太阳能空气源热泵复合供暖系统可以有效克服单一太阳能供暖装置制热性能不稳定、波动性较大的问题,同时又可以改善空气源热泵运行工况,有效提高系统运行效率,因此,该系统用于北方农村地区清洁供暖,对于助力国家“碳达峰”和“乡村振兴”战略具有重要意义。本文在总结不同形式的太阳能空气源热泵复合供暖系统优缺点基础上,结合北方农村地区终端用热需求特性,提出了一种太阳能空气集热器与空气源热泵相结合的多模式运行复合供暖系统,通过设置蓄热模块,利用直通管式集热器加热空气后直接送往负荷房间的方式降低能量损耗,提高了系统的太阳能资源利用效率合理化。选取济南地区典型农村建筑为研究对象,结合建筑围护结构及功能,利用Trnsys软件对建筑进行建模及逐时热负荷计算,得到了典型建筑热指标72W/m~2。搭建了太阳能热泵复合供暖系统的仿真模型,调用基于Java语言寻优运算模块,以集热量和综合费用为目标函数,对系统进行多目标参数优化,得到了最优倾角和方位角参数下的集热器倾角辐照量;目标函数下空气集热器最优面积为21m~2,蓄热水箱最优容积为0.16m~3。模拟分析了四种运行模式下系统运行的特性,研究了不同模式下切换参数变化对系统的能效变化的影响规律。通过Genopt软件,以年运行能耗为目标函数,对系统进行多变量寻优计算,结果表明,优化策略下复合系统供暖季能耗最低为3139k Wh/a,策略优化前后的系统综合COP由3.5提高到3.8。依据优化后的系统搭建了太阳能空气源热泵复合供暖实验台,研究了典型日系统运行性能,以室内温度、水箱热水温度、模式运行时长、集热器出风温度、集热量、能耗、系统综合COP等实验数据与模拟数据进行了对比。结果表明,典型日复合系统白天时间段综合能效平均值为5.47,夜间时间段综合能效平均值为2.59,全天的综合能效为3.0;实验测试与理论模拟的系统综合COP平均值相对误差在4%左右,偏差在合理范围内,也验证了理论模型的准确性。最后从复合系统的性能、经济性和生态效益三个方面进行了分析评价,利用费用年值法将复合供暖系统与常规的单一热泵系统、燃气壁挂炉系统和燃煤炉系统进行了对比分析。系统在间歇运行部分负荷（A）形式下,整个供暖季的系统综合性能COP为3.7;系统在全部负荷（B）形式下,整个供暖季的系统综合性能COP为3.2。间歇运行和全天连续运行两种负荷形式下,太阳能空气源热泵复合供暖系统费用年值最低,分别为1931元/年、2807元/年;对比复合供暖系统与单一空气源热泵系统和燃煤炉系统,复合供暖系统污染物排放量较低,环境效益显著。本文建立的太阳能空气源热泵复合供暖系统高效节能,具有较高的经济性和生态效益,对北方地区推广清洁取暖工程具有较好的推广价值。