当前我国建筑供热依旧是以燃煤为主,开发利用低品位可再生清洁能源前景广阔,是当今能源、建筑和环境可持续发展的必然要求。热泵系统具有高效节能和环保效益显著的特点,但是各种热源的问题一直限制了热泵系统的应用。当前水源热泵系统主要是提取环境水源中的显热,但是一直忽略了水凝固所释放出的巨大热量。本文提出一种基于人工热源的提取冷水凝固热热泵系统,并对系统形式、凝固换热特性、系统运行效率、运行能耗与经济性进行了深入研究。首先,提出了提取冷水凝固热热泵系统的系统形式,详细阐述系统结构、运行原理及系统特点,并对系统中的关键问题进行分析。系统的关键性问题主要集中在凝固换热与除冰方面。系统采用液固流化床除冰设备,通过固体颗粒频繁碰撞去除换热器壁面冰层;采用大口径的换热管束,使得固体颗粒对换热器壁面有足够的正向冲击力。此外对于系统的融冰方法,对比分析了开式冷却塔与闭式冷却塔的优缺点,分析结果表明,采用开式冷却塔更能有效融解人工热源中所储存的的冰。其次,在理论分析方面,研究了管内凝固换热特性,并在做出适当的简化及假设后,建立了管内凝固特性与换热特性的物理模型,推导出其数学表达。定义了凝固当量换热系数比Kh来表征凝固换热比对流换热的强化程度。通过数学分析软件,得到管内凝固换热的规律,并对之后的实验研究提供了理论依据。然后,为了研究系统的实际运行效果,搭建提取冷水凝固热泵系统的实验台。实验研究表明,液固流化床除冰系统能够有效去除凝固换热器管壁上的冰层,但是其运行不稳定;凝固换热条件发生的最佳工况为防冻液出口温度在-3~-5℃之间,也就是-4℃左右,此时系统凝固换热量最大,系统能够长时间稳定运行,此时系统最佳工况下的COP为2.9,热泵系统仍然具有一定的节能效果。最后,对提取冷水凝固热热泵系统的机组及系统的能耗进行评价分析,分析结果表明,与燃煤锅炉相比,系统运行能耗降低52.1%。然后通过将系统经济性评价划分为前期初投资与后期系统运行费用两部分,以费用年值为依据进行分析,与其他供热方式进行对比,分析结果表明,系统具有很好的经济性。