现如今能源危机和环境污染日益突出,尤其到了冬季供暖时期我国北方地区雾霾频发,北方地区的供暖已成为关系国民生计的大事。这与其以燃煤锅炉为主的供暖方式有着密切的关系,不仅造成了资源的浪费,而且加剧了环境污染。热源塔热泵技术以其环保、节能、运行效率高等优点在我国长江流域地区得到了广泛应用,为解决北方的供暖问题提供了新的思路。但北方地区冬季温度较低,湿度相对较低,以天津地区为例,天津地区冬季温度基本维持在-5℃左右,有时温度会低至-10℃,使得热源塔在北方的应用面临挑战。本文以开式热源塔在北方地区运行为背景,从实验以及仿真两个方面对防冻液的选择以及热源塔结构参数的选择进行了相关研究。实验方面:通过测量五种不同防冻溶液(氯化钙、乙二醇、丙二醇、甘油以及碳酸丙烯酯溶液)的物性,对防冻液的物性进行分析对比,选择出适用于北方冬季的防冻液;仿真方面:通过对上述实验结果的对比分析,选择质量分数为30%的乙二醇溶液作为防冻液,构建开式热源塔的三维数值模型,模拟热源塔内部防冻液与空气的传热传质情况。此外,模型考虑了空气在换热过程的冷凝相变对热源塔换热性能的影响。基于上述模型,研究了热源塔空气入口参数(温度,湿度,进风角度),防冻液参数(温度,流量)以及喷淋角度和喷淋个数对热源塔换热性能的影响,研究表明:乙二醇由于冰点低、粘度小,具有轻微的腐蚀性,且价格便宜,更适合作为北方地区的冷冻液;空气进口湿度、温度以及进风角度会影响热源塔的性能,随着相对湿度和温度增加,潜热量增加,总换热量增加;但随着进风角度增大,换热量减少;溶液温度和流量会影响热源塔的换热性能,随着温度的升高,换热量减少;随着流量的增加,换热量明显增加;喷淋锥角和喷淋个数是影响热源塔性能的重要参数,随着喷淋锥角的增大,换热量先增大后减少,存在一个最佳喷淋角;随着喷淋个数的增加换热量明显增加。通过研究表明合适的防冻液选择使得热源塔在北方地区良好运行,此外,合理的热源塔参数设计可以明显改善热源塔的换热效率,为热源塔在北方地区的推广提供理论基础。