本文概述了CO2 热泵目前在国内外的研究现状，总结了其在应用过程中的突出问题，分析了压缩机、换热器、 节流装置等部件及系统的特点与缺陷，介绍了提高系统效率的最新技术手段，并对其在我国的发展予以展望。制约 CO2 热泵推广的原因主要为系统压力较高、制造工艺要求更严格及专用压缩技术尚不成熟等导致的开发成本高。CO2 热泵未来研究内容主要为改良系统，优化部件及结合精准的计算机控制技术,实现软硬件同步发展，确保CO2 热泵高 效、安全、可靠地运行，促进自然工质在制冷与供热方面的研究与应用。可以预测，CO2 热泵在我国将有较深入的发 展。
随着生活水平的提高，人们对人居环境要求 越来越高，与此同时，环保问题和节能问题也日 益突出。满足人们舒适生活条件的建筑能耗占社会 总能耗的比例已超过30%，而采暖、热水所消耗 能量在建筑能耗中占56%~58%[1]。因此，如何在 满足人们舒适性的要求和环境友好、节能发展之 间寻找最优答案已成为业界的关注热点。空气源 基金项目：国家自然科学基金(51606139)和中国博士后科学基金 (2016M590950 ， 2017T100753) 资助项目。(The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51606139) and China Post Doctoral Science Foundation (No.2016M590950 & No. 2017T100753).) 热泵作为通过消耗一小部分高品位的电能，把空 气中的低品位热量提取并加以利用的装置，具有 环保、节能、安全和便捷等特点，得到越来越多的 重视。然而，传统热泵所使用的制冷剂存在破坏 环境、臭氧层空洞和温室效应的问题，对人们的 生产生活产生了巨大的影响。在极端天气工况 下，传统工质热泵的稳定性和制热能力受到限 制，使得人们必须考虑寻找新的制冷剂，以满足 对于工作效率和环保方面的要求。P. Nekså [2]指 出：CO2 工质是一种少有的天然制冷剂，无毒无 可燃性，廉价且易于获得，对自然环境没有破 坏，在用作制冷剂方面具有很大的优势。陈光明 等[3]分析归纳了几种自然工质在国外的研究进 展，认为自然工质在工业、民用制冷设备中推广 具有较大可行性。李连生[4]对制冷剂替代进程进 行总结，认为自然工质潜力巨大。CO2 工质ODP 为0，GWP 为1，且具有良好的热力学特性，既 能够保证优良的工作特性，又能减小当前传统制 冷剂对环境的破坏，被公认为是一种很有前途的 替代工质。
随着《国务院关于印发“十三五”节能减排综合 工作的通知（国发[2016]74 号）》、《能源发展“十三 五”规划》等文件的发布，北方各省掀起了“煤改 电”的热潮。包括北京、天津、河北等在内的20 多个省份和直辖市均发布文件进行治污降霾，保卫 蓝天。以自然工质CO2 作为冷媒的CO2 空气源热 泵，在保证系统较高COP 的同时具有优良的环保 特性，能够有效控制臭氧层的破坏，减少温室气体 的产生，抑制煤的燃烧，降低雾霾天气的发生率并 减少PM2.5 浓度，同时将节能与环保有机结合在 一起，系统跨临界循环产生热水的高效运行，有效 节省用户采暖能耗，是我国北方采暖问题得以解决 的重要方案。因此在我国具有广阔的市场和潜力。
1 CO2 泵系统的发展现状
目前，正在研究的CO2 热泵热水系统，基本 采用的是跨临界循环系统。即被压缩的制冷剂气体 放热过程未发生相变，在超临界区只通过显热交换 进行换热。全世界多个国家的研究机构和企业均对 CO2 热泵进行了大量的研究。挪威是最早提出并研 究CO2 作为制冷剂利用其跨临界循环进行制冷和 供热的国家，其理念与技术处于世界先进水平。挪 威SINTEF 研究所的J. Petterson 等[5-6]率先发起对 CO2 热泵技术领域的研究，通过理论与实验相结 合，对汽车用CO2 空调进行了研究，验证了CO2 作为制冷剂在汽车空调中的优良性。P. Nekså 等[7] 通过比较论证，得出：CO2 热泵跨临界循环相对于 传统热泵供热系数高，结构紧凑，热水温度高，具 有相当大的发展潜力。目前CO2 热泵热水器的系 统形式主要有：单级蒸汽压缩系统，双级压缩中间 补气系统，喷射器回收膨胀功系统。
日本是世界上CO2 热泵热水器发展最快、技 术领先的国家。在1995 年，日本CRIEPI、东京电 力公司和DENSO 公司[8]合作研究CO2 热泵系统， 建立热泵热水器样机实验台，通过计算分析，发现 CO2 热泵热水器供应热水时，性能高于传统工质热 泵。经过数十年的发展，日本热泵产品已经统一使 用Eco Cute 商标名，目前已有松下、大金、三菱、 东芝、三洋、电装等数十家公司生产不同规格型号 的产品，在2007 年日本本土家用CO2 热泵热水器 的保有量已超过数百万台[9]，并且已经推向欧洲市 场。
挪威、丹麦、美国和德国等国家对CO2 热泵系 统均进行了许多研究并取得多项有价值的成果，并 已应用在商用和军用领域。丹麦的丹佛斯公司针对 CO2 部件强度要求提出解决方案，已经能够提供 CO2 热泵的部件和零件。美国Purdue 大学对CO2 专用压缩机进行了深入的研究，并成功举办多次压 缩机大会。Maryland 大学和Illinois 大学也对CO2 热泵进行了深入的研究，尤其是在汽车空调方面成 绩显著。德国Thermea 公司产品部分可以冷热二 联供，用于供热时额定COP 值高达5.5，英国ICS 公司与意大利DeLonghi 公司共同生产的商用产 品，出水温度超过90 ℃。此外，欧洲市场还有 CO2 汽车空调，家用冰箱、商用冷藏冷冻设备等。 制冷、制热用CO2 热泵技术正在蓬勃发展。
我国的CO2 热泵热水器尚处于研发阶段，起 步较晚，但目前已经有越来越多的企业和研究机构 对CO2 热泵进行研究与实验。天津大学王景刚等[10] 建立了热泵实验台，对CO2 跨临界循环系统在热 泵中的应用和各关键部件进行了理论和实验研究。 并对单级跨临界CO2带膨胀机循环与4 种双级循环 进行对比分析。西安交通大学徐洪涛等[11]对CO2 热泵循环进行了理论和实验研究，致力于专用压缩 机的研发。邓建强等[12]针对跨临界CO2 引射系统 进行研究，探究喷射器特性，系统控制特性，以及 系统性能等。胡斌等[13]对跨临界循环最优排气压 力进行极值搜索控制。中南大学廖胜明[14]进行了 CO2 跨临界循环的理论分析和循环参数优化，提出 了最佳换热-压力关联式。上海交通大学叶菁菁等 [15]对CO2 热泵用于汽车空调开展了研究。并将CO2 热泵与地源热泵系统耦合，改善其运行环境，降低 运行费用。清华大学张宇等[16]对CO2 热泵水平管换 热进行了研究，并与企业合作对微通道进行实验研 究与模拟。另外，大连交通大学、中原工学院[17] 等高校和单位也展开了对CO2 热泵系统的研究工 作。CO2 热泵系统已经成为国内热泵空调界的一个 热点研究领域。寇宏侨等[18]设计了一种应用于寒 冷地区的大功率CO2 热泵供热大温差小流量集中 热水供暖系统，实际数据表明系统运行高效、稳定， 具有良好的节能与经济效益。
2 CO2 热泵各部件发展现状
尽管CO2 热泵技术与传统热泵相比有较大的 优势，但是每个新产品问世的时候均存在诸多问 题，CO2 热泵存在的问题主要有：1）系统压力高。 系统运行压力较高，润滑效果不佳，压缩机和各部 件容易老化，碳化甚至被烧坏。2）控制调节较难。 只有优良的控制策略才能将其本身的节能性充分 体现出来，否则只会成为理论上的节能。3）系统 效率较低。CO2 节流装置前后压差甚至能够达到 9~10 MPa，故此系统压比小，压差大，具有较大 的节流损失。4）结霜结垢问题。CO2 系统适用于 低温地区，这导致蒸发器侧容易结霜；气冷器加热 热水的过程中热水温度十分适于结垢；而结霜结垢 问题很大程度影响系统效率，甚至破坏换热器。5） 热源局限性问题。常见CO2 热泵低温热源为空气， 即常见的空气源热泵，其弊端在于负荷越大时正是 天气恶劣时，极大影响了热泵运行效率。6）其他 问题。如CO2 热泵系统（配水箱）体积较大，占 地大、不美观。
针对这些问题，改进CO2 热泵系统性能可分 为3 个方面：1）改进系统，利用补气增焓技术， 中间冷却技术，多级压缩技术等措施改进系统，提 高系统性能。2）优化部件，对各部件的材料，结 构，形状，大小，布置等进行优化改进，消除或减 小短板因素。3）增强控制。硬件达到一定程度时， 软件则成为提高性能的重要保证。改进控制技术， 提高控制精度，真正实现理想化运行。
2.1 CO2热泵专用压缩机
CO2 热泵中最核心的部件为压缩机，其优劣直接 决定整个系统能否高效运行。因CO2 的比体积小， 吸气量大，压缩机尺寸可大大减小。但是工作压力高 对压缩机在零部件强度和密封性能上的要求较高， 所以CO2 压缩机技术在很大程度上影响了商用热泵 热水器发展。CO2 热泵压缩机根据不同形式主要分为 活塞式压缩机、涡旋式压缩机，螺杆式压缩机和滑 片式压缩机等类型[19]。由于活塞式压缩机耐高压、 压比小、泄漏量小，所以早期人们均采用简单的活 塞式压缩机。为了减小压缩机余隙，提高压缩机工 作效率，日本SANYO 设计开发了两级滚动活塞压 缩机，采用两级压缩，使轴上2 个滚动活塞呈180° 分布，平衡性能好，噪声小，因一级中间压力可达5 MPa，减少因压力高导致的机器变形和气体泄漏，可 在-20 ℃ 工况使用， 系统运行更加平稳高效； DARKIN 设计开发了摆动活塞式压缩机，增加了旋 转衬套，噪音控制在38 dB 以下，提高了压缩机绝 热效率，降低压缩机应力强度[20]。与常规热泵压缩 机的发展和改进相似，涡旋式压缩机和螺杆式压缩 机大大提高了压缩机的容积效率和稳定性。目进了单级转子压缩机， 有效减小了叶片磨损。由于压缩机排气压力和吸气 压力之差是传统压缩机压力差的数倍，导致了更加 严重的压缩机的气体泄漏和机械损耗。两级压缩的 分离减小了密封处的泄露，保证了较高的压缩效率。前除 了以上企业，日本松下、东芝、日立和电装、BOCK、 DANFOSS、DORINE、EMB RACO、ACC 等公司以 及中国的上海日立，西安庆安和广东美芝均能够依 靠自主设计开发CO2 专用压缩机，并且正在研究以 改良现有技术[21]。H. Nakao 等[22]改进了传统的R410 压缩机，利用DLC-Si 技术改
有的双级压缩机中反向布置的活塞有效减小压缩机 振动，减少噪声，此外，中间压力的设计使压缩机 壁厚减小35%，减小了系统自重。韩毅等[23]研究发 现大功率CO2 压缩机与同类产品相比运行效率约高 11.5%。当系统利用膨胀机代替膨胀阀时，采用膨胀 -压缩一体机能够有效回收一部分膨胀功，增大系统 COP。西门子公司生产的CO2STC-GV 整体齿轮式 压缩机，可达6 个压缩级，其设计CO2 流量约为 141000 m3/h，是其原有设备的近两倍。
目前的主要改良方向是1）设计开发高承压强度 的高效压缩机形式，减小容隙。2）改进能量调节方 式，针对不同形式的压缩机，依靠类似于变频技术， 不同的能量调节方式，实现根据负荷进行调节。3） 提高二氧化碳热泵可靠性，降低运动部件磨损。4） 降低压缩机运行噪音。5）开发双级压缩机或压缩- 膨胀一体机，回收膨胀功，增大效率。
2.2 换热器的研究
CO2 热泵系统当中换热器主要有3 部分，分别 为：气体冷却器、蒸发器和回热器。
相对于传统热泵而言，气体冷却器相当于冷凝 器，特点是压缩机排出的制冷剂气体并未发生相变， 而是利用显热完成换热过程。由于跨临界循环过程 中，高温高压的CO2 气体在超临界区比容大、流量 小、压力高、温度滑移大。这直接导致所需的气体 冷却器耐压强度高、管径小、换热强等特点。杨亮 等[24]对超临界CO2 流动与换热特性进行分析并得到 相应计算关联式。伊利诺伊大学J. M. Yin 等[25]采用有 限元分析法建立了超临界交叉流气体冷却器模型， 准确地估计近临界点附近热力学及流动特性的变 化，并认为三通气冷器是单层板式换热器中效果最 佳的，使用多层板式换热器能够进一步提高换热性 能。这是因为在超临界区域内换热时，靠近临界点 的位置换热系数骤然提高，能够快速将工质中的热 量提取出来，对于提高平均换热效率有显著意义。
当前气冷器形式主要有：套管式[26]、外绕式和 微通道式换热器[27]。发展历程经历了从套管式到外 绕式再到微通道式的过程，如图2 所示。S. Taira[28] 对比3 种气体冷却器，分别为普通套管式换热器、 光管外绕式换热器和光管盘式换热器。套管式换热 器重量大、造价高、不容易减小体积；光管外绕式 能够减小10%~30%的体积，将光管外绕式换热器盘 在一起，能够进一步减小换热器体积，增大换热能 力。从气冷器趋势来看，制冷剂与水换热正在由对 流为主导向以导热为主导发展，这既是出于换热效 率的考虑，又是出于安全性、防止二次爆炸的考虑。 3 种换热器通过减小流道面积，增大换热面积，能够 利用CO2 比容大，黏度低的特点，充分发挥流动优 势，提高换热效率。
T. Okada[29]分析了新型具有带凹槽的外绕式换 热器，不仅能增大换热面积，减小换热器的体积， 还能增大换热器水侧的扰动，破坏边界层，提高换 热系数，进一步减小换热面积，另外制冷剂经过分 液能够减小制冷剂在换热器内压降，对于CO2 热泵 气冷器是一个巨大的进步。日本大金公司采用外绕 式气冷器，在近临界点处，CO2 热容突然剧烈增长， 导致换热效率急剧升高，而将CO2 管路绕在水管外 进行换热，并通过缠绕的密度控制换热的强度，能 够将近临界区内的热量迅速提取出来，这种换热器 的缺点是不易加工制造，工艺要求高。微通道换热 器即通道水力直径为10~1000 μm 的换热器。微通道 换热器由于通道面积减小，单位质量流量制冷剂的 换热面积大大增加，有效减小换热器体积，增大换 热效率。但由于超临界区域内的CO2 特点，利用微 通道式换热器容易出现分液（分气）不均的现象， 缺乏良好的流路设计，影响换热。微通道式换热器 的研究处于起步阶段，新式材料的可靠性问题以及 价格的原因暂时制约了其应用。饶荣水等[30]研究微 通道换热器换热能力，指出微通道换热器是应对国 家2 级能效要求的很好的技术解决方案。随着进一 步的研究和改进，微通道式换热器将会成为气冷器 甚至蒸发器的一种优良的选择，具有良好的前景。 CO2 热泵多用作热水器，在50~70 ℃温度范围 内容易产生水垢，由于流道面积的减小较难清除， 实际设计过程中采用控制热水器的出水温度及改变 气体冷却器的放热回路等措施可有效改善此状况。
蒸发器的形式较简单，由于蒸发器侧制冷剂压 力和温度较常规热泵机组差别较小，所以大部分仍 使用翅片管式换热器，以紫铜制管，铝制翅片，这 种换热器技术成熟，换热效率较好，除霜方便且应 用较广。另外微通道式换热器作为一种新兴的换热 器，主要是针对汽车空调提出，现在有拓展到住宅 用空调和热泵的趋势。与气冷器用微通道式换热器 类似，由于工质为液体，分液不均的问题更为严重， 这是制约微通道式换热器发展的主要因素。由于蒸 发器侧换热温差小，所需换热面积大，采用微通道 式换热器能有效增大换热面积，使设备更加紧凑。 因此，目前微通道式换热器成为CO2 热泵蒸发器换 热器形式的研究重点。
回热器较为单一，很多企业回热器形式与气冷 器形式相同，只是由气气换热变为气液换热。目前 最为常见的形式是套管式和接触式，由于结构单一 不再赘述。
由于系统压强整体较高，对换热器等设备的承 压能力均有较高要求，但工质自身密度大，黏度低， 其换热管道及连接管道均较细，因此承压能力较容 易解决，管道密封及接口的焊接质量要求相对更高。
2.3 节流装置的研究
对于节流装置，CO2 高压侧压力能达到9~14 MPa，低压侧一般为3~4 MPa，因此，膨胀阀必须 能够承受15 MPa 以上的压强，目前很多厂家不能 提供。节流装置两侧压差达6~10 MPa，过热损失 和节流损失均较大，尽管用回热循环并调节最佳压 缩比可有一定改善，但问题仍较大。学者研究发现
解决此问题的方法主要有两方面：
1）通过改变节流装置，回收膨胀功。针对CO2 跨临界循环膨胀比小，而膨胀功大（压缩功的 25%~30%）的问题，Lorentzen 首先提出用膨胀机 代替节流阀。天津大学管海清[31]通过实验证实采用 膨胀机对CO2 跨临界循环系统的COP 有明显提高 作用。一般工况下，可提高20%~40%。但膨胀机 加工制造困难，成本高，不适用于小型系统，而采 用结构简单、成本低、无运动部件、对两相流工况 适应性好的喷射器回收部分节流膨胀过程损失的 功，构成CO2 跨临界喷射/压缩式制冷可能是一种 较为可行的途径。J. P. Liu 等[32]首次提出在跨临界 CO2制冷压缩循环中采用喷射器代替节流阀来回收 膨胀功，通过建立计算模型，得出系统COP 较常 规的节流阀系统提高6%~14%。J. Sarkar[33]通过应 用热力学循环模拟获得了最佳排气压力对蒸发温 度和气体冷却器出口温度的函数，并分析得出带喷 射器的跨临界CO2 循环的㶲效率可比传统的节流 阀系统最多高出9%。中国科学院、西安交通大学、 浙江大学、上海交通大学、东南大学等均对空调、 热泵系统用喷射器进行了研究，包括喷射器特性、 结构设计、数值模拟及软件开发等内容。范昊[34] 设计了空气源CO2 热泵热水器的喷射器，并用数值 模拟的方法对喷射器内部流场进行了分析。大连理 工大学李熠桥[35]进行了可调式蒸汽喷射器性能的 计算分析，建立模型并运用Fluent 模拟实际运行过 程中工况改变对喷射器性能的影响。河北工业大学 陶金亮[36]实验研究了变工况蒸汽喷射式热泵可调 式喷射器。可调式喷射器，即利用步进电机的电脉 冲信号驱动喷针向前向后移动，从而改变喷嘴喉部 面积来调节最优高压侧压力，能够针对不同工况进 行能量调节，从而提高系统循环效率。不同机构研 究结果吻合，可以得出结论：使用喷射器能够减小 节流损失，系统COP 提高约10%，同时能够有效 提高压缩机吸气温度，降低压比，提高压缩机效率。
2）通过减小节流装置两侧压差，从而减小节 流损失。通过设置回热器或利用过冷技术能够有效 降低气冷器出口即膨胀阀入口处温度，很大程度减 少节流损失，提高系统性能。此部分内容在系统研 究中详细介绍。
对于改进节流装置的研究有：1）大型设备中考 虑采用膨胀机代替膨胀阀，回收膨胀功，减少节流 损失；2）小型或中型设备中采用喷射器代替膨胀阀， 研究带喷射器的蒸汽压缩式热泵循环及利用可调式 喷射器进行能量调节；3）设置中间换热器（回热器） 或利用过冷技术减小节流装置入口制冷剂温度。
2.4 系统的研究
许多学者对CO2 跨临界系统进行了理论、实验 分析以及模拟，通过制冷剂流路的变化及零部件的 增设，利用双级压缩技术、补气增焓技术、回热循 环、过冷技术、与其余高效系统耦合技术等对系统 进行了优化改进。基于热力学第二定律，对CO2 跨 临界系统建立了㶲经济分析模型，通过实际的工程 数据，理论上计算分析了系统各部件的㶲损失和比 率[37-38]。对于低温环境下CO2 热泵系统运行性能较 差的问题，王沣浩等[39]总结了国内外学者关于改善 系统在低温环境下适应性的研究，分析了空气源热 泵在低温环境下存在的弊端，并根据最新的研究进 展做出了空气源热泵的发展方向展望。金磊等[40]提 出4 种CO2 热泵的改进方案，通过计算和对比，为 CO2 热泵在低温寒冷地区的应用提供了理论依据。许 多研究还将CO2 跨临界循环与其他制冷剂循环联合 使用以改善循环性能。例如将R134a 热泵循环和CO2 跨临界循环结合用于空间加热，研究表明，环境温 度从-20 ℃ 到0 ℃，联合系统循环的加热容量和 COP 分别增加了32.6%和18.2%[41]。Song Yulong 等 [42]对用于空间加热的联合R134a/CO2 热泵系统和级 联R134a/CO2 系统进行了性能比较。发现联合系统 在高温环境和高进出水温差时表现较好。并提出了 一个操作条件系数，该值在大于0.263 时，联合系统 性能更优越。近年来还有很多学者将新兴的技术运 用到CO2 热泵系统中，以提高系统性能。华南理工 大学项招鹏[43]将相变蓄热技术和复叠式循环应用于 CO2 热泵系统，提高了热泵热水器系统运行的经济 性。刘剑等[44]提出了一种用于住宅采暖和全年供应 热水的太阳能辅助CO2 热泵供热系统，通过示范住 宅对系统进行性能测试，并对结构参数进行了优化 分析。结果表明，系统在整个采暖季的耗电量最小 且太阳能的保证率达65.7%。意大利DORIN 公司针 对CO2 热泵热水温度滑移及优良的热物理性能，研 制出大型冷热联供系统。BIZER 与DORIN 公司均高 度重视新一代双级压缩技术，即平行压缩技术，并 将其推广应用在实际工程项目中。
在CO2 跨临界循环系统中增设回热器形成回热 循环，不仅保证压缩机吸气过热度，防止压缩机液 击现象的发生，同时增大气体冷却器制冷剂出口过 冷度，降低节流装置入口处压力与温度，从而减少 节流损失，增大系统效率。C. Aprea 等[45]对使用回 热器（internal heat exchanger ，简称IHX）改善CO2 跨临界循环的效果进行了实验性评估。结果表明:使 用IHX 的情况下，气体冷却器入口的空气温度从 40 ℃降至25 ℃时，COP 增加高达10.5%。E. Torrella 等[46]实验研究了在使用IHX 时，CO2 跨临界循环在 3 种不同蒸发温度（-5 、-10 、-15 ℃）和2 种不同 的气体冷却器出口温度（31、34 ℃）工况下的循环 性能。结果显示，冷却量和循环效率的最大增量达 12%。A. Cavallini 等[47]通过理论和实验研究了具有 IHX 的两级压缩循环性能。结果表明，IHX 提高了 冷却能力，降低了最优高压，IHX 的使用可以提高 循环COP 约10%。利用过冷技术同样可以降低气体 冷却器制冷器出口处温度与压力，达到降低节流损 失，提高系统效率的目的。目前常用的过冷方式分 为3 种：1）机械式过冷，即在传统循环中增设过冷 循环，通过对制冷剂出口处制冷剂进行过冷从而提 高系统COP。德国BIZER 等厂家已将其作为提高系 统能效的方法进行应用，得到预期效果。2）依靠自 身冷量过冷。对冷凝器出口的制冷剂进行分流，部 分制冷剂节流后将另一部分过冷。合理分配两部分 制冷剂流量，可达到系统效率最大值。3）蓄冷式过 冷。这是一种相对成熟的技术，对于热泵供暖，可 利用余热加热室内，或利用余热除霜达到对制冷剂 过冷，尤其蓄热除霜，不仅解决了除霜热源的问题， 同时降低节流损失，对能量梯级利用，增大能量利 用率。4）采用地下水过冷。狭义上理解即采用地下 水工质对气体冷却器出口CO2 工质进行过冷，广义 上可将地下水引申，即采用一切可采用的工质对制 冷剂进行冷却，冷却为超临界区域内的液体或气体。 改进系统循环，主要是将CO2 循环回路加以变 化或结合制冷采暖新技术提高系统效率。例如蒸汽 压缩/喷射系统，补气增焓，双级压缩，太阳能-CO2 热泵耦合采暖系统，CO2 热泵蓄热除霜系统等。优化 方案，改良系统，从宏观角度改变制冷剂循环方式， 从原理角度入手对热泵进行优化。
3 结论与展望
纵观国内外学者对CO2 热泵系统的研究可以发 现：越来越多的人们关注改进和优化CO2 热泵。通 过提高CO2 热泵各部件的效率或改进系统运作方式 优化整个热泵系统。优化项目涉及各个部件、各个 方面，使整个系统尽量利用CO2 跨临界循环的优势， 提高系统的可靠性和高效性。同时产生了越来越多 的新技术、新思路对CO2 热泵系统进行改良。如何 同时提高系统的实用性和可靠性是当前CO2 热泵研 究领域的重点内容。
因此，结合当今国内外CO2 热泵系统的研究现 状和存在的问题，对CO2 热泵热水器未来的发展进 行展望：1）开发新的适于CO2 热泵系统的循环过程， 降低系统对环境温度的依赖性，提升系统运行的稳 定性。例如采用补气增焓技术及多级压缩技术保证 其在低温工况中的效率。2）对跨临界循环系统部件 进行优化，如降低气冷器出口温度，采用喷射器或 膨胀机减少节流损失；改进气冷器与蒸发器形式， 提高换热效率；开发新型高效高强度专用压缩机， 降低压比，提高压缩机效率。3）将新兴技术如相变 材料蓄热技术及太阳能技术等与CO2 热泵系统结 合，充分发挥各自优势，使系统性能得到进一步提 升。4）完善系统的仿真模型，利用计算机仿真技术， 开发高效控制系统，软硬件结合，实现有效、准确 的模拟系统的运行状态和性能分析。