普通空气源热泵在提供较高温热水时排气温度和排气压力过高，制热量和性能系数衰减严重，如果能够解决这一问题，将热泵出水温度提高到80℃以上，将极大扩展空气源热泵的应用范围。为了实现空气源热泵能够稳定高效制取高温热水这一目标，本文对中间补气系统和复叠式系统进行了理论和实验研究。在中间补气热泵样机平台上对二元混合工质进行了最佳质量配比实验。设计了单级/复叠式切换热泵系统，使其能够在保证机组稳定运行的同时更加经济节能。中间补气结构用在低温环境时可以有效降低压缩机负荷，而本文将中间补气结构用于热泵高温加热段，不仅使得排气温度和排气压力有所降低，提高了系统的安全稳定性，而且有效避免了因主回路电子膨胀阀关小引起工质循环量减少，从而造成制热量下降的问题。实验研究结果表明在满足出水80℃，排气压力不超过2.7MPa的前提下，新开发的二元混合工质BMR中R134a和M的质量配比为9:1时能够满足热泵较高制热量和制热温度的需求。整个加热过程制热量较为平稳，在名义工况下稳定提供约13kW的制热量，压缩机排气温度在106℃以下。对单级/复叠式切换热泵系统高低温级温升分配的理论分析表明，在蒸发温度5℃、冷凝温度80℃的设定条件下，低温级冷凝温度在45℃左右时，系统性能系数最大，但考虑到所选用压缩机对吸气压力范围的限制，低温级冷凝温度不宜超过40℃。综合考虑环境温度和出水温度来确定单级/复叠式切换温度点，分析结果表明在复叠式运行时，还应通过控制电子膨胀阀来调节中间温度使系统处于最大效率处。