利用水源热泵系统为建筑物供热供冷,具有巨大的节能减排效益,是缓解暖通空调能源消耗与环境污染问题的重要途径。但在开发应用中存在冬季水温较低以及水资源较少两个瓶颈问题,为此提出了突破冰点,开发利用冷水结冰时释放的凝固相变能作为热泵系统热源的思路。本文重点研究冷水相变能热泵的系统形式、运行特点以及能耗特性。本文主要研究内容及结果如下:(1)与常规水源热泵系统相比,冷水相变能热泵系统的水源水温较低,导致热泵机组的能效比下降。为研究在冷水相变能热泵系统工况下,热泵系统是否具有节能性,利用simulink建立热泵机组的仿真系统,构建压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器的数学模型,模拟研究了热泵机组的能效比在不同工况下的变化规律,为实验提供理论指导。模拟结果显示,在冷水相变工况下,热泵系统仍具有较好的节能性。(2)冷水相变能热泵系统的核心技术问题是如何实现系统的取热结冰、快速除冰和再结冰的不间断循环,提出了间歇式热融冰和机械除冰相结合的除冰方式。利用SolidWorks三维建模说明了冷水相变机的工艺结构,并详细介绍了系统的组成、原理和设计运行工况,说明了系统如何实现结冰、融冰和再结冰的不间断循环过程。(3)搭建实验系统进一步研究该系统的运行特点和能耗特性。实验结果表明该系统运行稳定,取热结冰过程中,冰层的厚度约为7mm~8mm厚。实验计算得冷水相变机的传热系数K值约0.52kW/(㎡·K),除冰能耗约占系统总制热量的13.3%。实验研究发现,冷水相变能热泵系统的能效比在3附近波动。并对比分析了实验数值与模拟数值,在误差接受范围内,实验数值与模拟数值吻合较好。(4)跟踪研究了冷水相变能与水源耦合热泵系统的运行效果、能耗状况及环保效益。运行结果表明,地表水源和冷水相变能的耦合热泵系统运行稳定,冬季室内温度可稳定维持在20℃左右。冬季最冷月,水源水温低于2℃,耦合热泵系统的能效比在3左右。此外,耦合热泵系统相较于燃煤供热系统约节能20%左右。该系统的研究对我国北方寒冷地区解决水源热泵系统应用受限问题具有重要现实意义。