随着能源紧缺和生态环境问题的日益突出,人们逐渐把能源利用的重点转移到可再生能源的利用和开发上。太阳能以其清洁无污染、无需运输、安全廉价等特点受到人们的重视。本文研究了一种基于太阳能与空气源的复合热泵系统。将直膨式太阳能热泵和空气源热泵结合,在保证高能效比的同时,解决了太阳能热泵在阴雨天和夜间无法正常工作的缺陷,并实现制冷、制热和供给生活热水三大功能。本文围绕该系统的供暖、制热水、冷热联供等运行模式中的关键问题开展理论和实验研究。首先,结合目前的加工工艺,研发了一种高性能平板型太阳能集热/蒸发器,集热器内采用高吸收涂层铝平板为吸热板,背面滚压成型半圆形凹槽,并以铝制桥型件焊接固定集热铜管,使集热管圆周各方向均与吸热板紧密接触,减小了接触热阻,提高了集热板与管内制冷剂的传热性能。以环保制冷剂R417A为制冷工质,搭建了太阳能与空气源复合热泵系统实验台。其次,为了探究复合热泵系统的主要影响因素和总体性能,对该复合系统的太阳能集热/蒸发器、冷凝器、电子膨胀阀、压缩机四个主要部件建立了数学模型,采用Matlab编写了太阳能与空气源复合热泵系统的模拟程序。再次,通过模拟与实验,深入地分析了太阳辐射强度、环境温度、冷凝器入口水温这三个主要影响因素对系统性能的影响规律。在环境温度为10℃时,吸热板与玻璃盖板存在一定温差,且随着太阳辐射强度的增强而变大,说明在冬季太阳辐射强度高时玻璃盖板能够有效减小集热板的热损失;当太阳辐射强度增加而其他因素不变时,系统的制热量随之增加,但集热效率随之下降,从模拟结果看出,当太阳辐射强度从300 W/m2升高到500 W/m2时集热效率的降幅最大。压缩机耗功受循环水温度的影响最大,压缩机吸排气压比随着循环水温的增加而增大,导致压缩机耗功快速增加,使得系统COP随之减小,其余性能也将随着循环水温而有所变化,但相对较小。最后,为了对多模式的系统性能做出全面评价,根据相应国标制定了实验测试标准,并对复合热泵的多模式运行性能进行了一系列的实验测试。在夏季冷热水联供工况下,保持空调水侧入口水温12℃,出口水温7℃,将储水箱中的生活热水从15℃加热至55℃时,系统EER逐渐从9.4下降到4.0,平均EER为6.2。此外,还分析了将两个板式换热器同时作为冷凝器的实验情况,结果表明,在空调水温为20℃的情况下,生活热水的得热量在水温超过20℃后逐渐降低,在43℃时趋近于0,说明在供暖的同时生产生活热水的效果不佳,需要为此作出改进。本文的实验工况丰富,模拟与实验数据详实,为系统的研究和推广提供了一定支持。