本文针对冬季供暖问题,对耦合了喷气增焓循环的低温型直膨式太阳能热泵展开实验与性能优化研究。论文的主要工作以及研究成果如下:设计吹胀式集热/蒸发器的整板流道结构。通过CFD对六边形、四边形（直列式）、四边形（交错式）流道结构单元进行模拟,分析三种结构的传热性能和流动压力损失,得到优化的结构单元;通过对六边形和四边形的组合、排列,完成整板设计。使用MATLAB搭建低温型直膨式太阳能热泵系统的数学模型,并对模型求解。在直膨式太阳能热泵实验中,对新型结构的集热/蒸发器进行优化,并通过系统各部件的匹配性研究,提升直膨式太阳能热泵的性能,改善系统COP。冬季工况下,环境温度为14℃、太阳辐照度为732W/m2,将水温从10℃加热到50℃,系统COP可达到4.5;夏季工况下,环境温度为33℃、太阳辐照度为855 W/m2,将水温从30℃加热到55℃,系统COP可达到6.6。基于实验数据,完成实验系统与仿真模型的校核。以此为基础,针对严寒与寒冷地区冬季运行,搭建了低温型直膨式太阳能热泵系统。冬季工况下,白天系统运行,环境温度为8.5℃、太阳辐照度为630 W/m2,供水温度从20℃升到41℃,平均COP为4.42;当供水温度维持41℃稳定运行时,COP为3.61;系统在夜晚稳定运行时,环境温度为-2.5℃,COP为2.2。相同条件下,该系统白天的性能较低温型空气源热泵提升了9%,夜晚的性能较空气源热泵降低了8%。通过仿真计算,当集热/蒸发器数量由实验系统采用的8块增加至12、14、16块时,COP可分别提升至4.04、4.16、4.22。相比于低温型空气源热泵系统,COP分别提升了27%、30%、32%。在-10、-15、-20℃的环境温度、无太阳辐照条件下,系统稳定运行时,COP分别为2.09、1.96、1.79。通过对压缩机频率、主回路与喷气回路电子膨胀阀的开度以及集热/蒸发器数量的调节,对系统匹配性做出分析。使用由实验验证的仿真模型,预测了超低温工况下系统的运行性能,在环境温度为-10℃、太阳辐照度为600 W/m2的条件下,低温型直膨式太阳能热泵系统保持供水温度41℃并稳定运行时,COP为3.01。随着环境温度和太阳辐照度降低,COP降低。应用当量热价LCoH作为评价指标分析系统的供暖经济性,对于夏热冬冷地区,在采暖季平均环境温度为6℃、平均日辐照量为9.94MJ/m2的典型气候条件下,直膨式太阳能热泵系统的LCoH值为0.492元/k Wh,相比空气源热泵、燃气炉、电加热系统分别低14%、25%、37%,经济性最优;对于严寒与寒冷地区,在采暖季平均环境温度为1.8℃、平均日辐照量为10.80 MJ/m2的典型气候条件下,低温型直膨式太阳能热泵系统的LCoH值为0.481元/k Wh,相比低温型空气源热泵、燃气炉系统分别低30%、35%,但与燃煤供暖相比,经济性上处于劣势。但由于其高效、节能与环保的特点,在供暖上具有极大应用空间和发展前景。