目前我国处于经济高速发展阶段，对能源需求日渐增加，环境压力也愈加严重。我国能源利用率较欧美日等发达国家偏低，还有很大的提升空间，低品位能源以及各种余热的回收利用已经成为提高能源利用效率、解决目前能源危机的重要手段。低品位能源由于温度较低，难以直接进行工业应用，大部分被直接排入环境，不仅造成巨大的能源浪费，还带来较大的环境污染。目前，化学热泵、机械热泵及其他能源品位提升系统均可在不同的温度范围实现能源品位的提升，是实现低品位余热回收利用的重要途径。　　化学热泵具有高效率、无污染、低能耗、温度提升幅度可调等优点，可实现从0℃到300℃的温度提升，是对工业低温余热提升品位的重要补充。而异丙醇/丙酮/氢气(IAH)体系化学热泵是一种具有较大应用潜力的类型，可利用工质对的可逆化学反应，将热量从80℃提升至200℃，满足工业应用。　　此外，CO2是一种绿色环保、具有较好的传热性能和较高的容积制冷量的天然制冷剂。以自然工质CO2为循环介质的热泵系统，可以实现从-30℃到110℃的温度提升，很好的解决了传统空气源机械热泵在年平均温度15℃以下环境下运行效率极低的应用难题，满足生活供热需求。　　本文以中低温工业余热深度利用为研究背景，采用实验和数值模拟相结合的方法在系统效率、运行参数、系统设计、经济性分析等方面对IAH化学热泵、CO2跨临界循环热泵等能源品位提升装置进行了深入研究，同时又针对IAH体系化学热泵提出了提高系统效率、提高经济性的可行性方法。　　首先，通过数值模拟的方式对IAH化学热泵系统进行了热力学分析。分析了在200℃与75℃区间范围内吸热温度、放热温度、环境温度以及反应度等参数对系统性能的影响。结果表明各温度参数、反应系数、未反应异丙醇、中间换热器效率等辅助部件对系统COP与(炯)效率均有重要影响。　　然后，根据数值模拟的结果，并结合实验条件和对应用市场的调研，设计IAH化学热泵实验系统。设计采用电加热方式模拟低温余热资源，填充非晶态雷尼镍催化剂。采用填料式反应精馏塔，对析氢产物进行精馏。设计新型放热反应器，提高氢化反应的反应率和反应速度，增加反应器内部温度的均匀性。最终完成IAH化学热泵试验台的设计和搭建，并通过实验的方式对IAH化学热泵热力学性能进行分析。通过改变吸热温度、工质流量以及放热温度等实验条件，对系统性能和反应转化率进行了研究。实验确定了系统的最优反应温度和流量，并提出了对系统的优化改进方案。　　其次，对IAH化学热泵、CO2跨临界循环热泵、锅炉等不同类型能源系统的热经济性参数进行对比分析。以寿命、年运行时间和当地电价等为调整参数，研究了各系统的比热成本和比炯成本。　　最后，以更低温度的工业余热以及自然界中存在的热量利用为应用对象，对CO2跨临界循环热泵系统进行研究。优化设计喷射器，搭建喷射式循环系统试验台，通过调节热水流量及其出口温度和高压侧压力等条件对喷射器性能和热泵系统的性能展开实验研究。结果表明引入喷射器不仅可以明显降低系统的运行压力，也可以进一步提高系统的性能。