传统蒸汽压缩式热泵空调采用冷凝除湿的方式处理潜热负荷,基于这种方式的空调系统一方面造成了能量的多重浪费,限制了系统COP的提升,另一方面在夏季湿热季节无法提供稳定的干燥舒适空气。基于固体吸附/溶液吸收机理的除湿空调具有较好的潜热负荷处理能力,但其显热处理能力具有一定的局限性。基于上述两种空调系统的特点,温湿度独立控制空调系统逐步发展起来,这种系统通过显热潜热子系统对温湿度进行独立调节,能效和舒适性都得以提高,但系统结构庞大,成本较高,应用场合受限。同时,由于吸附热所导致的除湿效果不佳、再生温度过高也限制了这种系统的能效进一步提升。近年来,内冷式除湿器的提出为解决吸附热的困扰提供了新的思路。这种除湿器通过第二流体(空气、水或者制冷剂)带走除湿过程中释放的吸附热,在提升除湿效果的同时使再生温度下降。受到这种新型除湿器的启发,本文针对现有除湿系统所存在的问题,提出了“基于吸附除湿换热器的热泵系统”,该热泵系统不仅结合了吸附除湿和高效热泵的特性,同时可以通过内冷式除湿的方式有效抑制吸附热效应对除湿过程的不利影响,并将热泵冷凝废热充分回收用于除湿材料的再生,有效克服了传统蒸汽压缩式热泵系统采用冷凝除湿所造成的舒适性不佳和能量利用效率低的问题,具有广阔的应用前景。围绕这一新型热泵系统,本文具体研究内容如下:第一,从热力学角度出发,对几种传统除湿系统进行了分析,然后针对现有除湿系统热力性能不佳和能量利用效率低的问题,提出基于吸附除湿换热器的热泵系统。该系统采用了内冷式吸附除湿换热器,克服吸附热对除湿效果的不利影响,并将冷凝废热用于吸湿剂再生,可以有效提高系统COP和热舒适性,尤其在冬季可以向室内提供采暖加湿功能,使得这种热泵系统可以取代传统家用空调独立运行。此外,建立理想吸附除湿过程,并提出吸附除湿等效焓差法,分别从热力学角度和传热传质角度论证了新型热泵系统所采用的吸附除湿过程相对于传统冷凝除湿的优势。第二,针对所提出的新型热泵系统中的重要部件吸附除湿换热器,从除湿材料角度探讨了对其性能优化的可能性。分别采用传统吸湿剂和新型复合吸湿剂制作了两台吸附除湿换热器。然后搭建了采用冷热水源驱动的除湿系统测试实验台,研究包括水源温度和处理空气状态等关键系统参数对于吸附除湿换热器性能的影响。最后探讨了循环切换模式对系统性能的影响。为进一步研究基于吸附除湿换热器的热泵系统提供参考。第三,基于前文所提出的构想,设计了面向家用领域的新型热泵系统,并搭建了实验装置在焓差实验室中进行了运行测试。在典型热泵空调制冷和采暖工况下,对其系统COP以及热湿处理能力进行了实验测试。随后基于实验测试数据,探讨了提高系统性能的可能途径。实验结果表明,在夏季工况下,实验系统在满足除湿要求的情况,系统COP最高可以达到6.9。同时在冬季工况下具有显著的加湿能力,可以显著地提高室内舒适性,系统COP最高可达6.1。第四,将所提出的新型热泵系统推广到公共建筑的应用中,构建了一种新型温湿度独立控制空调系统。利用基于吸附除湿换热器的热泵系统在除湿方面的显著性能,将其作为独立新风装置(DESICA),与变频式多联机(VRF)构建新型温湿度独立控制系统(JDVS),其中DESICA主要承担潜热负荷,VRF则承担剩余显热负荷。在具有稳定室内负荷的上海交通大学某学生工作室内搭建JDVS实验测试系统,进行了为期一年的现地实验。同时,在房间内搭建了另一套由全热换热器(HRV)与VRF构建的传统回热型新风空调系统(JHVS)作为对比研究对象。对典型冬夏季工况下两套系统的室内热舒适性和能量利用效率进行对比和分析。实验结果表明JDVS在系统能效和室内热舒适性两方面均优于JHVS。最后,为了更为全面的研究新型热泵系统在公共建筑中的应用,在动态建筑能耗模拟软件EnergyPlus中植入了DESICA的能耗仿真模块。结合软件内置的VRF模块,在软件内搭建温湿度独立控制系统JDVS的模型,并结合现地实验数据对模型进行验证。最后在软件中分别搭建JDVS、JHVS和VRF强制通风系统(VRFSA)三套不同的新风空调系统,结合上海气象文件进行了全年能耗仿真计算和对比研究,结果显示JDVS相比VRFSA全年能耗增加了5%,但是全年室内热舒适性达标率高达85%,而VRFSA达标率仅为32%。此外,作为目前使用较为广泛的搭JHVS,室内热舒适达标率为35%,但是全年耗能比JDVS高出20%。