长期以来,我国北方农村住宅冬季供暖一直是社会关注的热点问题;以燃煤和秸秆等为主要燃料的传统供暖方式,不仅燃烧效率低,而且也是冬季雾霾和环境污染的主要原因。因此,迫切需要在我国北方农村发展太阳能清洁供暖方式,发展太阳能建筑一体化技术。近几年出现的太阳能PVT热泵技术集发电、制热、制冷于一体,具有较高的太阳能综合利用效率,为我国北方农村住宅实现新型的太阳能建筑一体化提供了新的技术途径。为此,本文面向PVT热泵与我国北方农村住宅建筑一体化技术发展与应用要求,针对亟待解决的农村太阳能建筑节能与供暖系统优化设计、PVT热泵系统与建筑外围护结构一体化方式、对建筑冷热负荷影响大小及其供能特性等关键问题,在深入分析国内外研究进展的基础上,采用理论分析、试验研究、性能仿真相结合的研究方法,开展了以下研究工作。首先,本文把住宅建筑本体的节能优化设计作为PVT热泵系统应用的前提,实地调研并研究了农村住宅建筑节能优化方法;以大连农村地区为例,研究了诸因素对室内热环境的影响大小,给出了节能优化后的围护结构热工参数及住宅平面形式;在此基础上,研究了热泵型PVT通风坡屋面供能系统形式及其PVT组件与住宅建筑屋面一体化构建方式。其次,本文以大连农村地区为代表,将农村居民日常活动及行为特征引入室内供暖设计温度确定过程,同时充分考虑居民热舒适性要求,采用居民行为特征影像记录方法实地调查研究大连地区农村住宅建筑冬季室内热环境状况、居民行为模式及其热感觉特性,采用模糊综合评价的方法,建立了人体热感觉模糊评价模型,研究得到了农村住宅建筑冬季室内供暖设计温度,为农村住宅太阳能供暖设计温度的确定提供了研究方法和具体参考数据。第三,本文研究了 PVT通风坡屋面和PVT热泵供能系统的设计方法,为研究PVT通风坡屋面热工特性,建设了热泵型PVT通风坡屋面试验系统,完成了系统的调试和误差分析;结果表明,所建设的PVT通风坡屋面试验系统试验精度满足设计要求,具有较高的可靠性,适于本文的后续研究工作。第四,利用上述试验系统,试验研究了热泵型PVT通风坡屋面冬夏典型工况下的热工特性,结果表明,PVT组件阵列减小了冬夏室外气象参数对室内热环境的影响,冬季,与普通屋面相比,PVT通风坡屋面的热阻增加了 15%,日总耗热量和峰值热负荷分别降低了 5%和4%,即冬季热负荷变化不大;夏季,与普通屋面相比,PVT通风坡屋面将室内屋面表面温度受室外温度的影响在时间上延迟了约1小时,在温度波动幅度上,温度波幅衰减系数平均增加了 10%,日总得热量和峰值冷负荷分别降低了 54.4%和76.7%,PVT通风坡屋面夏季节能降耗效果显著。第五,试验得到了热泵型PVT通风坡屋面冬季和夏季发电和制热产能特性。在冬季典型工况下,该系统的发电效率、制热效率和热电综合效率分别为10.6%、58.0%和86.0%,系统的平均制热COP为3.7;在夏季典型工况下,该系统的发电效率、制热效率和热电综合效率分别为11.4%、77.9%和108.0%,系统制热COP平均值为6.7。最后,建立了基于PVT组件蒸发换热在线减法聚类模糊模型的热泵型PVT通风坡屋面产能特性动态数学模型,利用前述试验数据,验证了该模型的准确性。以大连农村住宅建筑为应用对象,对上述节能优化后的农村住宅建筑进行了热泵型PVT通风坡屋面供能（发电、供暖和生活热水供应）系统的设计,利用数学模型,完成了数值仿真,结果表明,1)在冬季,采用热泵型PVT通风坡屋面供能系统的该地区农村住宅建筑供暖保证率可达到97%,系统的发电量能满足照明和家电用电需求,但不满足热泵机组自身用电要求;2)在夏季和过渡季,该系统均能满足该住宅建筑生活热水、照明和家电用电、热泵系统自身用电需求,并有多余光伏发电;3)在夏季,与普通屋面相比,各种工况下的PVT屋面的总得热量分别降低了 42%和16%,夏季隔热降耗效果显著。