为改善低温环境下传统空气源热泵机组适应性差、制热量及制热性能低等问题,本文将双级压缩耦合热泵技术与复叠式热泵技术有机结合,提出一种适合寒冷地区特点的单/双级混合复叠空气源热泵供暖系统的设想。该系统可根据用户需求来控制四通阀及电磁阀动作,从而实现在单级制冷、单级制热、双级复叠制热三种模式下切换运行。为实验研究该系统对扩大空气源热泵应用温区的改善特性,研制设计了单/双级混合复叠空气源热泵机组实验样机,并利用焓差实验室测试样机在不同运行工况及运行模式下的制热性能及其内部参数的变化规律。实验结果表明：出水温度45℃、室外温度-20℃时,系统制热性能系数为2.14,制热量为7.61kW,压缩比不超过4.5,排气温度低于80℃。以制热性能系数为优化目标,确定室外温度0℃为该系统单、双级切换运行的控制条件。此外,本文还建立了单/双级混合复叠空气源热泵机组的稳态数学仿真模型,经实验结果验证,该模型准确度良好,计算精度符合仿真要求。在模型计算结果的基础上,对实验样机中冷凝蒸发器的换热面积进行优化匹配,并对不同出水温度条件下机组单、双级制热模式切换运行的临界温度进行优化分析。