中高温热泵技术研究的关键问题之一,就是寻找臭氧破坏势为0、温室效应势较低、热力参数适宜、循环性能优良的新型适用工质。本文针对冷凝温度为60-140oC中高温热泵工况范围,开展了新型适用工质的循环性能理论与实验研究。同时,以更全面地评价系统性能、推进节能节材设计为目标,对水—水中高温热泵系统进行了优化设计方法研究。采用改进的理论循环性能分析计算方法,对多种ODP为0的新工质与混合工质,在各个中高温热泵工作温度区间上进行了理论循环性能分析,初选出了各个工作温度区间上理论循环性能优良的工质。对现有实验装置进行了一系列改进,包括引入适宜的载热流体、更换载热流体流量计和循环泵、增加两器载热流体侧沿程温度测点、强化两器与管道保温等,有效地提高了实验测量的工况范围和测量结果的精度与可靠性。在此基础上,采用改进型的对比实验评价方法,在冷凝温度为75oC-120oC的工况范围内,对三种初选工质R245fa和M3、M4进行了循环性能对比实验研究。结果表明,改进的实验评价方法,带来了工质间循环性能的近公平比较;三种工质循环性能随工作温度的提高而提高,其中R245fa的综合性能最好。实验中取得了超过115.3oC的热泵热输出温度,实现了一个新的高温化实验水平。定义了经济参数,并以其作为热泵系统性能评价的综合指标和系统优化设计的目标函数,研究了过热度、过冷度、两器水流量、换热器总面积以及两器的面积分配等参数对经济参数的影响。对以M3为工质的水—水中高温热泵系统进行了优化设计计算。研究表明,设计中取较小的过热度、过冷度,益于系统获得较好的综合经济性能;而过大或过小的两器水流量、换热器总面积设计,以及总面积一定下不恰当的两器面积分配,均会降低系统的综合经济性能。