我国太阳能资源丰富,产业化程度较高。近年来随着建筑能效的提升,太阳能供暖技术被大力推广。本论文根据国家重点研发计划项目和北方地区“清洁取暖”工作需求立题,通过研究多能源耦合供热技术,改善常规的太阳能供暖系统、多能源互补供热系统中存在的问题。常规太阳能供暖系统中集热系统的可利用温度范围限制了太阳能的利用率,通过太阳能与水源热泵的结合可充分利用太阳能低温得热,降低集热系统的工作温度,显著提高太阳能集热效率,同时通过控制技术提高了水源热泵的性能系数(COP)。经理论建模与模拟计算,当建筑耗热量与太阳能集热器、蓄热水箱等设备配置,以及基本控制策略相同时,多能源供热系统的太阳能有用得热量比常规太阳能供暖系统提升了54.7%,平均太阳能集热效率由33.4%提升至52.0%。以北京地区既有的农村住宅为供热对象研发多能源实验系统,系统中设备、管路、附件、自动控制系统高度集成,并开发了易于使用者学习、操作性好的控制软件。实测太阳能辐照量为17 MJ/(m~2·d),环境温度为2.5℃时,太阳能有用得热量达9.5MJ/(m~2·d),热泵机组性能系数达4.0~4.3;在多云(雾霾)、晴、阴、环境温度较高的典型工况下,该系统太阳能集热效率分别可达48.3%、56.2%、37.4%、42.1%。同时利用实测数据验证了系统计算模型的准确性。提出多能源供热系统配置优化。建立平板型太阳能集热器标准滞止温度的数学模型,优化了集热系统的耐热、耐压性能;根据螺旋盘管换热器的传热机理,计算并分析不同管长、管径、壁厚下系统的换热量,构建换热器的选型及优化图表;基于性能化优化方法得出太阳能集热器的最佳安装倾角范围,并给出集热循环设计流量的建议值;通过模拟计算得出了太阳能集热器面积、蓄热水箱容积对太阳能利用效果的影响规律,并以北京、拉萨地区节能住宅为供热对象,形成太阳能集热器面积、蓄热水箱容积的配置方案。提出多能源供热控制系统优化。通过理论计算、实验研究优化了集热系统的温差控制效果,提出了太阳能集热器“排管温度反算法”和“集管温度动态预测模型”。通过CFD模拟分析水箱的温度分层特性,提出集热循环温差控制的低温取值、启动温差的优化方法,同时对水箱取热、热水蓄存、盘管利用、辅热设计等问题进行优化;确定辅助热源的最佳控制温度,在不改变热泵供热能力的前提下提高了太阳能利用率;采用PID调节旁通流量的方法控制热源供水温度,基于离散化PID调节模型提高控温精度;系统供热模式切换过程经优化后切换耗时降低,室内温度更加稳定;改善采暖循环控制,进一步降低末端设备与输配系统的耗电量,提高系统的供热稳定性。