土壤源热泵凭借其高效、环保、能量循环利用等特点,成为我国北方地区良好的供暖方式之一。由于北方地区建筑全年热负荷远大于冷负荷,长期运行会导致土壤温度下降,引入太阳能可以很好解决此问题。目前对于太阳能-土壤源热泵复合系统的研究,主要以维持土壤全年得放热量平衡为前提,进而研究系统的运行能效为主。而本文提出了一种在土壤热平衡的基础上,继续增大复合系统太阳能配额的节能运行方法,且探讨了该方法对系统运行能效和成本的影响。本文首先挑选了哈尔滨、沈阳和大连三个典型的北方寒冷地区,利用TRNSYS软件模拟了不同地区的建筑全年负荷。结合负荷模拟结果,利用节能运行方法指导了三个地区复合系统的运行方案和关键设备的设计和选型。其次,搭建了三个地区复合系统的基于TRNSYS的仿真模型,并模拟复合系统运行15年的过程。结果表明哈尔滨、沈阳和大连三个地区的土壤温度分别提高了107.50%、81.09%、58%。前两者的复合系统全年运行能效逐年提高,大连地区则略有下降,第15年的全年系统COP相比第一年,分别提高了6.6%、3.75%,-0.71%。从而得到节能运行方法对不同地区的适用性排序为:哈尔滨>沈阳>大连。然后,提出了太阳能集热器面积和地埋管数量的匹配优化方法,以此减少复合系统初投资。当集热器和地埋管成本分别为700元/m~2和60元/m时,哈尔滨、沈阳和大连地区优化后的复合系统的初投资分别下降了2.5%、2.8%、6.6%。并利用正交试验模拟方法优化了复合系统的运行和设计参数,三个地区的全年系统COP分别提高了4.64%、11.96%、6.63%。再从节能性和经济性两方面对比分析了维持土壤热平衡的复合系统和使用了节能运行方法的优化后的复合系统。结果表明后者在哈尔滨和沈阳地区有显著的节能优势,大连地区一般,而经济优势则与集热器和地埋管的成本密切相关。最后,针对水箱直接供暖模式引起的热泵机组频繁启停,供暖负荷在不同供暖模式间分配不合理的问题,以及地源热泵对变流量运行的需求,分别提出了基于BP神经网络的供暖策略和基于遗传算法的模糊PID控制方法。前者有效减少了热泵的启停次数,并提高了热泵运行能效;后者改善了PID在阶跃扰动下的控制性能,并在对象传递函数的增益增加时,具有更好的控制效果。还将两个控制方法编写为PLC程序,增强了方法的实际应用性。