本文基于能质提升与能质转化两项低品位热能利用关键技术的基本原理,针对我国北方地区建筑供暖带来的能源与环境问题,以大力发展可再生能源为契机,开展了空气源热泵与太阳能低温热发电技术关键科学问题的理论与实验研究。在此基础上提出了空气能太阳能热电冷联产系统,用于实现建筑的冬季清洁供暖以及夏季高效供冷,同时利用非采暖季太阳能集热器中产生的低温热水实施发电供建筑使用,优化建筑能源结构,有效地解决了太阳能供暖系统规模化应用带来的系统初投资高、非供暖季热量过剩等问题。文中首先结合能量分析、?分析及经济学分析方法,同时将系统的热力循环参数与换热设备的结构参数直接关联,构建了空气源热泵与太阳能低温热发电系统的技术经济评价模型,为系统的工质选择以及性能优化等提供理论依据。基于空气源热泵系统的热经济学模型,综合考虑系统的热经济学性能、承压能力、工质充注量以及其环保特性,就自主研发配制的非共沸混合工质BY-2A、BY-2B、BY-2C以及商业化机组中常用的R22与R410A工质空气源热泵系统在寒冷或严寒地区运行的低温适应性进行了分析评价与实验验证。结果显示,BY-2A、BY-2B、BY-2C空气源热泵系统在低温环境下展现了优越的制热性能,较R22系统其制热量最高可分别提升10.68%、28.01%与65.66%。基于太阳能低温热发电系统的热经济学模型,就主要设计参数对系统性能的影响进行定性及敏感性分析,为其初始设计与性能优化提供理论依据。然后,提出了以系统投资回收期与全生命周期净收益作为评价指标的多目标多参数并行优化方法,确定了太阳能低温热发电系统的最优设计参数。此外,搭建了小型低温热发电实验装置,以发电温度可低至60℃的TD-2作为循环工质,研究了系统各部件最佳匹配运行时,主要设计参数对发电机组性能的影响。最后,文中提出了一种集太阳能供暖、空气源热泵以及太阳能低温热发电技术于一体的空气能太阳能热电冷联产系统,并就其应用于天津市与沈阳市办公建筑的适宜性进行了分析。结果发现联产系统的合理实施将会带来巨大的节能、经济以及环保效益,其中沈阳市更具优势,相对于常规冷热源系统,系统投资回收期低至2.70年,且一次能源利用率可高达2.71。