陕西省关中地区冬季气候寒冷,城市住宅广泛采用集中供暖,由于农村地区缺乏集中供暖设施,普遍采用散煤和柴薪用来供热,导致冬季陕西关中地区雾霾严重。而陕西省太阳能资源和生物质资源丰富,通过有效利用太阳能和生物质能可实现农村区域的清洁供暖改善大气质量。本文基于生物质热解技术和太阳能集热技术,设计并开发一种易于在陕西关中地区应用的生物质热解-太阳能集热耦合供热系统,以期解决炭化热效率低、太阳能供热不稳定和用户的过冬采暖问题,为生物质热解-太阳能集热耦合供热系统的实际应用提供理论基础。本文的主要研究内容和所得结果如下:以西部观测试验站的一间实验室为供暖对象,在供暖季实验室平均热负荷为3.12kW,其中单日最大热负荷为137 kWh。确定供热负荷后对系统进行参数设计,确定烟气换热器换热面积为0.373 m²;木燃气引射器的喷口直径为27 mm;太阳能集热面积为3.36 m²;散热器的选型为600 mm×60 mm×26;采暖侧和集热侧的水泵最大扬程分别为10 m和6 m;确定系统自动控制运行策略,得到生物质热解-太阳能集热耦合供热系统的整体系统设计和子系统结构及参数设计。通过TRNSYS软件和预试验对太阳能子系统的热性能进行模拟分析和验证,在太阳能集热量最小的1月份太阳能子系统平均每天可独立供热1.42 h。建立生物质子系统热输出数学模型,通过预试验获得的边界参数,确定生物质子系统在设计工况下每小时可提供8.39 kWh热量,生物质炭化子系统每天连续运行9小时即可满足建筑全天供暖需要,所需循环水箱容积为1200L。构建本系统的热力性能评价标准,得到系统和各集热单元的热效率、?效率和一次能源节约率计算方法。在连续4天的供暖试验中,室内平均温度为19.12℃,高于供暖设计室内温度18℃,达到了系统设计要求。通过对生物质热解-太阳能集热耦合供热系统进行完整的热力学评价,发现系统在关中地区具有良好的热性能,其中系统整体热效率为71.62%;系统?效率为43.29%;一次能源节约率为92.07%。通过敏感性分析发现系统一次能源利用率与光照强度呈负相关关系,系统热性能与环境温度呈正相关关系。试验系统全生命周期成本为13184.19元/年,简单回收期为5.87年。相比燃煤供暖,本系统平均每日可减少CO₂排放336.83 kg,碳排放降低了86.6%。与小型空气源热泵辅助太阳能供热系统相比,生物质热解-太阳能集热耦合供热系统在经济和环境上具有更好的可持续性。