1974年美國科學(xué)家Rowland和Molina發(fā)現(xiàn)之所以臭氧層會(huì)遭到破壞，是氯、溴的原因，并發(fā)表了著名的臭氧層衰減學(xué)說，之后人們開始關(guān)注制冷劑的安全使用和環(huán)境保護(hù)問題。1985年3月，在聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）的主持下，聯(lián)合國外交會(huì)議通過了旨在保護(hù)臭氧層的《維也納公約》；1987年9月，歐共體（歐盟的前身）和日本等24個(gè)國家在加拿大蒙特利爾通過了《蒙特利爾議定書》并定于1989年1月生效。發(fā)達(dá)國家于1996年1月1日起，完全停止生產(chǎn)CFCs、HCFCs，至2020年完全取代CFCs、HCFCs的使用；發(fā)展中國家于2012年停止使用CFCs，到2040年完全停止使用HCFCs。由此新型的制冷劑就日益體現(xiàn)出重要性和迫切性，作為環(huán)境友好型的自然工質(zhì)CO?自然而然地受到格外重視。CO?無毒且不易燃燒，既不會(huì)破壞臭氧層，也不會(huì)加快溫室效應(yīng)，是一種理想的替代制冷劑，被稱為解決制冷劑環(huán)境問題的最終方案。

大量的事實(shí)及研究表明，許多人工合成的制冷劑，在最初時(shí)明顯地提高了人類生活環(huán)境的舒適度及社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，但隨著空調(diào)的普及，這些人工合成的制冷劑使用量大量增加，逐步對(duì)地球生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成了破壞。因此從環(huán)境的長(zhǎng)期安全來看，應(yīng)盡量少用或者禁止使用破壞環(huán)境的非自然制冷劑，研究并開發(fā)使用自然工質(zhì)。二氧化碳屬于天然制冷劑，可以替代HCFCs工質(zhì)，所以得到了諸多研究者的關(guān)注。CO?制冷劑在冷卻過程中溫度的變化較大，能夠放出大量的熱量，與水進(jìn)行熱交換可以制備生產(chǎn)生活所需的熱水。CO?熱泵具有較高的系統(tǒng)效率。CO?制冷劑可以逐漸擴(kuò)大使用范圍并取代傳統(tǒng)的制冷劑（如R22等）及其現(xiàn)有的替代物（如R134a、R410A等）。由此可見，CO?熱泵的應(yīng)用前景非常廣闊，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，研究其如何實(shí)現(xiàn)并保持高效運(yùn)行具有非常重要的意義。

日本是CO?空氣源熱泵最早開始發(fā)展的國家。早在1995年，日本CRIEPI、東京電力公司和DENSO公司的MSsikawa、K.Kusakari等人就開始合作研究CO?熱泵系統(tǒng)，建起了CO?熱泵熱水器樣機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)；通過計(jì)算及相應(yīng)分析后，當(dāng)CO?熱泵熱水器供應(yīng)熱水時(shí)，其性能高于傳統(tǒng)工質(zhì)熱泵。熱源的溫度選取東京冬季用電低峰23：00至次日早7：00的空氣平均溫度值，自來水溫度8.3℃，熱水溫度65℃；結(jié)果表明，當(dāng)膨脹閥處于最佳開度時(shí)，COP達(dá)到2.7。自2002年該系統(tǒng)進(jìn)入市場(chǎng)后，銷售量持續(xù)上升，日本電力公司到2020年銷售累計(jì)達(dá)到1000萬臺(tái)左右。

CO?空氣源熱泵機(jī)組能快速生產(chǎn)高溫（90℃）熱水，全年生活熱水及供暖其機(jī)組性能達(dá)到3.0。未來CO?熱泵將在我國工業(yè)、商業(yè)、建筑供熱系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。由于其低溫性能優(yōu)異、出水溫度高，CO?空氣源熱泵在寒冷地區(qū)用于供暖有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。空氣源熱泵能夠在我國長(zhǎng)江流域以北地區(qū)使用，因此可成為提供生活熱水、工業(yè)干燥、制熱、制冷多用途的設(shè)備。