为研究CO2在热泵领域的应用,设计并搭建了CO2跨临界循环水源热泵系统试验台,研究系统在不同工况下运行的性能参数.试验结果表明：在水源温度为30℃,初始水温度为25℃,蒸发温度为10℃,终止水温度为60℃和65℃,蒸发器侧的水热源流量为0.6 m^3/h条件下,系统COPH随着高压侧压力的升高,呈现出先升高后降低的趋势,最大COPH为4.4,与其相对应的高压侧压力为最优高压侧压力.

在应对全球变暖,高效环保工质的替代研究中,跨临界CO2循环得到了重视。本文搭建了直流变频空气源CO2热泵热水系统实验装置;在最佳充注量0.880kg工况下,分别通过改变压缩机频率、电子膨胀阀开度、水流量来研究了该机组的性能。结果表明：该机组能产生65℃以上高温热水;其相应高压压力达9.5MPa以上,机组处于跨临界运行。在合理匹配压缩机频率、气冷器进水流量和电子膨胀阀开度等参数的基础上,可使机组高效运行,实现节能减排的目标。

环境问题的突出引起人们对CO2作为制冷剂的更多关注.CO2跨临界循环需利用双级压缩技术提高循环效率,因此对核心部件双级滚动转子压缩机进行自主开发设计,分析了双级压缩机工作腔内的吸气、压缩、排气过程和结构特点;设计了一定工况下的CO2跨临界循环双级滚动转子压缩机;根据设计的结构参数进行了运动和受力分析,并以此为指导,在摩擦严重的部位进行结构特殊化处理,如在滑板端部增加密封柱,以减小摩擦和泄漏,提高压缩机效率.

CO2跨临界制冷循环存在最佳高压压力，对应着最大COP。但是，膨胀机循环的最佳高压压力与节流阀循环的最佳高压压力不同。CO2膨胀机循环的最佳高压压力主要受压缩机效率、膨胀机效率、气体冷却器出口温度以及蒸发温度等参数的影响。当压缩机和膨胀机的效率一定时，CO2节流阀循环的最佳高压压力比膨胀机循环的高。为了计算方便，对膨胀机循环的最佳高压压力进行了计算和数据回归，并给出了计算关联式。

以热力学第二定律和卡诺定理为基础,提出了一种新的热力学分析方法-当量温度法,并以此为基准对各种制冷循环进行了分析.与传统分析方法相比,当量温度法可以得出更加公正、合理的结论.

在应对全球变暖,高效环保工质的替代研究中,跨临界CO2循环得到了重视。本文搭建了直流变频空气源CO2热泵热水系统实验装置;在最佳充注量0.880kg工况下,分别通过改变压缩机频率、电子膨胀阀开度、水流量来研究了该机组的性能。结果表明该机组能产生65℃以上高温热水;其相应高压压力达9.5MPa以上,机组处于跨临界运行。在合理匹配压缩机频率、气冷器进水流量和电子膨胀阀开度等参数的基础上,可使机组高效运行,实现节能减排的目标。

在设计工况下，建立了用于CO2跨临界循环热泵热水器的套管式气冷器的稳态分布参数模型，对其结构参数进行了敏感性分析，指出了它们的合理变化范围：管内套1根管时，内管外径应至少大于8．00mm，低于10．00mm，外管内径应在11．00mm以上，13．00mm以下；管内套多根管时，3根管性能最优。优化设计结果对CO2气冷器产品的开发具有一定的指导意义。

为了提高CO2跨临界循环系统的效率，可以采用双级压缩。分析了给定双级系统的最优工况点，一级节流双级压缩系统的最优中间压力以及最优高压压力随不同参数的变化趋势性能，得到了最优高压压力与最优中间压力的关联式，为双级系统的设计提供了理论支持。

主要对带节流阀的CO2跨临界水-水热泵系统建立了数学模型,对系统的制热性能进行了模拟计算,并与试验数据做了对比。主要分析了高压侧压力、冷却水和冷冻水的进口温度和流量分别对系统制热系数和制热量的影响。结果表明,模拟计算结果与试验测试值的一致性较好,从而验证了模型的可信度。模拟所得对应最大制热系数的最佳高压侧压力与实验结果存在一定的偏差。系统的制热性能系数和制热量随着冷却水进口温度的升高而降低,随冷冻水进口温度的升高而增大;而且都随着冷却水和冷冻水流量的增加呈现出升高趋势。

基于CO2跨临界循环系统原理，对三种单级循环进行了性能分析。结果表明：SCV循环、SCV＋IHX循环和SCE循环都存在最优高压压力；随压缩机排气温度变化，SCV循环系统COP最小，SCE循环COP最大；随着蒸发温度的增加，三个单级循环COP均增加，SCE循环性能最优，SCV循环性能最差；随着气体冷却器出口温度的增加，三个单级循环COP均下降，SCE循环性能最优，节流阀SCV循环性能最差。与蒸发温度相比，气体冷却器出口温度对最优高压压力的影响较大。