地源热泵技术由于其高效节能而逐渐得到广泛应用。但该技术在我国大型商业建筑应用案例并不多,主要原因是大型商业建筑能源需求大,需要钻孔个数多,而大型商业建筑周边可利用埋管区域却很少。本文针对上述特点,以济南某一商业建筑为案例,提出了常规冷水机组供冷+市政城市管网集中供热系统、地源热泵系统和有冷水机组与集中供热辅助的复合式地源热泵系统三个方案的运行方式和控制形式,在软件TRNSYS中相应的搭建三个不同系统的仿真模型,进行动态仿真模拟,并对三种方案的机组出入口水温、地下土壤平均温度及系统的经济性进行分析。首先用DeST搭建模型输出该实际工程的建筑全年逐时负荷,然后用软件地热之星设计计算单一地源热泵(Ground Source Heat Pump,简称GSHP)系统及复合式地源热泵系统的地热换热器,之后在TRNSY中搭建的仿真模型中设定各个部件的参数,其中埋管区域平均综合导热系数为1.872W/m·℃,平均容积比热容1920 kJ/m3·℃,地下土壤初始温度为16.9℃。模拟三个方案中机组的地源侧和空调侧进出口水温及单一地源热泵系统和复合系统地下土壤温度平均值在系统运行一年8760 h和二十年175200 h的逐时变化后,得出方案二单一地源热泵系统经过一年的运行后土壤温度均值升至18.48℃,运行二十年后土壤温度均值升至37.52℃;而复合系统分别为17.02℃和18.23℃。对比分析方案二、方案三的运行数据,可以看出系统运行二十年后方案二的土壤平均温度远远超过预期,对夏季向地下土壤释放热量会产生极其不利的影响,地下冷热严重不平衡。在使用年限内,地源热泵系统地源侧循环介质的温度远远超出设计温度的范围,不能满足空调要求,与地源侧循环介质的温度都在设计温度的范围内且土壤温度升幅不大的的复合系统相比不合理。通过分析及比较三个系统的初投资和运行维护费用,可以看出,地源热泵复合系统的初投资费用为288元/㎡,运行维护费用为21.5元/㎡(由于该项目实际空调面积仅占建筑总面积的70%左右,因此该项目实际运行等费用低于常规公共建筑地源热泵系统的运行费用),综合统计可以得到方案三复合系统性价比较高的结论。用TRNOPT对选定的方案三复合系统进行优化计算,找到最优控制策略为:(1)夏季热泵出口流体温度高于33℃时,开启冷却塔来辅助散热;(2)冬季热泵出口流体温度低于4℃时,开启板式换热器,利用市政管网集中供热来辅助供暖;在本次优化控制模拟中,热泵承担建筑冷负荷的42%,多出的冷负荷由冷水机组承担;热泵承担建筑热负荷的83.5%,多出的热负荷由城市热网承担。在上述控制策略下该复合系统运行二十年的综合费用(含初投资及二十年的运行费用)为717元/㎡,与之前方案三初定的控制策略相比,综合费用节省了15万元。模拟研究结果表明:基于冷水机组与集中供热辅助的复合式地源热泵系统的地下温度均值在与运行周期内较为平稳,说明在单一的地源热泵系统的基础上加入辅助散热的冷却塔后,能极大地降低传统地源热泵系统夏季释热远多与冬季吸热造成的地下冷热不平衡的问题;而辅助热源则解决了该项目地埋管空间不足的问题。本文提出的复合系统既提高了系统的综合能效比,还减少了污染物的排放量,具有良好的节能性;方案三复合系统与方案一常规冷水机组系统相比投资回收期仅1.34年,说明其具备良好的经济性。