CO₂熱泵即采用CO₂作為制冷劑的熱泵系統(tǒng)，由于CO₂的冷媒代號(hào)為R744，所以CO₂熱泵也稱R744熱泵。

CO₂熱泵與普通熱泵的工作原理基本一樣，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)儲(chǔ)熱水箱的水溫低于溫度控制器設(shè)定值時(shí)，熱泵、風(fēng)機(jī)及循環(huán)水泵自動(dòng)開(kāi)啟，風(fēng)機(jī)將空氣吸入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內(nèi)的熱媒吸收空氣中的熱能后，經(jīng)熱泵（壓縮機(jī)）加壓后產(chǎn)生高溫，再通過(guò)熱交換器將熱量釋放給水使水溫升高 ，熱媒降溫后經(jīng)節(jié)流閥流回蒸發(fā)器，如此反復(fù)進(jìn)行吸熱和放熱，直到被加熱水的水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，熱泵和風(fēng)扇停止工作。

CO₂單位容積制冷量是其他制冷劑的數(shù)倍，其優(yōu)良的流動(dòng)和傳熱特性，可顯著減小壓縮機(jī)與系統(tǒng)的尺寸，使整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊；CO₂冷媒，對(duì)臭氧層的破壞幾乎無(wú)破壞作用，GWP也低；高熱效率的CO₂冷媒配合夜間離峰電費(fèi)將大大降低操作成本；良好的性和化學(xué)穩(wěn)定性，CO₂安全無(wú)毒，不可燃，適應(yīng)各種潤(rùn)滑油及常用機(jī)械零部件材料，即便在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體；具有與制冷循環(huán)和設(shè)備相適應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì)，CO₂的蒸發(fā)潛熱較大；與常規(guī)制冷劑相比，CO₂跨臨界循環(huán)的壓縮比較小，約為2.5～3.0，可以提高壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，從而提高系統(tǒng)的性能系數(shù)。

采用CO₂排氣溫度較高，可以得到更高溫度的熱水，55~90℃范圍內(nèi)可調(diào)；CO₂熱泵可在-20℃工作，即使在嚴(yán)寒環(huán)境也可供應(yīng)90℃熱水。

CO₂在地球上是取之不盡、用之不竭的自然物質(zhì)，作為一種天然冷媒工質(zhì)，憑借其環(huán)保、無(wú)毒以及優(yōu)良的跨臨界循環(huán)等特點(diǎn)，被看作是氟氯碳化物冷媒的最佳替代物。

CO₂熱泵采用CO₂作為制冷劑，普通熱泵一般用環(huán)保冷媒作為制冷劑，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(huì)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。
 

CO₂作為制冷劑的主要缺點(diǎn)，是其具有較低的臨界溫度（31.1℃）和較高的臨界壓力（7.37MPa）。特別是后者，若采用跨臨界循環(huán)，CO₂制冷系統(tǒng)的工作壓力最高可達(dá)10 MPa，這對(duì)系統(tǒng)的材料強(qiáng)度、密封和管道連接等方面的要求更苛刻，無(wú)疑，其生產(chǎn)成本也較其他空氣源熱泵機(jī)組要貴一些。

CO₂熱泵系統(tǒng)能否安全可靠的運(yùn)行，與其基本材料的選擇，以及零件、儀表等承壓能力是否足夠強(qiáng)等也都有著莫大的關(guān)聯(lián)。一般的配件和材料承受不了CO₂熱泵的壓力要求，需要采用專用的零部件和材料才能滿足。

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