能源短缺和环境污染是我国实施可持续发展战略所要面对的主要难题。我国供暖能耗占建筑总能耗的比例不断增加,实现清洁供暖能够缓解能源与环境问题。将太阳能集热系统与空气源热泵系统集成为一体是一种清洁供暖方式,能利用太阳能辅助空气能,解决空气源热泵低温性能差的问题。同时兼具实用性、环保性和经济性。本文在对比现有的太阳能辅助空气源热泵系统的基础上,提出一种新型的太阳能与空气分级耦合热泵系统。该系统中的太阳能集热器布置在两级压缩中间支路上,集热温度和压力介于冷凝器和蒸发器之间。通过模拟和实验两种方法对新型系统进行了研究。根据太阳能的利用温度将现有的太阳能辅助空气源热泵系统分为两类,通过MATLAB软件对两种现有的典型系统和新提出的太阳能与空气分级耦合热泵系统进行数学模型求解。采用稳态建模方法,三种系统各部件模型保持一致。在相同的室外温度、太阳辐射强度、过冷度和过热度等条件下,对三种系统的制热性能进行对比研究。结果表明,当室外温度为-25?C时,新型系统的COP比现有的典型太阳能辅助空气源热泵系统高出55%。通过改变运行模式,新系统能够保持较高的COP。而且在新系统中,太阳能与空气能两种热源之间的相互影响很小。通过模拟的方法得出每种系统适用的工况范围,着重分析了不同冷凝温度、集热面积对各个系统最优运行工况范围的影响。随着集热面积的增加和冷凝温度的升高,新提出的系统的最优运行工况范围会进一步增加。设计并搭建一套太阳能与空气分级耦合热泵系统实验台,用于研究模拟部分的中温集热系统的运行特性。主要包括空气源热泵系统、太阳能集热系统、冷却水循环系统、数据采集系统。根据不同的室外气象参数,通过调节阀门可以实现不同运行模式。在吉林市对实验台进行测试,得出结论如下:(1)过渡季时,纯空气源热泵系统和太阳能直供系统制热量都能满足热负荷。但是空气源热泵机组需要频繁的启停,否则出现制热量超出热负荷,这会影响机组寿命,而且增加能耗。比较COP可知,太阳能直供系统的COP平均值比空气源热泵系统高出9倍。(2)在冬季运行时,分级耦合热泵系统的制热量均值为26.02kW,比传统系统制热量提升35.73%。分级耦合热泵系统的COP均值为3.39,比传统系统的COP高出21.51%。随着气温的下降,新型系统的制热性能优势会更加明显。新型太阳能与空气分级耦合热泵系统作为一种清洁供暖方式,对我国的节能减排及环境保护具有重要意义。