现有的天然气供热方式以直接燃烧为主,为了提高天然气在建筑供热时的利用效率,并兼顾提高供冷效率,本文针对现有燃气机热泵的优势与不足,提出了燃气发动机与电动机共同作为动力源的混合动力热泵系统,并从混合动力热泵系统构建、样机开发与性能实验、仿真模型与性能模拟、设计方法、运行控制策略和系统适应性等方面开展了如下工作:（1）整合燃气机热泵供热与电热泵供冷的优势,提出了混合动力驱动的新型热泵系统,包括冬夏季分别运行燃气机热泵与电驱动热泵的模式切换型混合动力热泵和发动机与电机联合驱动的混合动力热泵。采用机械传动方式,研发了发动机与电机联合驱动的混合动力热泵系统实验样机,实现了联合驱动混合动力热泵稳定、高效运行。（2）搭建了混合动力热泵性能实验平台并进行了燃气发动机性能测试、燃气机热泵实验以及不同转速、蒸发器进水温度、电机负荷率下发动机与电动机联合驱动热泵的实验;建立了混合动力热泵稳态性能的仿真模型,并通过测试的实验数据验证了模拟结果的准确性。（3）建立了匹配建筑设计冷热负荷的混合动力热泵设计选型方法,提出混合动力热泵最小部件设计选型方案以及以此为基础的扩展选型方案;在优化控制策略的支持下通过性能模拟进一步得到北京地区的混合动力热泵的优化设计方案:热泵循环的选型按照电热泵进行设计,发动机的额定输出功率占压缩机设计工况下功率需求的60%～70%。（4）提出了混合动力热泵综合能源利用效率与临界燃气电价比指标,对确定选型的混合动力热泵系统建立了实现能耗最低与运行费用最低的控制策略;分析了混合动力热泵在不同的地区、不同建筑类型应用时的适应性,结果表明在沈阳地区混合动力热泵相比于电热泵和燃气热泵的节能率在9%左右,对于存在峰谷电价的商业建筑,混合动力热泵年运行费用相较于南京地区的燃气热泵和北方地区的电热泵可节约30%以上。本文的研究结果表明,混合动力热泵是一种控制策略灵活且节能与运行费用节省均具潜力的设备,有望在清洁供热、建筑节能等方向发挥一定的作用。