目前,我国东北地区冬季取暖仍以燃煤为主,清洁采暖方式普及率不高。而煤炭燃烧是造成多省PM2.5爆表的主要原因。为打破“一煤独大”的能源格局,提高冬季清洁取暖的比重,我国颁布了《北方地区清洁采暖规划》。东北地区作为我国北方采暖地区的代表区域,对清洁供暖有着更迫切的需求,开展清洁取暖方式的研究尤为重要。与其他清洁采暖系统相比,空气源热泵因高效、清洁、安装便捷等优势备受关注。但是在东北极端气候条件下,系统在最不利工况运行会存在性能衰减严重,高能耗等问题,因此提高系统低温适用性、优化系统运行及辅助能源补给是解决空气源热泵系统在该类地区推广应用的关键所在。本文旨在通过搭建实际空气源热泵清洁供暖系统,测试、分析空气源热泵系统在东北地区的运行特点,发现运行中存在实际问题,并结合监测数据开展相关优化方案研究,使其在本地区的应用更具适宜性与可靠性。本文的主要研究内容和结论如下:本文在沈阳地区搭建了空气源热泵系统测试平台,对其进行为期3个月的现场监测。监测结果显示:整个测试期间室外平均温度-6.4℃,室内平均温度高于18℃,平均COP为1.77,日均耗电量为36.4k W.h。选取较暖日、一般日、较冷日三个典型日,三个典型日COP分别为1.84、1.80、1.56,日均耗电量分别为32.8k W.h、42.4k W.h、55.3k W.h。整理、分析监测数据发现空气源热泵系统在该类地区运行主要存在以下问题:缺少辅助热源补给,在较冷工况下系统能耗大;常规水箱容积偏小,不能很好发挥蓄热的作用;用户无法根据天气情况调整水温等问题。其次,为解决监测系统发现的问题,本文设计了一套空气源热泵耦合太阳能联合供暖系统,并借用TRNSYS构建其仿真模型,以模拟的形式开展优化研究。对比分析空气源热泵和空气源热泵耦合太阳能联合供暖系统的耗电量、COP、制热量及所营造的室内热环境等参数。最后,基于以上分析,本文还建立空气源热泵系统、空气源热泵耦合太阳能联合供暖系统、蓄热式电锅炉系统、燃气壁挂炉系统、小型燃煤锅炉系统等系统的能耗数学模型,比较不同采暖系统整个采暖季的能耗以及减少排放污染物的程度。同时根据各系统投资金额、使用寿命、能源消耗计算了各自的费用年值,并根据费用年值对各个系统进行经济性评价。研究结果显示空气源热泵耦合太阳能联合系统能耗为小型燃煤锅炉能耗的23.8%,空气源热泵系统能耗为小型燃煤锅炉能耗32.3%。与单独空气源热泵供暖系统变比,空气源热泵耦合太阳能联合供暖系统初期花费增加了5300元,投资回收年限为6.4年。本文对空气源热泵清洁供暖系统在东北地区推广应用以及改善空气源热泵低温适应性提供了理论依据和工程借鉴。助力我国实现“双碳目标”、东北地区实施清洁取暖做出积极贡献。