在能源危机和环境污染双重压力下,以太阳能为代表的可再生能源的开发和利用越来越得到重视。但太阳能易受气候的影响,存在着不稳定性,不能全天候运行,也无法保证出水温度的要求,须设置辅助热源来保证实际供热效果。因此将太阳能和CO₂空气源热泵结合作为生活热水的来源,使两者互为补充。首先,从太阳能热水系统、CO₂空气源热泵热水系统的基本理论出发,探讨了太阳能和CO₂空气源热泵的最佳耦合方式,在此基础上针对昆明地区某酒店热水改造项目设计搭建了末端混水的太阳能和CO₂空气源热泵联合供热系统。其次,实验研究了气体冷却器进水温度、环境温度、制热温度对CO₂空气源热泵热力性能的影响,研究结果表明:兼顾热泵制热温度和COP,当进水温度为15℃,制热温度为60℃⁷5℃时,热泵制热系数COP较高。在一典型测试日,对太阳能和CO₂空气源热泵联合供热系统在三种不同运行模式的热力性能进行了测试。测试结果表明:单一太阳能热水系统运行时,太阳能日平均集热效率约为46.6%;单一CO₂空气源热泵热水系统运行时,热泵平均制热系数COP约为3.6;太阳能和CO₂空气源热泵联合供热运行时,热泵制热系数COP在最冷月可达2.8以上。此外,利用TRNSYS软件编制外部性能文件创建了额定功率为18kW,额定制热量为70kW的CO₂空气源热泵热水器模型。并在此基础上分别建立了太阳能热水系统、CO₂空气源热泵热水系统及末端混水的太阳能和CO₂空气源热泵联合供热系统的仿真模型。以春分、夏至、秋分、冬至为典型气候条件,分析了在一定的用水负荷下,太阳能热水系统、CO₂空气源热泵的供水温度和供水量随时间的变化规律,研究结果表明:各典型气候条件下,大多数时间太阳能热水系统的供水温度和供水量不满足用水负荷,不足的热量由CO₂空气源热泵提供,可实现按需供热。还研究了各典型气候条件下,蓄热水箱供水温度、高温水箱供水温度及混合后供水温度随时间的变化,并重点分析了高温水和中低温水的混合比随时间的变化,研究结果表明:春分日平均高温水和中低温水混合比为0.97,夏至日平均高温水和中低温水混合比为1.05,秋分日平均高温水和中低温水混合比为0.75,冬至日平均高温水和中低温水混合比为1.83。最后,对昆明地区太阳能和CO₂空气源热泵联合供热系统进行了经济性和环保性分析。