我国是世界最大的热泵空调生产和应用大国,大规模使用热泵消耗着可观的能源,改进热泵技术,提高系统能效,对于资源短缺的我国意义重大。当前热泵技术,采用单一温度的冷、热源处理空气,空气先冷却到露点温度进行除湿,再加热到送风温度送入室内,过程中热湿负荷耦合处理。由于空气的过度冷却和再热,不仅系统能效较低,室内舒适性也不高。本文针对上述传统空调方式存在的问题展开了理论和模拟研究。第一部分本文针对目前空调系统热湿耦合处理、冷热抵消等问题,根据室内环境的控制策略,总结适应新式空调系统的湿度控制、温度控制方法。对湿度控制系统,设计一种全热回收新风机组,利用全热交换器、高低温冷源和冷凝热再热等节能措施,实现新风的梯级冷却除湿和再热;对于温度控制系统,针对一种线型干式风机盘管,其相比于常规风盘拥有长管长、大流量、小温差等特点,计算得出该新型干式风盘拥有小压差、低噪音、低能耗等优势。第二部分本文对一种基于压缩机中间吸排气循环的双温热源热泵系统进行分析。其中,双温热源包括在制冷工况下实现的低温冷源、高温冷源;制热工况下实现的低温热源、高温热源。通过建立热泵循环的热力学模型对系统进行了不同工况下的模拟计算,确定了双温热源的温度、压力等循环参数,分配系统负荷,并优化了热力学模型。第三部分本文对提出的温湿度控制设备进行了不同工况下的数值和模拟计算。首先,针对线型干式风机盘管,本文基于CFD仿真软件和室内显热负荷分级处理理论对线型风盘进行了仿真建模,模拟计算对室内气流组织包括温度场和速度场的影响,并实现室内末端布置和送风参数的优化设计。其次,针对提出的一种新型梯级除湿全热回收新风机组,对机组拟采用的节能措施进行了热力学建模和不同工况下的模拟计算,内容包括:1、采用不同冷凝热再热方式下,再热器的换热效率和机组能效,并进行优化和选择;2、计算了额定工况和全年工况下冷凝水量的变化和节能效果,并对冷凝水的高效蒸发提供建议;3、新风采用双温梯级除湿对系统能效的影响;4、计算了额定工况和变工况下排风全热回收的节能效果。第四部分基于前文双温热源热泵空调的冷热源和温湿度控制设备运行原理和特性,通过建立室内温湿度控制模型,本文给出了双温热源热泵空调系统新风送风控制策略,和显热末端表面防结露控制策略。同时,基于杭州市的全年逐时气象参数和某典型办公建筑,对室内显热末端结合梯级除湿全热回收新风机组独立送风空调方式,进行全年逐时能耗模拟和节能性分析。本文的研究为双温热源热泵空调在结构优化、性能评价以及优化改造方面提出了新的思路和方法,也为除湿全热回收新风机组优化设计、系统改造以及发展与完善提供理论指导。