CO₂熱泵就是采用CO₂作為制冷劑的熱泵或空調(diào)，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(yīng)，而CO₂是地球本身就有的氣體，來自于地球，即使排放到地球?qū)Νh(huán)境也沒有影響。但CO₂作為制冷劑的熱泵系統(tǒng)，其工作壓力超高，高壓超過100kgf/cm2，而R22的熱泵系統(tǒng)高壓一般為2kgf/cm2多，因此，CO₂熱泵系統(tǒng)的配件、銅管等都需要耐高壓，由此導(dǎo)致其成本比一般的熱泵系統(tǒng)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(nèi)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(chǎn)品質(zhì)量和使用效果存在一定差異。質(zhì)量好的二氧化碳熱泵機組在系統(tǒng)設(shè)置、產(chǎn)品性能、穩(wěn)定安全性上有相應(yīng)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(tǒng)需參考相關(guān)業(yè)內(nèi)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裝備。二氧化碳熱泵機組在國內(nèi)發(fā)展并不成熟，因此需要以國內(nèi)外對二氧化碳熱泵系統(tǒng)的研究成果為依據(jù)，參考相關(guān)業(yè)內(nèi)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)裝備二氧化碳熱泵系統(tǒng)，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(biāo)準(zhǔn)》等。同時，考慮到二氧化碳熱泵熱水機組在國內(nèi)的使用需求和量產(chǎn)的前景規(guī)劃，還需要結(jié)合機組的經(jīng)濟性和適用范圍，合理設(shè)置和分布相應(yīng)的組成部件，設(shè)計合適高效的二氧化碳熱泵系統(tǒng);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(jù)系統(tǒng)需求添加相應(yīng)組件，如回?zé)崞�、氣液分離器、相關(guān)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(tǒng)構(gòu)造和組成的基礎(chǔ)上，針對市場需求和現(xiàn)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(chǔ)上，分析并選用合理的換熱器，二氧化碳熱泵系統(tǒng)的氣冷器的工作壓力很高，通常達(dá)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(jié)構(gòu)設(shè)計上要考慮能承受較高的壓力。目前的防結(jié)垢板式換熱系統(tǒng)，可以有效的降低換熱器水側(cè)的結(jié)垢速率，提升系統(tǒng)性能。
再次，二氧化碳熱泵系統(tǒng)控制優(yōu)化，安全有保障。關(guān)于最優(yōu)COP與冷卻壓力和出口溫度的關(guān)系，現(xiàn)有的研究結(jié)果很大部分都是基于曲線擬合得出的相應(yīng)結(jié)果，針對考慮的因素不同，也產(chǎn)生了各種不同形式的COP與冷卻壓力關(guān)系式。基于上述現(xiàn)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(nèi)統(tǒng)一認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外不少研究數(shù)據(jù)顯示，通過調(diào)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(tǒng)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(zhì)疑。二氧化碳熱泵系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)設(shè)置壓力傳感器、壓力開關(guān)、安全閥、泄壓閥，包括機械和電子等三種壓力防護(hù)保障方案，使用戶在二氧化碳壓力方面沒有任何顧慮。
