多联式空调系统（Variable Refrigerant Flow Air Conditioning System，VRF）有着诸多公认的优点，但同时也为其自身局限性所困，很难满足严寒地区或大型、高层建筑的需求。水环热泵空调系统（Water Loop Heat Pump AirConditioning System，WLHP）是一种以回收建筑内部余热为主要特征的系统，但其存在噪声污染严重和不能按质用能等缺点。本文对传统VRF系统及WLHP系统存在的问题进行了详细分析，为解决这些问题，将两种系统的思想精髓相结合，首次提出了水环多联式热泵空调系统（Water Loop Variable Refrigerant FlowHeat Pump Air Conditioning System，WLVRF）的概念。这种新型复合式空调系统集成了VRF和WLHP的优点，同时去除了各自的缺点。为改善WLVRF系统的能源利用结构，文章提出将可再生低位热源引入系统，给出了几种WLVRF系统的衍生形式以供工程选择使用。在这些低位热源中，以空气源分布最广，使用条件最容易满足。因而，本文以空气源WLVRF系统（以ASHP作为主要加热设备）为例，对该系统的运行工况、节能性、适用性、经济性及如何进行系统方案设计和运行控制等问题进行了研究。为研究WLVRF的运行特性，本文建立了其主要设备的数学模型。利用既有文献中的实验数据对模型进行了误差验证。为实现WLVRF系统与建筑的耦合，选择了一个样本建筑，建立了建筑的负荷计算模型。利用系统设备数学模型模拟了空气源热泵（Air Source Heat Pump，ASHP）及水冷多联式空调（Water SourceVariable Refrigerant Flow Air Conditioning System，WSVRF）在WLVRF系统中的运行工况。ASHP在WLVRF系统内工作时，其出水温度远低于传统ASHP直接供热的情况，因而可以在更低的室外气温条件下安全、高效运行。对这种低温工况下ASHP的主要参数进行了仿真计算，得出ASHP的能效比随低温工况变化的关系，证明了WLVRF空调系统可以为ASHP机组提供较传统ASHP系统更加优越的运行条件，也为整个WLVRF系统的能效计算奠定了基础。对WLVRF系统中WSVRF机组的冬季工况进行了仿真，并将其与传统的空气源多联式空调系统（Air Source Variable Refrigerant Flow Air ConditioningSystem，ASVRF）的冬季工况相比较。 WLVRF系统与传统VRF相比，可以解决VRF机组性能受室外气候条件影响的问题。为更好的阐述WLVRF系统中VRF机组规模缩小给系统带来的利处，本文首次提出了VRF机组负荷重心的概念。研究了系统负荷分布不同、负荷率不同时，机组的容量负荷重心及能效负荷重心的变化情况，给出了一种方便易行，且误差在可接受范围内的负荷重心计算方法。负荷重心的提出及其计算方法的探究，可以为VRF系统设计和经济性分析提供帮助，也可以更好的定义VRF系统规模大小的概念，从而进一步说明WLVRF系统中VRF机组规模缩小给系统带来的好处。在对ASHP及WSVRF机组运行特性研究的基础上，将WLVRF系统模型与建筑模型相耦合，对WLVRF系统冬季瞬时能效比的影响因素进行了探讨，分析了冷负荷数，室外气温，环路水温等因素对系统冬季瞬时能效比的影响情况。对于一个既有建筑而言，冷负荷数和室外气温是无法人为控制的量。因而，改善WLVRF冬季瞬时能效比的唯一途径是适当改变环路水温。为此，对不同冷负荷数和室外气温时的最佳环路水温进行了考察。在此基础上，以环路保持最佳水温为控制原则，计算了WLVRF系统在北方几个代表性城市，不同内、外区建筑面积比条件下，采暖季的季节性能系数及一次能源利用率情况，以便作为北方城市大型办公建筑采用WLVRF系统供热是否节能环保的参考依据。为改善WLVRF空调系统的运行特性，亦为加速其应用推广，提出了几种有利于降低投资成本、改善系统节能性，且简单易操作的设计和控制方案，并对各方案进行了模拟验证。结果表明，利用ASHP最佳经济平衡点温度设计法可以降低系统的投资成本；利用温度双位控制法替代最佳环路水温法更有利于系统节能运行。而增多ASHP台数和扩大水环路管径的方法，对于提高系统运行的稳定性效果较好，但对系统节能贡献不大。这些结论为WLVRF系统设计和控制方案的选择提供了理论依据。最后，建立了WLVRF的费用计算模型，分析了WLVRF系统的经济性，给出了不同城市对应的适合WLVRF系统的ASHP最佳经济平衡点温度，以作为工程设计的参考。按气候分区不同，将WLVRF系统与其它常用空调系统的经济性进行了比较，以使设计者和使用者对WLVRF的经济性有更直观的认识，更加有利于WLVRF系统被快速而又理性地推广应用，使得这种集成了多种系统优点的空调方式早日有效地为暖通事业服务。