随着全球经济的快速发展,能源消耗不断增加,热能储存在调节能源供需差距方面发挥着至关重要的作用,由于其固有的间歇性等特点,是解决太阳能的储存和利用问题的有效手段。本文从材料制备出发,设计并制备适用于太阳能供暖系统的梯级相变储热系统,进行相变热特性分析,利用TRNSYS软件将相变蓄热模块应用于太阳能供暖系统并进行能耗分析。首先用真空吸附法将分子量为2000的聚乙二醇与膨胀石墨相结合,分析不同质量配比与材料密度对复合相变材料的相变潜热、导热性及泄露性的关系。结果表明,聚乙二醇与膨胀石墨的质量比为9:1,材料密度为954.78 kg/m~3时,导热性良好且未发生泄漏。对复合相变材料进行SEM、FT-IR、TG及热循环测试,表明材料热稳定性良好且循环寿命长,适用于太阳能供暖系统中。选择分子量分别为1500、2000、4000、10000的聚乙二醇,按上述比例与密度制备四种不同相变温度的复合相变材料。将制备好的复合相变材料定模压制成为相变蓄热块,分别制成单级相变蓄热器与多级相变蓄热器,另准备同体积的蓄热水箱进行蓄放热试验对比分析,结果表明多级相变蓄热器蓄热效果最好。同时,针对多级相变蓄热器进行不同进口水温及流量的蓄放热实验,结果表明进口水温为75℃,流量为3 L/min时多级相变蓄热器的蓄放热速度更快,效率更高。基于TRNSYS软件,依据有效单元法建立相变蓄热模块,通过将实验数据与模拟数据进行误差分析和一致性分析,证明了模块的可靠性。对多级相变蓄热器的结构参数（管径、级数）进行模拟优化,得出结论,当相变蓄热器直径与换热管径比值为5以及梯级蓄热级数为5级时为最优工况。以此结构蓄热装置为基础以天津市一幢办公建筑为例,搭建三种太阳能供暖系统,并分析其日照强度、能源贡献量、能源利用率及运行能耗费用。结果表明太阳能供暖系统中加入相变模块有助于降低系统运行费用34.19%,在太阳能相变供暖系统中加入末端混水控制,有利于进一步降低能源消耗,并使运行费用减小了20.78%。