空气源热泵以其使用方便、能源利用率高、不产生环境污染等特点在我国广大地区得到了广泛的应用。而由于我国地域辽阔,东西和南北跨度较大,又受到海洋气流和西伯利亚寒流的交替影响,气候复杂多样。面对复杂多样的气候,空气源热泵在冬季应用的过程中出现了一些问题。首先,在长江中下游等夏热冬冷地区,由于冬季环境湿度较高,室外蒸发器结霜较为严重,导致蒸发器的换热效果严重降低,进而导致空气源热泵的整体的热效率下降和供热能力衰减;其次,在我国北方寒冷地区,冬季室外环境温度很低,室外蒸发器的蒸发温度和蒸发压力也会变得很低,导致空气源热泵的压缩机的排气温度上升,使系统热效率下降和系统运行的不稳定性增加。本文针对现在最为常用的单级压缩空气源热泵系统在寒冷地区供暖的应用中所出现的问题,研究了一种带有中间冷却器的双级压缩空气源热泵系统。基于传热学和热力学第二定律,建立单、双级压缩空气源热泵系统的热力学仿真模型,对比了双级压缩空气源热泵优于单级压缩空气源热泵的特点。本次研究对于空气源热泵的更新换代和在寒冷地区的推广应用具有重要的意义。本此研究主要集中在以下几个方面:选取一种带有中间冷却器的双级压缩空气源热泵系统和普通的单级压缩空气源热泵为研究对象,分别建立他们的热力学仿真模型。该仿真模型综合了空气的性能参数、制冷剂工质的热力学参数、部件的型号类别等方面,能够较为真实地反映出空气源热泵的工作原理和实际运行状况。在模型建立的方法上,采用动态分布参数法,使模型的计算精度更高。同时引入PID控制算法,建立一种基于PID控制算法的全过程循环分布参数模型,使模型的计算速度和精度大幅度提高。在制冷剂工质的状态参数和空气的状态参数的选取上,一方面在前人研究的基础上,采用经验公式,并对比已有的实验数据进行验证;另一方面利用已有的实验数据,通过matlab工具进行拟合出较为准确的计算模型。以建立的单、双级压缩空气源热泵的热力学仿真模型为研究基础,分别改变模型运行的环境温度和蒸发温度等参数,使模型运行出计算的结果。通过对比单、双级压缩空气源热泵的COP、压缩机的排气温度、冷凝器的换热量、空气的出风温度等性能参数,进而对比得出单、双级压缩空气源热泵的性能。通过调节双级压缩空气源热泵的中间压力、蒸发器的换热管的长度、中间换热器换热管的长度等参数,再次运行双级压缩空气源热泵的模型,分别得出双级压缩空气源热泵的运行结果参数,得出使双级压缩空气源热泵的运行在最佳状态的中间压力、蒸发器换热管的长度、中间换热器换热管的长度等参数。提出一种新型的空气源热泵系统,该系统能够根据不同的环境温度,调节空气源热泵的运行方式。当夏季、过渡季运行和冬季室外环境温度较高的情况运行时,系统调整为单级压缩模式运行;当冬季室外环境温度变得很低时,系统调整为双级压缩模式运行。此运行模式能够很好地解决空气源热泵对环境的适应性较低的问题。本次研究针对空气源热泵在冬季低温环境运行时出现的问题,建立了一种较为可靠的热力学仿真模型,提出了一种方便可靠的运行方法,对于解决空气源热泵的适应性差的问题会有很大的帮助。本次研究对空气源热泵的更新换代具有重要的指导意义,对空气源热的继续推广应用也会产生积极的影响。