在我国能源紧缺和环境问题日益影响人们生活的背景下,使用清洁能源和提高能源的利用效率是节能减排的重要措施之一。目前,生活热水能耗已成为我国建筑能耗的主要贡献者,且随着我国经济社会发展和城镇化进程的推进其还在快速增长。采用高效节能的热泵热水器来制取生活热水是降低生建筑能耗的重要手段。热泵系统能效提升和工质替代是热泵领域的研究热点,是实现碳达峰,碳中和的重要手段。因此,本文理论与实验研究了使用组合式冷凝器的热泵热水器（CCHP）和使用一体式冷凝器的热泵热水器（ICHP）的变工况系统性能,旨在验证组合式冷凝器在直热式热泵热水器中使用的可行性。本文的主要工作和结论如下:（1）为解决一体式冷凝器存在的过冷段换热系数较低问题,基于构建的冷凝器设计模型对直热式热泵热水器用组合式冷凝器和一体式冷凝器进行了分区设计计算。结果表明:通过交换冷凝器Ⅱ中热汇与制冷剂的流道可以实现冷凝器过冷段换热的优化,且组合式冷凝器的换热面积仅为一体式冷凝器换热面积的83.33%。（2）借助混合工质直热式热泵热水器实验装置,实验研究和对比了使用组合式冷凝器的热泵热水器（CCHP）和使用一体式冷凝器的热泵热水器（ICHP）的变工况系统性能,实验结果表明:在变热汇出口温度工况和变热汇进口温度工况下,与ICHP系统相比,CCHP系统均获得了稍高的COP和排气温度,制热量与排气压力与ICHP系统基本相当,因此组合式冷凝器在直热式热泵热水器中替代一体式冷凝器时具有明显潜力;在相同工况下,CCHP系统和ICHP系统的COP具有相似的变化趋势,而在不同工况下,相同热泵系统的COP却具有迥异的变化趋势。（3）基于搭建的理论模型计算结果与实验数据进行了对比分析。结果表明:在改变热汇出口温度时,理论计算结果与实验数据有着相同的变化趋势;而在改变热汇进口温度时,实验结果与理论计算结果部分物性参数稍有差异,实验的COP和制热量呈现出先升高后降低的趋势,理论计算COP和制热量呈现下降趋势,其他参数则有着相同的变化曲线。