我国寒冷地区冬季供暖存在能源消耗量大和碳排放量大的问题,为缓解化石能源日渐匮乏和生态环境不断恶化的现状,我国提出了北方地区清洁采暖和“双碳”目标。近年来,可再生能源在清洁采暖中的应用比例不断增加,太阳能资源丰富但难以单独稳定供暖,空气源热泵虽运行稳定、节能环保但在寒冷地区供暖时成本高且性能差。本文针对太阳能难以单独稳定供暖和空气源热泵供暖成本高的问题,明确提出了空气源热泵辅助太阳能稳定供暖的构想,旨在实现最大程度利用太阳能进行清洁供暖的目标。以甘肃省兰州市绿化村一座采暖面积为120 m~2的单体建筑为供暖对象,搭建并研究了大平板太阳能集热器-空气源热泵系统。首先,计算了单体建筑的采暖负荷,完成了主要设备的选型和系统构建;其次,试验研究了晴天、多云、阴天和雪天四种典型工况下系统的供暖性能和不同运行策略对系统供暖性能的影响;然后,建立了系统的计算模型,并借助试验数据对其进行了验证,模拟研究了系统在整个采暖季的运行情况;最后,评价了系统的能源效益、经济效益和环境效益。通过以上研究得到的主要结论如下:（1）试验研究了不同典型工况下系统的供暖性能。试验结果表明:（1）晴天工况下系统集热效率为46.2%,多云和阴天两种工况下的集热效率分别为41.1%和28.1%,雪天工况下太阳辐射不足,集热泵未开启,四种工况下的太阳能保证率分别为38.4%、29.3%、13.4%和0,大平板太阳能集热器在不同工况下运行时具有较高的太阳能保证率,能够适用于寒冷地区;（2）系统在晴天、多云、阴天和雪天四种工况下运行时,空气源热泵平均制热性能系数（COP）分别为3.5、3.3、3.1和3.5,太阳能热泵的平均COP除雪天为0外其他三种典型工况下均为4.0,系统能效比分别为3.45、3.16、2.63和3.10;（3）晴天、多云和阴天三种工况下热泵耗电量与雪天工况相比分别节省了11.14 k W·h、9.35 k W·h和3.65 k W·h,热泵运行时长也分别缩短了6.54 h、4.93 h和0.81 h,充分利用太阳能的同时,减小了热泵机组的耗电量和运行时长;（4）该试验中单体建筑的室内温度维持在24℃以上,验证了此系统应用于寒冷地区单体建筑供暖的可行性。（2）试验研究了不同运行策略对系统供暖性能的影响,太阳能热泵供暖模式和空气源热泵供暖模式之间的切换温度设置为12℃、13℃、14℃、15℃和16℃。试验结果发现:空气源热泵平均COP分别为3.4、3.4、3.3、3.3和3.2,表明空气源热泵的运行基本稳定。五种运行策略下的太阳能热泵平均COP分别为4.0、4.1、4.2、4.1和4.1,当切换温度为14℃时太阳能热泵平均COP最大,小于或大于14℃都使太阳能热泵的平均COP有所下降。因此,切换温度为14℃的运行策略最佳,能够最大限度地利用太阳能。（3）模拟研究了整个采暖季内大平板太阳能集热器-空气源热泵系统的供暖性能。模拟结果表明:整个采暖季中系统平均太阳能保证率为38.66%,太阳能热泵和空气源热泵的平均COP分别为3.45和2.60,系统的平均能效比为3.22。该系统在整个采暖季内具有较高的太阳能利用率。（4）对系统的经济效益、能源效益和环境效益分析发现,该系统在整个采暖季可节省标煤5144.51 kg,系统的一次能源节约率为69.0%,系统的投资回收期为6.4年。系统在采暖期内可减排二氧化碳13488.90 kg、烟尘51.45 kg、二氧化硫102.89 kg,氮氧化物7459.54 kg。本文构建了寒冷地区户用大平板太阳能集热器-空气源热泵系统,研究了该系统用于寒冷地区农村单体建筑的供暖性能。有效解决了太阳能难以单独稳定供暖和空气源热泵在寒冷地区单独供暖耗电量大且性能差的问题,验证了该系统用于寒冷地区单体建筑供暖的可行性,有助于促进我国北方清洁供暖和实现国家“双碳”目标。