随着社会经济的快速发展,以及追求高质量教育和生活资源目的驱动,西北地区乡村人民逐步向附近城镇集中转移。城镇吸纳周边乡村居民而人口增加,城镇增容已成为发展趋势。显然,随着县城扩容发展,原有的烧煤、燃气锅炉将不能满足增容背景下整体供暖需求,而在国家清洁供暖的基本方针政策下,在原有供暖系统的基础上,寻求一种低污染、高效供暖模式承担扩容负荷已成为紧迫任务。西北地区太阳能资源丰富,将县城扩容部分供暖负荷由太阳能集热场来承担,形成太阳能热场与原有锅炉组合供暖模式,是有效解决该类增容型城镇供暖问题的低碳路径。此类系统的关键问题是在原有供暖基础上,如何将太阳能供暖进行集成优化,以形成高效互补的新型组合供暖系统。基于此,本研究依据太阳能与燃气锅炉联合供暖系统的工作原理,搭建了联合供暖系统中主要设备的数学模型,利用TRNSYS软件建立了太阳能与燃气锅炉不同组合形式下的仿真模型,模拟分析了系统运行模式、能耗及性能的变化规律,确定了适宜的太阳能与燃气锅炉组合形式;进而,建立了增容型城镇原有燃气锅炉与太阳能联合供暖系统的优化模型,针对不同地区、不同供暖规模、不同系统保证率三个方面,开展了系统优化匹配研究,提出了最佳集热面积与供暖面积（原有供暖面积与增容供暖面积总和）之比;最后,对比分析了该联合供暖系统与单独燃气锅炉供暖系统的运行特性、节能性及经济性。主要研究过程及结论如下:（1）建立了太阳能与燃气锅炉串联、并联等组合形式的数学模型,基于TRNSYS平台搭建了联合供暖系统仿真模型,对系统性能、运行能耗进行了对比分析,结果表明:在供热量方面,并联系统采暖期平均太阳能保证率低于串联系统;在系统性能方面,相比于并联系统,串联系统的COP较高,并且因集热器起到预热水温作用,充分利用了太阳能资源,从而系统的总能耗较低,更具有节能优势。（2）建立了增容型城镇原有燃气锅炉与太阳能联合供暖系统优化模型,对比分析了不同增容率、不同系统保证率、不同供暖规模下系统容量的变化规律。结果表明:（1）随着增容率增加,各地区联合供暖系统的最佳容量配比逐渐增大。相同增容率下,在太阳能丰富地区所需增设的太阳能集热系统容量最小,联合供暖系统更具有经济性;（2）随着系统保证率的降低,最佳系统容量也在减小。在系统保证率100%、95%和90%情况下,给出了典型地区增容型城镇原有燃气锅炉与太阳能联合供暖系统的设备最佳配比方案:太阳能集热面积与供暖面积（原有供暖面积与增容供暖面积总和）之比为0.05～0.54m2/m2,蓄热水箱容积与太阳能集热面积之比为0.11～0.18m3/m2;（3）通过模拟增容型城镇原有燃气锅炉-太阳能联合供暖系统及采用锅炉承担增容负荷的燃气锅炉供暖系统,在系统运行特性、节能性、经济性方面进行了对比分析,结果表明:在系统运行特性方面,联合供暖系统中太阳能集热不仅承担了增容部分的热负荷,同时承担了部分原有燃气锅炉的供热量,缩短燃气锅炉运行总时长;在系统能耗方面,采暖季燃气锅炉供暖系统的总能耗是联合供暖系统的1.8 5倍以上;在系统经济性方面,联合供暖系统费用年值减少了18.9%～25.0%,同时随着增容率增加,两系统单位供暖面积费用的差异逐渐增大,表明在增容率较大时增设集热系统的优势更为凸显。由此说明,增容型城镇原有燃气锅炉与太阳能联合供暖系统更加经济节能。综上结论可见,本研究提出了一种增容背景下太阳能集中供暖与当地原有燃气锅炉供暖相结合的供暖新模式,建立了该联合供暖系统优化设计方法并获得了系统关键参数配比。研究结果将为太阳能资源丰富地区的增容型城镇供暖提供方案和设计指导。