为满足建筑制冷、供暖的需求,锅炉、电热水器和蒸汽压缩系统在中国的住宅和商业建筑中被广泛应用。而目前该类暖通空调系统是造成环境污染和高能耗的重要原因之一。环境保护、机组性能和系统运行三大问题,使发展环保、经济的替代性技术的需求日益增长。为了克服这些问题,采用空气源热泵供暖,将干燥除湿系统用于制冷当中,是实现建筑节能的合适解决方案。然而,空气源热泵在冬季制热工况下运行时,由于环境空气温度低、需间歇性除霜,机组制热性能不佳,制热量不足。另一方面,对于干燥除湿制冷系统而言,其主要问题在于,机组未达到最优运行工况时,系统性能下降。结合合理的控制策略,将空气源热泵和干燥除湿系统应用于建筑暖通空调系统中可以显著降低能耗。本文借助数据驱动模型非线性系统建模的显著优势,将模型用于测试和验证不同的控制策略,为供暖和空调系统的节能和优化运行提供依据。本文采用构建数据驱动模型和实验测试的方法,实现以下四个研究目标。第一,以提高热泵低温工况下的制热性能为目标,开发高通用性、高精度的模型,预测不同工况、不同板片结构更大温度范围的结霜特性,并采用验证模型进行更深入的参数分析。结果表明,在采用相同数据集的情况下,本文构建的预测模型误差在合理范围内,而当前已发表的相关研究则表现出较大的偏差。第二,为使热泵在冬季工况下从空气中有效提取低品位热能并防止结霜,本文对横流闭式热源塔的性能进行了评价分析。为达成这一目标,本文设计了一个在低环境温度工况下测试热源塔的设备,并开发了一个鲁棒性强的模型。在验证模型的基础上,阐述了各关键参数对机组性能的影响。结果表明:随着进风温度、进风相对湿度和进水温度的增加,出风相对湿度逐渐增大;而水量的增加导致空气出风相对湿度减小。第三个目标是通过实验评估不同干燥转轮的性能,从而对其进行优化,以帮助设计人员提高干燥转轮除湿机组的性能。通过实验验证了所提方法的适用性,并验证了所获得的结果。结果表明,采用不同干燥剂材料的转轮,都有着不同的最佳运行工况,使转轮在干燥冷却系统中高效运行。第四,本文对空气源热泵系统的性能进行了全面的研究,从而优化其性能,达到冬季在最大制热能力下运行的目的。为此,本文利用四个北京的实际项目的实验数据,建立了耦合不同智能模型的复合通用模型,并进一步提出和评价了两种不同的控制策略。结果表明,相比于实际运行工况,当室内温度设定在18℃-20℃之间时,COP的增长8.18%。