容积Var的增大先增大后减小,而随热泵容量Q的增大单调递减。采用正交试验的数学方法,对系统关键设计参数进行显著性分析与优化,得到各参数对太阳能保证率的影响程度为A>Var>Cr>Q,对系统费用现值的影响程度为Q>A>Cr>Var,以CEI为优化目标,得到复合供暖系统最佳的设计参数组合,其太阳能保证率达到63.6%,CEI为29.3%,根据该优化结果提出了高寒地区同类供暖工程设计参数的推荐原则。采用单因素试验法,以太阳能保证率为目标优化运行参数,得到复合供暖系统在集热温度为120℃,蓄热温度为83℃,太阳能同时供热与蓄热温度为70℃,太阳能单独供热温度为65℃,太阳能不直接参与供热温度为55℃的条件下,太阳能保证率达到65.1%,该结果对同类工程运行参数的设定有参考意义。