本文从热泵系统的内外传热过程两方面来提升热泵热水器的整体热力学性能和经济性能。在热泵系统的内部传热过程上，着重点是通过采用强化传热技术，提高冷凝器的传热能力，减少传热温差，降低冷凝压力，因而达到提升热泵热水器热力学性能的目的，同时，换热面积缩小，节省换热器的耗材量，节约了成本。在热泵系统的外部传热过程上，对热水箱内温度场进行了分析，通过布置合理的进回水方式，使得相同水箱平均温度情况下的回水温度最低，有效降低冷凝压力，因而提高热泵热水器系统的能效比。主要有下列几方面的内容： 1.对多种制冷剂R22、R407C、R417a、R134a及R142b进行了热泵热水器理论循环计算分析，比较了这些制冷剂在排气温度、排气压力、热容量及制热能效比方面的差异，认为R417a作为环保工质替代R22是合适的，而采用R142b与R22部分混合使用则是目前获得较高水温及降低压缩机工作压力的有效手段。 2.从两方面对热泵热水器进行了计算机模拟分析：一方面，采用稳态集中模型、动态分布模型等方法分别对热泵四大部件(压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器)予以建模，求解等，对热泵本体性能进行模拟，通过与实验测试结果的验证表明，两者误差都在20％以内，模拟值与实验值基本上是吻合的。另一方面对热泵的工作环境——水箱内的热力分层进行了模拟分析，建立了层流及湍流数学模型，并采用专业软件FLUENT进行了模拟，结果表明，采用同一侧面上进下出方式是最合理的进出水口布置方式。 3.从热力学性能设计及节能运行这两方面来提高热泵热水器的整体性能，是本文的主要目的，为此，本文首先从设备选型角度进行了优化分析，认为壳管式换热器作为热泵热水器的冷凝器在热力性能上是最合适的，而采用强化传热技术则是提高节能效率的手段。 4.对三台热泵热水器进行了传热性能实验，这三台设备采用了不同结构的冷凝器：光管式壳管冷凝器、强化管壳管冷凝器及板式冷凝器，其中强化传热管采用双面强化技术(外表面为锯齿形，内表面为缩放管结构)，一方面增强传热效果，另一方面改善水的结垢现象。实验表明，获得同样的水温，采用壳管式冷凝器时，排气压力比板式冷凝器约低2bar左右，采用强化管后，换热效果比光管式高5倍左右，约为2700w/m2·k。三台热泵热水器的制热能效比都在2.2以上，节能效果是明显的。 5.热泵热水器在夏季和冬季工作时，在相同热水温度条件下的传热量相差很远，采用冬季工况进行设计制造的产品，在夏季且水温快接近设定温度时，出现压缩机反复启停现象，在本文中提出了三种通过改变蒸发器的通风量来进行热泵热水器运行调节方案，实验证明在夏季减小风量后，能效比不变，运行电流明显下降，冷凝压力下降，压缩机反复启停现象消除，保证了热泵正常运行。 通过计算机模拟和实验证明，通过选择合适的制冷剂，采用具有强化传热技术的壳管式冷凝器，提高了热泵热水器的热力学性能，降低生产成本，有效地降低热泵热水器系统的工作压力，延长了压缩机的使用寿命；通过合理布置热水箱的进回水口位置，提高了热泵系统的工作效率；通过调节蒸发器的通风量，解决了夏季高温、高湿工况下压缩机反复启停的现象，提高了热泵热水器系统的运行可靠性。为热泵热水器的大规模产业化生产提供了理论基础和技术手段。