基于煤、柴薪燃料的火炉、火炕等传统供暖形式,具有供暖能耗高、燃料热效率低、污染物排放量大、供暖室内热舒适性差等缺陷,但在北方农宅建筑中依然占据较大比例。因此,探索适宜的清洁供暖技术和系统,关乎我国节能减排、新农村建设等工作的实施,已成为国家和各地政府,以及相关领域技术人员亟需解决的问题。为促进清洁供暖技术甘肃地区的探索工作,甘肃政府相继出台了相关政策和措施,但由于甘肃具有地跨多个气候区、经济相对落后、拥有相对丰富的太阳能资源等特点,探索适宜甘肃各地区农宅建筑清洁供暖技术的工作一直在路上。光伏集热器是一种将太阳能光伏电池与太阳能集热器相结合的光伏光热综合利用一体化装置。相较单一的光伏或光热转换技术,光伏集热器技术不仅可同时产生热能与电能,实现太阳能资源的高效利用,还可改进光伏电池由于工作温度过高引起光电效率和寿命下降等问题。目前,光伏集热器技术的成果聚焦于光伏集热器的结构、性能优化等研究,但其工程应用,尤其用于解决甘肃各地区农宅建筑清洁供暖问题的工程尝试非常缺乏。基于兰州政府清洁供暖示范工程参与的需求,本文首先利用TRNSYS模拟方法和兰州地区供暖季和非供暖季典型工况参数,对既定结构的光伏集热器性能进行了模拟和分析,包括建立仿真模型、选取最佳安装角度、模拟分析入口水温与流量对其出口水温、光电效率、光热效率、光伏电池温度等的影响;其次,基于光伏集热器和甘肃农宅建筑现状,建立典型农宅建筑模型、设计清洁供暖系统、建立供暖系统仿真模型,对甘肃地区五个城市最冷日农宅逐时供暖热负荷、最冷日逐时供暖室内温度、最冷日光伏集热器阵列逐时发电量与集热量等进行模拟分析,得到了光伏集热器清洁供暖系统在甘肃各地的适宜性与运行效果。最后,通过参与清洁供暖示范工程的实施和工程,测试和分析获得了测试地区太阳辐射强度、室外环境温度、供暖农宅室内温度、光伏集热器供回水水温、空气源热泵COP、系统耗电量与发电量、系统能耗、经济和环保效益等结果。通过本文研究,得出主要结论如下:1)光伏集热器在兰州地区全年最佳安装倾角为30°,供暖季最佳安装倾角为50°,非供暖季最佳安装倾角为10°,最佳安装方位角为正南方向。2)同等气象条件下,当光伏集热器入口流量一定,入口水温升高会使其出口水温有所提升,但水温提升的幅度会随着入口水温的升高逐渐减低,且集热器整体光电转换效率与光热转换效率都会有一定程度的降低;当光伏集热器入口水温一定,入口流量增加会同时增强集热器的光电与光热性能。3)在甘肃五个地区同样建筑布局与围护结构形式的目标农宅建筑中,供暖季累计热负荷依次为酒泉27760.01kWh、张掖27241.93kWh、平凉23437.81kWh、兰州22323.28kWh、天水21389.47kWh。酒泉地区农宅建筑最冷日供暖热负荷最高,但该地区拥有最丰富的太阳能资源,可适当增加光伏集热器供暖系统在光伏集热器阵列占比以提高供暖效果。4)根据模拟结果显示,利用光伏集热器供暖系统对五个地区典型农宅建筑供暖运行模拟,室内温度均能达到14℃以上,满足设计规范要求。根据实测结果显示,供暖农宅卧室温度在16.1～20.9℃之间,基本满足规范要求。测试期光伏集热器在太阳辐射强度最大日最高出水水温可达到47.5℃,最冷日最高出水水温可到45℃,达到系统供暖侧要求水温温度。5)测试期光伏集热器组件累积发电量662.9kWh,日均发电量11.2kWh,折合全年总发电量为4088kWh,以甘肃地区现行政策光伏并网电价0.3元/度,则试点农户全年盈利大于1226.4元用于系统运行支出。6)光伏集热器供暖系统较传统燃煤炉供暖方式而言整个供暖季大大降低了污染物排放量,降低CO₂排放量35.76kg/m²,SO₂排放量0.116kg/m²,NO_x排放量0.101kg/m²。