空气源热泵热水器由于环保、节能、安全、低碳而得到越来越多的重视。目前，空气源热水器已经被科技部列入“火炬计划”。尤其是“热泵产业联盟”的成立，更助推了行业的发展。预计在3~5年内其市场占有率可达10%~20%，销售总额将达到400亿元。空气源热泵热水器系统应用过程中，沉浸式冷凝器由于表面容易产生积垢、锈蚀、生物粘泥等问题，现阶段欧洲等国家已经不容许热泵热水器采用内盘式结构设计，而采用外盘式结构设计。外盘式结构的冷凝器与内胆水箱侧面的接触为圆弧面与平面的接触，接触面积较小，单根盘绕密度要求高，冷凝器系统长，流动阻力较大，换热效果低。针对传统外盘式结构的接触面积较小和换热效率低等问题，本研究将微通道强化换热技术应用于外盘式结构的冷凝器，采用微通道扁管外盘的形式代替传统的铜管外盘。通过实验研究比较外盘微通道冷凝器和外盘铜管冷凝器的热泵热水器系统的性能，分析了冷凝器的压降、制热量、温度场分布和损失。空气源热泵在冬季制热运行时，容易发生结霜。公认的空气源热泵的两种除霜方式热气旁通除霜和四通换向除霜均存在一定的缺陷性，主要表现在：热气旁通除霜过程供除霜用的能量基本来自压缩机的耗功，除霜过程吸气、排气压力变化剧烈，对压缩机的冲击大。四通换向融霜过程有压力衰减，易造成低压保护而停机，除霜时间长，除霜能耗损失大。针对现有除霜方式可靠性差和能耗高的缺点，提出了一种蓄热型除霜方式。通过实验研究结霜和除霜过程系统运行动态特性、系统恢复制热响应特性及除霜对热泵系统的影响，得到了系统各部件在常规热气旁通除霜与蓄能除霜时的特性变化规律，分析了不同的除霜模式下系统的能耗和供热量的影响；探索蓄能换热器在除霜过程中的作用机理及制冷剂迁移规律。首先，论文研究了外盘微通道空气源源热泵热水器蓄热除霜系统设计和运行优化，对系统进行理论分析和实验研究，给出热泵热水器系统计算模型。其次，论文给出热泵热水器的分析计算模型，通过明确热泵热水器系统能量损失的主要环节和程度，为进一步改善热泵热水器系统能效水平提供理论依据。最后，论文将外盘微通道冷凝器和蓄热器进行耦合分析，研究蓄热和放热过程中二者之间的相互作用关系。通过热泵热水器系统的性能实验和除霜实验结果与理论研究表明：（1）外盘微通道冷凝器的压降小于外盘铜管冷凝器，前者的制热量高于后者。外盘微通道冷凝器的平均压降水平为0.05MPa，而外盘铜管冷凝器的平均压降水平为0.23MPa。在热泵系统主机相同的条件下，外盘微通道冷凝器制热量高出比例，夏季工况平均为11.2%、名义工况平均为8.2%和最小工况平均为16.4%。（2）蓄热除霜的效果优于热气旁通除霜。蓄热除霜过程系统制冷剂流量和蒸发压力均高于热气旁通除霜过程；蓄热除霜系统的制热量、制冷量和供热系数均高于热气旁通除霜系统的性能参数。采用蓄热除霜结束时，室外换热器翅片表面温度比热气除霜系统高，除霜周期延长，除霜频率减小，系统的稳定性提高。（3）相变蓄热器蓄热过程中对热泵系统起到过冷的作用，微通道冷凝器有利于相变蓄热器蓄热。相变蓄热器提升系统过冷度5~8℃。采用外盘微通道冷凝器与相变蓄热器耦合，蓄热时间更短，蓄热量更大，系统的过冷度更大，对系统的能效水平提升更大。