直膨式太阳能-空气复合热源热泵热水器(DX-SASHPWH)一直备受关注,本系统中采用的新型集热/蒸发器通过将太阳能吸热板与螺旋翅片管结合,使得集热/蒸发器可以同时吸收太阳辐射能和空气中的热量,弥补了太阳辐射能流密度低和不稳定的缺点。集热/蒸发器作为热泵热水器的核心部件,其性能对热泵系统的性能影响显著。本文通过数值模拟分析翅片管的结构参数对集热/蒸发器热力性能的影响规律,对集热/蒸发器的结构进行优化,并提高直膨式太阳能-空气复合热源热泵热水器的性能系数和稳定性。首先,本文根据已搭建的DX-SASHPWH系统实验台,建立了集热/蒸发器的一维稳态传热数学模型,根据其结构参数、环境参数和制冷剂状态参数,可计算集热/蒸发器的热迁移因子、翅片总效率和集热效率等特征因子;并建立了包括压缩机、冷凝水箱和电子膨胀阀在内的热泵系统耦合模型,计算热泵系统的加热时间、压缩机耗电量和平均COP。将多组实验数据和模拟数据进行对比,其最大误差为8.85%,验证了系统数学模型的准确性。其次,利用验证过的模型进一步分析翅片管结构参数对集热/蒸发器热力性能的影响规律。根据正交分析结果可知,翅片高度、翅片间距和铜管内径对翅片管的集热性能影响较大,翅片厚度和铜管间距影响相对较小。通过对比分析不同换热面积的集热性能,在空气侧换热面积为13.22 m~2时单位翅片面积集热量最大,既可以增加集热/蒸发器的集热量,又能满足一定的经济性条件。以原结构为对照组,在空气侧总换热面积相同的条件下选择9组结构进行模拟计算,以两相区单位管长集热量和全年能源消耗效率作为评价指标,确定了最佳结构为铜管内径9 mm,翅片间距1.7 mm,翅片高度10.3 mm。结合南京地区典型气象年的气象参数,对比结构优化后系统全年运行的性能参数。结果表明,相比于优化前,系统平均COP最高能提升10.17%,全年能源消耗效率提升9.36%。最后依据太阳能资源分区选择了厦门和成都对比分析系统在不同地区的最佳结构和全年运行性能。结果表明:在不同地区集热/蒸发器的最佳结构会有所差异;在厦门地区系统采用最佳结构全年运行时,平均COP最高能提升5.49%,全年能源消耗效率提升8.99%;在成都地区系统采用最佳结构全年运行时,平均COP最高能提升11.08%,全年能源消耗提升13.61%。本系统在太阳辐射强度不足且环境温度较高的地区,能发挥复合热源集热/蒸发器的优势,且对其结构进行优化有较大收益,能提升能源利用效率。