我国严寒地区冬季采暖是当今民生关注问题之一,传统供暖方式由于其能耗高、污染大,无法满足当下“节能减排”政策的要求,因此针对节能环保型采暖方式的研究成为当前重点方向之一。基于上述背景,本文提出采用一种适用于低温环境、环保可靠的R134a/CO₂复叠式空气源热泵系统,并通过数值计算、实验验证与仿真分析的方法,对其循环与运行特性展开研究,得出如下成果:（1）通过分析复叠式空气源热泵产业及相关技术的发展现状,对比制冷剂性质,提出采用R134a/CO₂复叠式热泵循环;（2）构建R134a/CO₂复叠式热泵循环数学模型,通过数值方法分析循环特性,发现当高、低温热源温度一定时,存在最佳中间温度使得循环COP最大,且随着高温冷凝温度的降低、低温蒸发温度的升高与中间换热温差的减小,循环COP增大而高、低温级制冷剂质量流量比减小;根据实际工程需要,计算出当环境温度为-12℃时R134a/CO₂复叠式热泵循环关键状态参数;（3）搭建R134a/CO₂复叠式空气源热泵样机实验系统,开展变工况性能实验。结果显示,随着环境温度的降低,系统COP与制热量减小,高、低温级压缩机压比升高,中间换热器冷凝侧出口温度降低,而中间换热器冷凝侧压力损失增大;（4）以我国严寒地区城市作为模拟环境,采用TRNSYS仿真软件对R134a/CO₂复叠式空气源热泵采暖系统全年能耗进行仿真计算,并通过经济性分析发现:该套系统满足严寒地区使用要求,且冬季平均温度对参数指标的影响较大,当模拟环境城市由北京换为哈尔滨时,需求供热量上升209.9%、能耗升高221.8%;同时空气源热泵采暖系统资源消耗量与污染物排放均低于传统燃煤采暖方式。