2022年作为“十四五”规划承上启下的重要一年,“双碳”目标依然成为当下政府报告、经济发展的热点话题。面对全球能源危机及环境污染问题的日益严重,如何制定和发展清洁能源高效供暖/制冷方案对全球可持续发展至关重要。目前,由于中国南北方人们地理位置、生活环境及生活方式的不同,所采用的供暖方式琳琅满目。本课题从北方村镇地区人们的居住特点及采暖方式的需求,提出了一种基于相变蓄能末端的高效热泵系统;其本质上属于温湿度独立控制制冷采暖空调领域。为了提高冬季热泵的运行效率,本课题将蓄能型太阳能空气集热器与金属毛细管网相变蓄能辐射末端模块相结合,有效解决了空气源热泵的制热效率低、结霜严重等问题,为中国南北方地区城镇住宅冬季供暖提供了一种更加舒适、更为环保、能耗更低的新途径。本文主要通过模拟分析、实验研究相结合,分别对相变蓄能末端的高效热泵系统的能效比、相变蓄能末端的传热、系统的经济性效益等问题进行了详细研究。本文从热泵的逆卡诺循环角度出发,结合蓄能型太阳能空气集热器工作原理,详细分析了影响系统性能的因素;并利用SOLKANE软件研究了不同蒸发温度、不同冷凝温度及不同过冷度对热泵性能的影响。同时,本文利用AMESim仿真平台与COMSOL数值模拟软件结合,分析了相变蓄能末端模块对房间温度的影响及相变蓄能末端模块蓄/放热过程中结构层的温度变化情况。本课题选用沈阳市古城子某农户住宅为实验地点,对基于相变蓄能末端的高效热泵系统进行了试验研究,并验证了系统运行的可行性。通过实验测试和系统运行数据的分析得出以下结论:当冬季太阳辐射充足,日太阳辐射强度最高为516W/m~2时,室外环境温度在-7.7～4.4℃之间变化,在太阳能热风辅助高效循环供暖模式运行期间,系统COP的取值范围在3.57～5.15之间,当日系统的平均COP为4.52。在热泵独立供暖模式时,室外环境温度在-12.7～-4.8℃之间变化,日平均室外温度为-9.1℃;测试当天系统的COP在3.16～3.88之间波动,日平均COP约为3.47。通过分析三种不同相变材料铺设方式对室内舒适度及室内温度波动的延迟效果,结果表明:采用相变材料上层铺设方式时,在供热过程中地面抹灰层内温度响应速度最慢,但在系统停止供暖进入放热过程时,地面抹灰层内的温度波动延迟效果最长、衰减幅度最低,房间的舒适性最高。最后,本文通过对相变蓄能末端的高效热泵系统建立合理的经济性分析模型,结合国内现流行的五种采暖方案分别从初投资、运行费用、费用现值和费用年值、投资回收期、环境效益分析五个方面进行多维度的综合评价。研究分析得出:尽管在初投资方面,相变蓄能末端的高效热泵系统采暖方案不具有明显优势,但在运行费用方面,采用相变蓄能末端的高效热泵系统方案供暖的总运行费用为2407.6元,是五种方案中最具优势的采暖方案,折合30.1元/m~2;相较于分体式空调采暖、空气源热泵系统低温热水地板辐射采暖、燃气壁挂炉低温热水地板辐射采暖及电取暖器采暖,年运行费用分别降低了13.0%、10.9%、55.7%、71.6%。系统的费用年值为0.49万元,仅次于分体式空调采暖。从投资回收期角度计算分析,相变蓄能末端的高效热泵系统与空气源热泵系统低温热水地板辐射采暖、燃气壁挂炉低温热水地板辐射采暖、电取暖器采暖相比,系统的静态投资回收期分别为9.2年、3.4年、3.5年。在经济环境效益方面,相较于传统的燃煤式采暖系统,系统减排效益约为1907元。