在科技进步和环保需求的共同驱动下,全球能源消费增速变缓,能源结构向着更清洁、更低碳的方向发展。直膨式太阳能热泵(DX-SAHP)将太阳能集热器与热泵蒸发器有机集成,可以有效提高集热效率和蒸发温度,获得较高性能系数。本文对变容量DX-SAHP系统的运行性能和运行控制方式进行了理论与实验研究,分析了不同运行参数对系统性能的影响,提出了系统运行控制策略,实现了系统优化运行。构建了 DX-SAHP系统实验平台,该平台主要由裸板式集热/蒸发器,变频压缩机,微通道冷凝器、蓄热水箱、电子膨胀阀以及配套设计的数据采集控制系统构成。工质采用制冷剂R134a,充注量为1000g。实验平台的初步运行测试结果表明,系统运行良好,夏季典型工况下系统平均性能系数达到5.43,平均集热效率为1.17。建立了 DX-SAHP系统仿真模型,模型包括制冷剂R134a的物性模型及系统各部件模型。基于MATLAB计算软件,编写了该模型的仿真程序。对仿真模型进行了多工况实验验证,结果表明,系统各运行参数模拟误差低于12%。基于该仿真模型,对实验系统在典型工况下的运行性能进行了模拟分析。模拟结果为,在辐射强度为650 工况下,平均性能系数为5.40,平均集热效率为1.25,在辐射强度为200 W.m-2工况下,平均性能系数为4.00,平均集热效率为3.06,说明DX-SAHP系统在太阳辐射较低的工况下仍具有良好制热能力。对系统运行控制参数进行了模拟研究,包括过热度和压缩机转速,确定了过热度理想控制范围为5～10℃和转速理想运行模式为依据太阳辐射调速的变速运行模式。建立了太阳辐射简化模型,对集热/蒸发器倾角进行了模拟研究,确定了纬度36°附近地区理想倾角范围为45～60°。结合DX-SAHP仿真模型和太阳辐射简化模型,对系统加热时长进行了模拟研究,提出了加热时长与初始水温的线性拟合公式。基于过热度和转速控制,提出了变容量DX-SAHP系统控制策略,全工况实验测试结果表明,控制策略可以准确控制加热时间,获得较高性能系数。