热源塔热泵系统由于其兼顾制冷制热,无结霜问题,且不受地理地质条件限制,正受到越来越多的关注。但由于其仍缺乏热源塔热质传递系数及设计方法,系统运行特性研究不够深入且尚无系统运行优化及性能评估的研究,制约了热源塔热泵系统的发展与推广。针对上述问题,本文通过理论、模拟与实验相结合的方法,对热源塔热质传递规律及设计方法、系统运行特性、系统运行优化以及性能评估进行了研究,为热源塔热泵系统的设计、运行、及评估提供了研究基础。首先,本文实验研究了热源塔在吸热、散热以及再生工况下的热质传递特性,揭示了各运行参数对热质传递性能的影响规律,并给出了热质传递系数关联式。在此基础上,构建了焓差驱动的总换热量模型,提出了基于需求曲线及特性曲线的热源塔设计方法。对比分析了热源塔冬夏季工况的差异,指出驱动势差之间的差异是导致热源塔夏季散热能力为冬季吸热能力2.7倍的根本原因,并分析了由此导致的热源塔冬夏季工况匹配问题。此外,揭示了热源塔运行过程中的溶液自主再生现象,并提出了利用该现象以降低溶液再生负荷的策略。其次,本文构建了新型热源塔热泵系统并进行了相关的实验研究,获得了冬夏季工况下的系统性能参数变化规律,揭示了溶液的储能特性(低温工况下增加潜热换热,高温工况下溶液自主蒸发再生)是其保证其冬季制热性能的根本原因。而夏季工况下,由于热源塔的散热能力有富余,使得其平均逼近度仅为1.3°C,平均冷幅仅为3.7°C,说明仍具有较大的节能潜力。在此基础上,建立并验证了热源塔热泵系统的物理模型,为系统运行优化与性能评估提供研究基础。再次,本文提出了基于模型的热源塔热泵系统运行优化方法,并结合罚函数及遗传算法实现了系统的全局优化。利用热源塔热泵系统物理模型产生运行大数据,并以此训练系统的神经网络模型,在保证模型计算精度在1%以内的前提下,使得其计算速度较物理模型提高了300倍,使基于模型的系统全局优化成为可能。在此基础上,以全系统能耗为目标函数,以主机负荷分布、塔侧空气及溶液/水流量作为控制变量,结合罚函数以及遗传算法,实现了系统全年运行的全局优化。相比于实际工程中的运行策略,本文的优化方法在制冷季可节能14.8%,在制热季可节能4.7%。在此基础上,通过对典型天的详细运行参数的分析,阐述了该优化方法的节能机理。最后,本文通过潜在地区选择、建筑负荷计算、系统选型、系统模拟、以及系统评估的方法实现了热源塔热泵系统在全球范围内潜在应用地区的性能评估。根据ASHRAE的全球气候分区,选取了全球范围内有制冷/制热需求的869个典型城市作为热源塔热泵的潜在应用地区。提出了统一的系统设计及选型标准,并结合上述城市的气象参数及标准建筑模型完成了系统设计与选型。在此基础上,对热源塔热泵系统在上述869个典型城市中的性能进行了逐时模拟,并获得了包括全年综合、再生百分比、冬夏季匹配度等七个评价指标,对系统性能进行了全面综合的评估。其中,系统在气候分区3(温和)、区域4(混合)、区域5(凉爽)的全年综合分别为4.67,3.68,3.11,表明系统在上述地区均有较好的应用前景。以上评估方法与结果为热源塔热泵系统在上述地区的应用提供了依据。