目前,在生活生产中存在大量低于65℃低品位余热,由于品位较低,回收比较困难,导致这部分低品位余热往往直接排放到环境中,造成大量能源浪费,并对环境热产生影响。本文提出了一种以水为工质的热泵系统,利用水的良好热力性能及环保特性,提升低品位余热的品质回收利用。通过对系统建立热力学模型,利用MATLAB软件,分析了喷水温度、蒸发温度、冷凝温度对系统性能的影响;为了扩大水蒸气热泵应用范围,提出一种水蒸气热泵结合其他工质的水蒸气热泵复叠系统,并建立复叠系统热力学模型及仿真流程,分析了不同工质与水蒸气热泵搭配时复叠系统性能变化;最后,通过实验验证了水蒸气热泵系统在实际运行中的性能。本文通过理论计算和实验对水蒸气热泵系统进行了研究,主要研究内容和结论如下:（1）水蒸气热泵系统核心部件为压缩机,针对水蒸气在温度较低蒸发时比体积较大、压缩机排气温度高的问题,本文选取对湿压缩不敏感的螺杆压缩机作为系统压缩机,选取不同喷水温度（喷水位置饱和蒸气温度）对螺杆压缩机排气温度、喷水质量流量、喷水比例、冷凝器放热量、压缩机耗功及系统EER的影响进行分析。结果显示存在最佳喷水温度,使系统综合性能最佳。（2）在最佳喷水温度下,分析了蒸发温度30℃～60℃时水蒸气比体积、蒸发器吸热量、蒸发器进口质量流量、压缩机吸气质量流量、压缩机耗功、冷凝器放热量及系统EER的变化。结果显示蒸发温度为60℃时,系统EER最大为3.1;由于压缩机排气温度的原因,建议蒸发温度小于50℃时采用多级喷水,确保压缩机安全运行。（3）当蒸发温度为60℃时,分析了冷凝温度80℃～110℃时蒸发器进口质量流量、蒸发器吸热量、压缩机耗功、压比、冷凝器放热量及系统EER的变化。结果表明随着冷凝温度上升,系统EER从5.86下降至2.15,在升温50℃时系统性能依然可观。（4）为了扩大余热回收范围及提升温度区间,本文选择了7种常见热泵工质作为低温级工质,与水蒸气热泵组成复叠系统,并分析了低温级蒸发温度对低温级压比、低温级压缩机耗功低温级性能系数EERd、水蒸气热泵复叠系统性能系数EERf、不同低温级冷凝温度等复叠系统性能的影响。分析结果表明,在考虑工质的环保性、系统节能性前提下,选择R717为低温级工质效果较佳;同时考虑到压比、压缩机排气温度、压缩机润滑油等问题,建议低温级冷凝温度不宜超过65℃。（5）为验证水蒸气热泵系统的分析结果,进行了单独研究。水蒸气热泵实验系统采用带喷水的双螺杆压缩机,当冷凝温度为102℃时,研究了蒸发温度在50℃～60℃间水蒸气热泵系统实际性能,实验结果表明:喷水有效地将双螺杆压缩机排气温度控制在压缩机报警温度以下;容积效率、绝热内效率最高分别为:0.514、0.435,EER从1.74增长至2.46,展现出良好的系统性能。实验结果与理论计算结果对比表明水蒸气热泵系统热力学模型与实验结果相符性较好。水蒸气热泵作为一种绿色环保型系统,可以有效回收低品位余热,对节能减排具有重要意义。