建筑能耗占我国社会总能耗的30%以上，建筑节能已成为国家节能减排的重点领域。提高可再生能源在建筑能耗中的利用比例是建筑节能的一项重要措施。现阶段空气源热泵（ASHP）、太阳能热泵（SAHP）等热泵系统已在建筑中得到了普遍应用。然而，我国北方大部分地区冬季气温较低，加之太阳能存在的低能量密度、间歇性等问题，常规热泵系统的应用受到了巨大限制。因此，研发经济高效、性能稳定、适用地域广的新型热泵系统的成为解决这一问题的有效途径。太阳能、空气热能是资源量大、可普遍获取的两种可再生能源，为了充分发挥空气源热泵、太阳能热泵的优势，弥补各自的不足，本文研发了一种多能互补热泵（CEHP）系统并进行了性能实验研究。多能互补的热泵系统集成了真空管太阳能热水器和空气源热泵，采用翅片式空气换热器和沉浸式盘管换热器并联的结构组成热泵系统的蒸发器，冷凝器同样采用沉浸式盘管换热器形式，再由毛细管组成节流装置，在压缩机循环推动做功下，实现了热量的传递和转换。热泵系统的吸热热源可以是空气中的携带的热能，也可以是来自真空管太阳能集热装置收集的太阳能热水，供暖末端采用的是低温地板辐射采暖和室内风机盘管并联的方式。通常情况下空气能作为一级优先级能量来源，太阳能集热装置收集的热能作为第二级优先级能量来源。系统有空气源热泵独立运行模式、太阳能水源—空气源热泵联合运行模式、水源热泵独立运行模式，根据室外环境状况和用户需求切换运行模式可实现制热（水）、制冷等多种功能。为了研究寒旱地区多能互补的热泵系统特定环境、特定模式下供热性能，并针对冬季制热工况制定合理的运行模式切换方案，以及对系统进行综合的效益评价。本课题进行了以下研究工作：1.依据供暖目标房间的结构，选择供暖和制冷各自末端布置方式，并针对冬季室内外环境条件，设计了一套多能互补的热泵系统。2.在特定室外环境下，对该系统三种运行模式各自的供热性能进行了实验研究，得到了该系统空气源热泵独立运行模式、太阳能水源—空气源热泵联合运行模式、水源热泵独立运行模式的供热性能参数，包括系统制热量，热泵性能系数（Coefficient of Performance）COP_hp，系统性能系数COP₍sys0以及实时状态的冷凝压力与温度、蒸发压力与温度、地暖热水流量、压缩机耗功、热泵机组耗功等。3.结合热泵系统供热性能的实验数据与热负荷理论模型的分析结果，制定出适用于不同环境条件下的三种运行模式的切换方案。4.针对CEHP系统处于冬季工况的运行工况优化结论如下：室外温度在0⁵℃，系统采用双热源运行时低温水源的温度维持在10¹5℃范围内，此时COP₍hp0和COP_sys可达2.19和1.86，系统平均制热量也可以维持在3500W左右；室外温度在-5⁰℃，系统采用双热源运行时低温水源的温度维持在15²5℃范围内，此时COP_hp和COP_sys可达2.17和1.82，系统平均制热量也可以维持在3300W以上。5．以热力学基本理论为基础对CEHP系统进行火用分析，火用分析结果表明系统在双热源模式运行时的火用效率明显高于单一空气源模式，从用能经济性的角度考虑，系统尽可能多以双热源模式运行，系统的能量转化效率可以保持较高水平，此时系统火用效率可达0.3429。本课题的创新点在于：研发了一套多能互补的热泵系统并初步揭示了系统性能。本课题研发的热泵系统有效结合了自然环境中可广泛利用的太阳能、空气热能等可再生能源，可以同时满足北方寒冷地区冬季采暖、夏季空调及全年生活热水需求，初步解决了空气源热泵和太阳能热泵系统冬季恶劣条件下性能差、稳定性不高等突出问题，在我国有广阔的应用前景。本课题的研究得到了国家科技部星火计划重点项目（2010GA860004）、国家自然科学基金项目（51166008/E0607）、国家科技支撑计划课题（2011BAD15B03）、甘肃省教育厅项目（0803-06）、“陇原青年创新人才扶持计划”项目（09-0165）、甘肃省建设科技攻关项目（JK2010-29）以及兰州理工大学“红柳杰出人才计划”（Q201101）等项目联合资助。