土壤源热泵系统(GSHPS)长期运行过程中,地下传热的衰减不仅影响土壤的蓄/放热能力,而且影响GSHPS的性能和经济性。可控间歇技术,能够缓解地下土壤传热恶化的状况,控制地下传热衰减。但是,在此过程中,由于土壤传热特性的影响,土壤的温度在一定时间内无法完全恢复,最终导致GSHPS性能在长期运行条件下明显降低。本文基于寒冷地区GSHPS实验平台,通过引入太阳能作为辅助热源,实现地下土壤的强制恢复。同时,基于能量系统多能互补理论,建立了不同热源优先级下太阳能-地热能双热源热泵系统(DHSHPS)多工况逐时动态仿真模型,研究了 DHSHPS运行的动态特性,揭示了热源优先级、热源配比、热源切换温度与系统性能的内在关联,为DHSHPS长效运行提供理论依据。具体工作如下:首先,搭建了集太阳能和地热能为一体的DHSHPS实验台,实验研究了土壤温度自然恢复与强制恢复特性、运行模式对DHSHPS性能影响规律及太阳能地下短期蓄热特性。结果表明:①土壤温度恢复过程中,利用蓄存在水箱内的太阳能向地下补热实现强制恢复能够有效提升土壤温度恢复率。②以地热能和太阳能串联运行的模式下DHSHPS性能较高。③太阳能地下短期蓄热时,由于太阳能的不连续性,蓄热后期土壤热扩散量大于蓄热量,使得一个蓄热周期后孔壁处土壤温度不升反降。因此,应及时利用蓄存在地下的太阳能。其次,针对太阳能和地热能构成的DHSHPS运行控制方式的复杂性和多样性,建立DHSHPS多工况逐时动态仿真模型。其中,地下部分:提出采用等效换热系数法替代传统的热流密度法描述钻孔内传热对钻孔外土壤传热的影响,推导出运行和间歇过程中等效换热系数表达式,实现地埋管换热器运行/间歇动态仿真。地上部分:建立太阳能集热/蓄热/用热多工况数学模型,利用水箱平均温度综合反映太阳能集热、蓄热和用热过程动态特性,实现太阳能边蓄边用、只蓄不用、只用不蓄和不用不蓄等多种工况的动态仿真。在此基础上,开发双热源热泵系统多工况动态仿真平台,实现双热源热泵系统性能的逐时动态仿真。利用实验结果对DHSHPS动态仿真模型进行了验证,为系统的长年动态性能分析提供仿真基础。再次,从DHSHPS长年热力性能高效的角度出发,提出以地温多年动态平衡为依据,建立不同热源优先级下地埋管换热器钻孔平均壁温随太阳能保证率和热源切换温度变化的关系曲线,确定了地温多年动态平衡前提下的合理热源配比和热源切换温度,揭示了地温多年动态平衡在双热源热泵系统长期运行中的作用,改善了双热源热泵系统长效热力性能低下的问题。最后,分析系统外界参数(包括末端负荷和太阳能辐射量)和可控参数(包括用热侧流体流量、热源侧流体流量和集热器侧流体流量)对DHSHPS性能的影响规律,利用1stopt软件对各参数变化引起的热泵换热器进水温度变化量以及机组性能系数变化量进行拟合,建立了各参数与机组换热器进水温度和机组性能之间的关联关系式。拟合结果表明:在DHSHPS串联和并联运行模式下,外界参数和可控参数与机组换热器进水温度以及机组性能变化量之间呈指数关系。利用实验结果对关系式进行验证,为系统中循环流体流量变化时系统性能的预测提供了可靠的依据。