中国作为一个能源消耗大国,冬季建筑供暖热负荷占能源消耗总量的很大一部分,近几年我国北方地区冬季供热模式主要有:热电联产、工业余热供暖、电采暖以及区域锅炉房。由于化石能源的过度使用导致环境不断恶化,雾霾频繁出现。随着我国经济发展,国民环保意识逐渐增强,各地政府相继推出有关节能减排等政策。北方城镇地区地理位置复杂,室外气候多变,经济条件有限,这些因素成为清洁供暖发展过程中亟需解决的问题。因此探索高效、清洁供暖模式有利于节能减排工作的实施。热泵系统是一种十分清洁、高效的供暖系统。单一热泵系统的应用受到众多因素的限制,空气-水源双级热泵有效的解决了因地域问题对供暖热源的限制,不仅结合单级热泵的优点,还减小了布置热网的投资,运行过程能实现能量的梯级利用,提高低温端空气源热泵的运行效率,相变蓄能器的引入减小机组在冬季供暖承担的尖峰负荷,调节热泵供暖系统在运行过程中的负荷波动,降低在用电高峰时段电网的调峰压力。但目前空气-水源双级热泵耦合相变蓄能装置的应用还处于研究试用阶段,尤其解决北方城镇等地,区域清洁供暖问题的试点工程非常缺乏。基于天水市张家川某中学热源改造示范项目,本文首先建立空气-水源双级热泵耦合蓄能装置的系统仿真模型,标定元件模型,根据建筑供暖热负荷,确定热泵系统容量,通过仿真结果分析得出空气-水源双级热泵耦合蓄能系统在典型天运行工况,对系统的进、出水温度,压缩机功率,蓄能器水温及COP值进行数值分析。其次,利用焓法模型对相变蓄能单元进行数值模拟研究,得到蓄能装置的蓄放热特性。建立整个供暖季双级热泵供暖模型,利用整个供暖季的供暖热负荷,系统功率,及经济性数学模型,得出匹配机组运行的相变蓄能装置容量。最后,通过对试点建筑供暖系统的测试,获得当地气象参数、供暖室内温度,系统运行参数,计算分析得出供暖热负荷,系统COP及经济效益。空气-水源热泵供暖系统实现了能量的梯级利用,有效的解决了在供暖基础设施不完善的区域,热源供热效果低下的小规模区域面临供热难、效率低、环境污染重等问题。通过系统仿真及工程测试结果来看,蓄能装置的引入将白天多余的热量转移到夜间,使热泵系统的运行效率有明显提升,尤其在室外环境气候持续低温的状态下空气源热泵系统仍然能够高效运行。仿真数据与测试数据的吻合度高,用户供暖热负荷均在200k W以上,通过分析系统运行能耗及COP,结合减排指标,验证本套系统在城镇小规模区域清洁供暖的可行性。由各个时段石蜡的相变分布图可以看出,在翅片与管壁周围的石蜡先发生相变,随着导热过程的变化,石蜡的状态也会发生变化,最后趋于稳定。建立蓄能装置与系统运行费用经济模型,经过计算分析,蓄能器容量控制的蓄放热周期是影响热泵运行的关键因素。当蓄能装置的容量为最大容量的10%,即为7m3时。费用节省率为1.59%,随着容量的增加费用节省率的变化趋势减小。年计算费用降至最低,为10.93万元,其变化幅度也最小,此时,与未设置蓄蓄能装置的系统相比,计算费用减少了1.2%。