在推进我国北方地区冬季清洁取暖、减少燃煤污染、改善空气质量中,空气源热泵是非常有效的替代方案,其结霜和除霜方式、理论是研究热点之一。家用小型空气源热泵一般采用逆循环除霜方式,通过四通换向阀的切换,供热停止并以牺牲部分有用能为代价实现化霜和除霜。但对于大中型空气源热泵,供热能力随负荷的调节灵活度不高,系统热惰性过大,冷热流体混合热量损失不能忽视,传统的采用四通阀换向的除霜方法,不能适用大中型空气源热泵。本文提出了一种多台室外机并联轮换过冷除霜的空气源热泵新型循环方式。多个室外换热器并联,单台或多台压缩机并联调节总制热能力,通过阀门的切换使其中一台蒸发器转换为过冷器,在不停止制热的情况下,实现主路热液过冷同时达到除霜目的。采用建立仿真模型和实验研究,并结合实际应用场合对其运行机理、调控方法、设计理论进行研究,主要内容及结论如下:1)采用有限时间稳态热力学方法,建立翅片管式蒸发器结霜、蒸发器热液除霜过程模型,研究结霜时间、结霜厚度随工况的变化关系,研究结霜/除霜过程热泵系统的运行性能;建立多个室外换热器轮换除霜循环的理论模型,获得多个室外机轮换除霜结构的数量及容量匹配特征,研究不同室外环境温度、相对湿度下除霜时刻、除霜周期等对系统制热性能的影响规律;综合经济性和系统性能,优化得出室外机台数。2)研究主路液体过冷度对系统制热性能的影响规律。结果发现,当室外温度不太低,冷凝温度不太高的情况下,主路热液过冷对空气源热泵制热性能影响不大。当室外温度较低,冷凝温度较高时,主路热液过冷会使系统制热量、制热COP稍有下降,压缩机排气温度升高明显。热液除霜对膨胀阀前液体产生20～25℃的过冷度,利用过冷的热量除霜具有理论上的可行性。3)基于4台室外机,搭建了实验台,实验研究其循环规律。研究除霜时间、除霜周期、除霜效果对压缩机吸气温度、吸气压力、排气温度、排气压力、压缩机功率等关键参数的影响规律。考查系统瞬时及时间段内综合制热量、制热COP的变化规律,结果发现,系统能够在室外环境温度-20～0℃,相对湿度80%工况下,正常运行且除霜彻底,综合制热COP达到2.0以上。4)搭建多台压缩机并联多个室外机轮换除霜的热泵机组实际工程。探索变制热负荷下,压缩机开启台数改变时,多台室外机的轮换除霜策略,归纳出压缩机不同开启台数时轮换除霜控制策略。系统容量调节时,室外机开启轮换除霜的时间与周期,并根据其运行性能评价经济性、节能性。本研究旨在为大中型空气源热泵提供一种新型具体的循环方式,为推广热泵技术,开发清洁供暖技术提供理论与实际运行数据。