随着城市化进程的不断推进,能源短缺、环境污染问题日益凸显,根据国家可持续发展的战略方针,采用清洁能源、多能协同、储能及多能互补融合是目前的发展趋势。太阳能和空气能均是较为理想的清洁能源,其太阳能热水系统和空气源热泵系统的应用在一定程度上缓解了能源短缺、环境污染的问题。本文从节能环保的角度出发,开展太阳能、CO₂空气源热泵及温度分层水箱联合应用研究,旨在提升热水系统的热性能,进而提高太阳能和空气能的利用率。基于此,本文首先通过实验研究,探究日太阳辐照量、集热系统水箱初始温度对太阳能热水系统热性能的影响,探究热泵设定出水温度、气冷器进水温度对CO₂空气源热泵系统热性能的影响,总结出太阳能热水系统和CO₂空气源热泵系统性能随上述参数的变化规律;其次引入温度分层水箱的概念,通过数值模拟研究水箱不同的高径比、水箱内有无内置换热盘管对储热水箱温度分层现象的影响;最后将不同结构的储热水箱与太阳能、CO₂空气源热泵进行联合应用的实验研究,对比分析三者联合应用时,不同结构的储热水箱对太阳能、CO₂空气源热泵热水系统热性能的影响。在本文的研究范围内,得出如下结论:（1）对太阳能集热系统进行实验研究,结果表明:当日太阳辐照量从5.13 MJ/m²增加到21.15 MJ/m²时,日有用得热量从12.14 MJ增加到44.18MJ,提升了263.92%,集热效率从0.48减小到0.43,减小了10.42%;当集热系统水箱初始温度从10.34℃增加到29.88℃时,日有用得热量从43.69MJ减小到35.16MJ,减小了19.52%,集热效率从0.45减小到0.37,减小了17.77%。由此可知,日太阳辐照量对集热系统的日得热量息息相关,而对集热系统的集热效率影响较小;集热系统水箱初始温度越低,集热系统的日得热量、集热效率就会越高。（2）对CO₂空气源热泵系统进行实验研究,结果表明:当热泵设定出水温度从45℃增加到85℃时,系统制热量从3.81KW增加到4.09KW,提升了7.35%,系统COP从4.43减小到2.88,减小了34.99%。当气冷器进水温度从13.9℃增加到41.5℃时,系统制热量从4.62KW减小到3.43KW,减小了25.76%,系统COP从4.49减小到2.95,减小了34.30%,由此可知,热泵设定出水温度和气冷器进水温度对系统COP的影响均大于系统制热量的影响。（3）利用Ansys Fluent对不同结构的温度分层水箱进行模拟研究,结果表明:当水箱高径比分别为1、2、3时,在同一时间下,随着高径比的增加,水箱内部温度分层现象会越明显,水箱上下温差值会越大,因此水箱内部水的平均温度会越低,水箱内水的平均温升速率也就会越慢;内置换热盘管水箱与高径比为3的水箱相比时,由于改变了对水箱的加热方式,在同一时间下,水箱内部温度分层现象较为明显,但水箱内部水的平均温度会较低,因此水箱内部水的平均温升速率会较慢。当水箱高径比从1增加到3时,水箱中心轴线上端平均温度值的变化规律基本上是一致,但水箱出口平均温度的温升速率随之减小,在同一时间下,高径比越大,则其水箱出口平均温度就越低;内置换热盘管水箱与高径比为3的水箱相比时,由于改变了对水箱的加热方式,其水箱中心轴线上端平均温度的温升速率和水箱出口平均温度的温升速率均小于高径比为3的水箱,在同一时间下,内置换热盘管水箱的出口平均温度较高径比为3水箱的低。（4）对不同结构的储热水箱与太阳能、CO₂空气源热泵联合应用进行实验研究,结果表明:当高径比为3、内置换热盘管的水箱与太阳能、CO₂空气源热泵联合应用时,其水箱的供水温度虽比高径比为1、无内置换热盘管的水箱与太阳能、CO₂空气源热泵联合应用时的水箱供水温度低3℃左右,但却使其太阳能集热器的进口温度降低约7℃左右,系统得热量提升约900W左右,系统集热效率提升约48.6%,亦使其气冷器进水温度降低约4℃左右,系统制热量提升约700W左右,系统COP提升约15.1%左右。由此可知,采用高径比为3、内置换热盘管的水箱与太阳能、CO₂空气源热泵联合应用时,其对太阳能集热系统集热效率的提升大于CO₂空气源热泵系统COP的提升。同时在相同条件运行的情况下,采用高径比为3、内置换热盘管的水箱与太阳能、CO₂空气源热泵联合应用时,虽使得水箱供水温度有所下降,但却能明显提升二者系统的热性能,进而提升太阳能-CO₂空气源热泵热水系统的热性能。