利用太阳能对建筑物供暖,由于在缓解资源枯竭和保护环境等方面有着不可替代的优势,受到了各国政府和学者的高度重视。与民用建筑不同,工业建筑的太阳能供暖有其独有的特点。近年来,欧美发达国家相继建成了许多太阳能供暖的示范工程,但工业建筑的太阳能供暖,尚在探索和发展阶段。本文以实际工程为背景,对工业建筑太阳能供暖系统的设计和运行进行了研究和探讨。本文设计了由太阳能空气、太阳能热水和太阳能热泵组成的复合供暖系统,构建了与集热系统相适应的末端供暖形式,解决了太阳能热水系统和热泵耦合技术中管路设计、集热/供暖模式切换和控制策略等问题。系统中不同供暖模块依据时间和天气工况依次、顺序启动,遵从了优先使用太阳能的原则,实现了太阳能阶梯利用。研究结果表明,同本建筑原有的单一的太阳能热水系统相比,由多模块组成的复合太阳能供暖系统,可减少集热面积50%以上。以实际的太阳能供暖系统设计为平台,建立不同供暖模块的建筑能耗数学模型进行运行模拟分析,结果表明:太阳能空气供暖、太阳能热水供暖和太阳能热泵供暖,虽然在运行过程中供热负荷和室内温度有一定波动,但总体上能够达到设计基准温度。其中,太阳能空气供暖时,室内温度取决于太阳能空气供热负荷、建筑物自然得热和辐射地板热水停供后的延迟性。太阳能热泵作为能量提升装置,能够将蓄热水池中来自太阳能的低品位热提升至高品位热,从而继续延长太阳能的供暖时间。虽然开启热泵供暖,会使蓄热池水温度大幅度降低,但对第二天的集热影响是有限的,低温水集热运行时太阳能有自然补偿性。总体上说,太阳能的总收益和利用率大大提高。综合评价,系统投资回收期约为6.4年。在最寒冷月份,系统联合运行模式下,24小时太阳能保证率为73.4%。