在全球技术创新和环境保护要求的影响下，利用可再生能源已成为各国实现节能、控制污染和提高能效的重要研究课题。在可再生能源中，太阳能和空气能因其方便获取且环境友好的优势在近年来得到极大的重视。太阳能具有洁净、可再生和方便利用的能力，而且它是免费的。空气源热泵被视为一种热能再生系统，近年来在“煤改电”的利好政策下被我国大力推广。但单一能源相对落后，多重能源的组合才是未来的发展之道。
　　将太阳能集热器和空气源热泵组合的方式是多重能源组合的一次突破性的尝试。提出的太阳能耦合空气源热泵系统，该系统集热蒸发器为常规多排风冷翅片管式蒸发器表面镀上太阳能膜。前期研究表明，用于制取生活热水时，系统COP较常规空气源热泵热水系统有明显提高。然而集热蒸发器的太阳能吸收面积小导致机组制热量主要来源依旧为空气能。基于此，对集热蒸发器进行结构改造，提出了新型正压双源集热蒸发器。在常规空气源热泵蒸发器数学模型中引入辐射换热修正（太阳能吸收量）。特别的，考虑风速分布不均匀性而引入流量自组织理论，建立适用于正压双源热泵热水器的新型数学模型。运用MATLAB编写仿真程序，对系统进行性能模拟。在风机风量、肋片间距和集热蒸发器管长不变的前提下，使用仿真模型对蒸发器长宽比进行优化。结果表明：计算值与实验值误差约为5%，具有较高精度；太阳辐射对提高系统制热性能以及提高机组运行稳定性有较好的作用；蒸发器的最佳长宽比为1.1，优化后机组年平均COP相比优化前提高了10.4%；优化后机组月平均COP也有显著提高，尤其是在七月份，比优化前提高了11.4%，比常规空气源热泵提高了32.8%，节能显著。
　　因为正压双源热泵热水器需要全年运行，结霜的情况不可避免。然而，关于正压双源热泵热水器在结霜条件下的研究却未有涉及。正压双源热泵热水器利用太阳能+逆循环除霜的方式。本文在建立的正压双源热泵热水器样机的基础上进行实验，引用抗结霜完善度理论，通过其与常规空气源热泵热水器运行时的特性进行比较分析，量化比较二者的延霜/除霜性能。结果表明：运行期间，常规机组共进行6次除霜，而正压双源机组仅有2次。正压双源机组除霜周期为常规机组的4.14倍。正压双源机组和常规空气源热泵机组运行期间制热性能系数分别为2.83和2.75，正压双源机组比常规机组制热性能系数提高2.9%。运行期间除霜性能系数分别为1.66和1.5。正压双源机组比常规空气源热泵机组除霜性能系数提高10.7%。运行期间的抗结霜完善度分别为0.587和0.1545，正压双源机组比常规空气源热泵机组抗结霜完善度提高7.51%。
　　单级正压双源机组在冬季存在运行过程中因为吸气量减少，压缩比过大，排气温度过高而导致机组高温保护停机且制热量无法满足要求的问题。针对这一现状，引入补气增焓的压缩循环，为研究系统运行性能，对启动补气增焓的大压缩比正压双源热泵热水器特性进行实验探究，将其与单级正压双源热泵热水器特性进行对比，并且找寻合适的启动补气增焓控制策略。结果显示：在室外干球温度0℃时，当排气温度接近于压缩机高温保护温度(110℃)时，单级正压双源热泵热水器的水箱水温约为55℃，而启动补气增焓的机组却可以将水加热到66.2℃，比单级正压双源热泵热水器高11.2℃。将水加热至55℃，相同环境温度下单级系统要比启动补气增焓系统加热时间长，0℃，7℃，14℃以及20℃时，单级系统要比启动补气增焓系统加热时间长28.6 min，21.8 min，18.7 min以及15.3 min。单级系统在-7℃时只能将水加热至45.7℃，补气增焓系统能稳定制取55℃的热水，且系统COP仍有2.42。根据COP的变化情况，提出正压双源热泵热水器的运行控制策略如下:当室外环境温度大于等于14℃时，系统仅允许运行单级模式。而当室外环境温度低于14℃时，系统由排气温度控制是否补气增焓，当排气温度低于60℃时，系统以单级模式运行，否则启动补气增焓。