我国84%的寒区隧道存在冻害问题,而国内大多防冻害措施都是被动措施,且存在运行效果差、能耗高等问题。现在正在试验阶段的林场隧道采用了新的地源热泵系统,相对于其他供热防冻方式更加节能,但是仍然存在的运行、节能效果不稳定,传统能耗占比较高,对地下地质结构造成破坏等一系列不良后果。高原寒冷地区夏季平均温度均在冰点以上,太阳辐射量大、可再生且利用效率高,故可考虑对夏季的太阳能加以利用,降低传统电能在系统能耗中的占比。本课题以位于青海境内的大阪山隧道为依托,计算得到隧道全年供暖热负荷为21.5kw。以大阪山隧道供暖总负荷为基准设计大阪山隧道防冻供暖系统,利用土壤的蓄热功能将夏季的热量存储到土壤中,提高土壤平均温度,冬季隧道供暖季再将土壤中的热量取出对隧道进行供暖。本文设计了两个与寒区类型相适应的隧道防冻系统：取热段埋管于隧道中部围岩初砌与复合式防水板之间的太阳能蓄热与地源热泵复合供暖系统和取热段埋管于隧道洞口外地表下土壤中的太阳能蓄热与地源热泵复合供暖系统。为了对太阳能和地源热泵复合系统开展研究,本课题先在理论计算的基础之上建立系统中各部件的数学模型,然后以各个系统标准部件的数学模型为基础,以TRNSYS软件为平台,搭建用于太阳能-土壤源热泵系统各方案运行模式的仿真模型,并与传统地源热泵系统进行模拟对比分析。从仿真结果来看,传统地源热泵系统方案取热段围岩模拟开始时的温度为5.7℃,系统持续不间断运行20年后,围岩最低温度降为5.1℃,减少了0.6℃,衰减幅度为10.5%。与传统地源热泵系统方案相比,四种新的方案运行模式供暖季热泵地源侧入口温度分别提升了0.6℃、0.6℃、2.9℃和3.0℃,有了显著提升；供暖季热泵机组平均COP分别提升了0.6、0.6、0.61和0.63,有了较为显著的提高,其中方案二效果最为明显；经过蓄热地温均值有显著上升,方案二模式一和模式二运行20年后地温均值分别上升2.2和2.3,涨幅分别27%和28%,蓄热效果明显；四种新方案运行模式均减少了电能的年能耗,从传统方案的147.3GJ分别降低为97.87GJ、101.27GJ、88.02GJ和87.91GJ,减少了传统电能在能耗中的比例,从传统方案的65%分别降低到53%、57%、60%和51%,增加了地热能和太阳能可再生能源在总能耗中的占比,节能效果明显。其中方案二运行模式二节能效果最为显著。综上所述,在系统热泵地源侧供回水的温度变化趋势方面,方案二运行模式一更有利一些。而在提升机组COP值、地温热平衡和节能方面,方案二运行模式二最优。