在能源日益紧张匮乏，价格上涨的背景下，太阳能作为一种可持续发展的能源越来越受到人们的重视，尤其在严寒地区，冬季供暖能源消耗大，空气污染严重，利用太阳能采暖具有很大的经济效益和环保效益。太阳能热泵是其中一种比较好的技术选择。本文在综述了国内外太阳能热泵研究现状的基础上，发现通过对太阳能热泵的结构参数及自动控制措施及运行策略的优化，能大幅度的提高系统经济性。因此本文旨在寻找严寒地区太阳能热泵系统的优化方案。本文提出了一种太阳能热泵系统，阐述了系统的原理，基于大庆市的气象资料和一供热面积4000m2建筑，详细介绍了系统的集热器面积，蓄热水箱容量等设计方法，及系统不同工况下的运行模式、控制措施。多种运行模式使系统在不同工况下具有较好的适应性，最大程度的利用了太阳能，同时提高了系统供热的稳定性。利用TRNSYS软件对系统建模，通过模型关键参数的设定使其符合实际系统，比较了系统模拟数据与实测数据，验证了模型的合理性。从太阳能有效集热量与热负荷之间的关系，太阳能保证率，太阳能集热器温度，集热器效率，蓄热水箱温度，热泵COP，及各模式运行时间特性等角度，深入分析系统性能，模拟数据表明，由于设定了热泵开启的上限温度和下限温度，有效的提高了热泵的效率，其COP可达到5左右。随后采用单一变量法，即系统其它参数不变的情况下，改变集热器安装角度，集热器流量，蓄热水箱容量，热泵机组容量，分析这些参数对系统系能的影响，从系统运行及经济性两方面选择最优化的方案，为今后该类型系统的设计提供参考。本课题为十二五国家科技支撑计划课题严寒地区供热系统节能降耗关键技术研究与工程示范（2011BAJ05B04）的部分内容。