CO₂熱泵就是采用CO₂作為制冷劑的熱泵或空調，普通熱泵一般采用氟利昂作為制冷劑，兩者的工作原理基本是一樣的，都屬于蒸汽壓縮式，但也稍有不同，CO₂熱泵屬于超臨界循環(huán)，即在冷凝器端，CO₂是不會被冷凝成液體的，而氟利昂冷媒在冷凝器端是被冷凝成液體再節(jié)流的。
二氧化碳熱泵機組使用的優(yōu)點：
為什么要用CO₂，最主要的原因是目前大量使用的氟利昂如R12、R22等被證明對環(huán)境有破壞作用。一個破壞作用是對臭氧層的破壞，一個是具有溫室效應，而CO₂是地球本身就有的氣體，來自于地球，即使排放到地球對環(huán)境也沒有影響。但CO₂作為制冷劑的熱泵系統，其工作壓力超高，高壓超過100kgf/cm2，而R22的熱泵系統高壓一般為2kgf/cm2多，因此，CO₂熱泵系統的配件、銅管等都需要耐高壓，由此導致其成本比一般的熱泵系統高很多。但作為熱泵來說，采用CO₂還有一個好處就是其排氣溫度較高，而且在低溫下的效果也比較好，作為熱泵熱水器來說，就意味著可以燒更高溫度的熱水，如90℃，也可以在更低環(huán)境溫度下工作，如-15℃等。
二氧化碳熱泵機組普及的難題
目前，國內有許多空氣能企業(yè)在推廣宣傳二氧化碳熱泵機組，但是產品質量和使用效果存在一定差異。質量好的二氧化碳熱泵機組在系統設置、產品性能、穩(wěn)定安全性上有相應的要求，因此在選用的時候需要特別注意。
首先，二氧化碳熱泵系統需參考相關業(yè)內設計標準進行裝備。二氧化碳熱泵機組在國內發(fā)展并不成熟，因此需要以國內外對二氧化碳熱泵系統的研究成果為依據，參考相關業(yè)內設計標準裝備二氧化碳熱泵系統，如GB/T18430.1-2007《蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組、工業(yè)或商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機組》、GB/T21362-2008《商業(yè)和工業(yè)用及類似用途的熱泵熱水機組》及日本的 JRA4050-2001《熱泵熱水器的性能(二氧化碳制冷劑)標準》等。同時，考慮到二氧化碳熱泵熱水機組在國內的使用需求和量產的前景規(guī)劃，還需要結合機組的經濟性和適用范圍，合理設置和分布相應的組成部件，設計合適高效的二氧化碳熱泵系統;采取多種措施和方法解決安全和泄漏的問題，選用承壓性能好的閥門、管道和容器;布管方式合理，在合理的位置根據系統需求添加相應組件，如回熱器、氣液分離器、相關閥門等。
其次，二氧化碳熱泵還需搭配性能優(yōu)化的壓縮機和換熱器。在確定二氧化碳熱泵系統構造和組成的基礎上，針對市場需求和現有的開發(fā)需求(制冷量、管路有害過熱、蒸發(fā)溫度、熱水的日供水量、供水溫度、熱泵熱水機組COP等)，通過計算確定壓縮機的適用類型和型號。在此基礎上，分析并選用合理的換熱器，二氧化碳熱泵系統的氣冷器的工作壓力很高，通常達8MPa，比常規(guī)氣體冷卻器的工作壓力高得多，故在材料選用和結構設計上要考慮能承受較高的壓力。目前的防結垢板式換熱系統，可以有效的降低換熱器水側的結垢速率，提升系統性能。
再次，二氧化碳熱泵系統控制優(yōu)化，安全有保障。關于最優(yōu)COP與冷卻壓力和出口溫度的關系，現有的研究結果很大部分都是基于曲線擬合得出的相應結果，針對考慮的因素不同，也產生了各種不同形式的COP與冷卻壓力關系式。基于上述現狀可知，尋求最優(yōu)壓力獲取COPmax的方法目前沒有一個業(yè)內統一認可的標準。國內外不少研究數據顯示，通過調節(jié)氣冷器出口溫度和冷卻壓力，能夠獲得COPmax。
二氧化碳熱泵系統壓力比普通熱泵高5～10倍，因此有諸多對于二氧化碳熱泵安全性能否保障的質疑。二氧化碳熱泵系統效率高，出水溫度高，低溫性能好，而恰恰是因為二氧化碳系統運行壓力高，才使其擁有由于其他熱泵的上述優(yōu)點。二氧化碳熱泵系統設置壓力傳感器、壓力開關、安全閥、泄壓閥，包括機械和電子等三種壓力防護保障方案，使用戶在二氧化碳壓力方面沒有任何顧慮。
