如今随着社会的快速发展,能源消耗日益增长,环境污染问题越来越受到社会的广泛关注。利用清洁、可再生能源作为热源的热泵技术在节能减排、环境保护等方面做出了重大贡献,已成为人们研究的热点。太阳能和空气作为可再生能源成为热泵热源利用的重要对象,但空气源热泵在低温环境下性能下降以及太阳能资源受地区、气候等因素影响限制了空气源和太阳能热泵的使用。本文在复合热源换热器的基础上提出了一种太阳能-空气复合热源热泵,减少室外环境温度和太阳能资源对系统性能的影响,将二者优势互补,充分发挥系统的性能,具有较高的社会效益和使用价值。本文通过仿真手段建立了太阳能-空气复合热源双级压缩CO₂热泵热水器系统的部件模型和系统模型。通过数值模拟的方法对该系统在不同环境温度、太阳能热水流量以及太阳能热水温度下的特性进行分析。利用实验台对热泵系统在几种环境温度工况下（-12、-9、-6、-3、0、3、6、9、12℃）进行单一空气源模式性能测试,将实验结果与仿真数据作对比分析,结果表明二者的供热性能误差在15%以内,模型具有较高的可靠性。通过对系统在不同室外环境温度工况下进行仿真模拟,结果显示,热泵系统在复合热源模式下的性能明显优于单一空气源模式,随着环境温度的降低优势更加明显。当环境温度降到了-15℃,太阳能热水流量0.6m³/h时,在复合换热温差范围内,系统的制热量提高了22.6%,COP提高了25.9%,气冷器出水温度提高了11.54℃。通过仿真表明了太阳能热水和空气的温差对系统的性能也具有一定的影响,根据室外环境温度合理的选择太阳能热水温度是保证系统高效运行的关键。