设计了一套带喷射器的跨临界CO2热泵热水器系统实验平台，开发了相应的计算机测控系统．进行了改变冷却水体积流量和进口温度对系统性能影响的实验研究，分析了制热系数、制热量、压比、喷射系数、升压比、喷射器效率等参数的变化趋势．实验结果表明：随着冷却水体积流量减小或进口温度增加，喷射系数增加的同时，升压比也增加，而喷射器效率却降低；在测试工况范围内喷射器效率最高达到34％，升压比最高达到1．165；在蒸发温度为-5℃时，制热系数达到3左右．带喷射器的跨临界CO2热泵热水器循环的压缩机压比与传统循环相比减少了12％～14%，喷射器的引入有效地提高了跨临界CO2热泵热水器循环的效率．

为了研究跨临界CO2热泵热水器制冷剂充注量对制热系数的影响,通过调节变频压缩机频率与电子膨胀阀脉冲,在制热量与压缩机入口过热度一定的条件下,对制热系数、压缩比、吸气和排气压力等与制冷剂充注量的关系进行了实验研究.结果表明：随着制冷剂充注量的增加,压缩机的排气压力上升,气体冷却器出口制冷剂的温度下降;随着蒸发器中热源水入口温度的上升,吸气压力上升,压缩比和排气温度下降;最大制热系数随热源水入口温度的上升而增大.当热源水入口温度为15℃且压缩机入口过热度为5℃时,系统的最大制热系数为3.25,最佳制冷剂充注量为1.7 kg.

对采用CO2和烷烃(R290、R600a、R600)组成的混合工质的自然复叠制冷系统应用于普冷领域进行了理论分析.研究了在CO 2作为低沸点工质时,高沸点工质和中沸点工质对系统压比和性能系数 COP 的影响,以及这些性能参数随系统中CO2摩尔含量的变化情况.

CO2被广泛的认为是一种环保制冷工质,但由于CO2制冷循环节流损失大,故常采用膨胀机代替节流阀,文中研究了,膨胀机和压缩机同轴联动布置的制冷循环,制冷过程中的各种工况参数对循环的影响,以及在制冷的过程中,对气体冷却器放出的热能的回收。得出,蒸发器温度和冷却器出口温度,通过影响EER、制冷量等对制冷形成影响。同时,由于进行热回收的制热过程往往受限于制冷,因此,可以调整制冷循环,使制冷循环既能满足制冷的要求,同时也能兼顾制热的要求。

在工业制冷、食品冷冻冷藏和室内外热舒适调节等方面,CO2作为一种自然环保制冷剂愈来愈受到人们的青睐。近年来,CO2制冷剂的应用范围由原来的热泵热水器逐步扩大,从小型制冷装置上的饮料零售机、制冰机到大型超市的带热回收装置的并联机组等;而用于CO2工质的制冷循环也由单一的复叠、二次载冷系统扩展为跨临界、跨临界增压等系统。文中阐述了CO2在低温下的热力学性质与特性分析,以及在跨临界制冷循环中的应用和提高系统性能的方法。

基于常规能源日益稀少，环境污染日益严重，主要研究开发利用太阳能来进行低温发电。采用了CO2、R123、R134a、R290、R600、R236fa、R245fa、NH3等8种常用的制冷剂，选用等工况（same working condition,SWC）和最佳蒸发压力（optimal evaporating pressure，OPO）两种研究方法，分析各个工质的循环特性。并以CO2的跨临界循环和R134a的亚临界循环为例，进行分析，对比了不同太阳辐射量和工质质量流量下效率、温度及膨胀比的变化。结果表明，CO2的膨胀比最小，膨胀性能优于其他7种工质，最差的为R245fa。OPO法的计算方法只适用于亚临界循环，不适用于跨临界循环。在进行非常规循环（跨临界循环）与常规循环（亚临界循环）热源条件变化的对比中，SWC法更有说服力。

为了测试在相同工况下,CO2跨临界循环非绝热毛细管各区段的换热能力;并测试毛细管进口压力10MPa,进口温度39℃,蒸发温度7℃,制冷量1k W时,5种内径毛细管所需的长度,以及毛细管换热量随毛细管管径的变化情况,搭建了CO2跨临界循环试验台,进行了相关试验,试验结果表明：非绝热毛细管在超临界区域换热能力最强,亚临界两相区换热能力最弱,毛细管换热量随毛细管内径增大而增加。

为了设计出结构紧凑、具有更好换热性能的CO2蒸发器,本文建立了套管式CO2蒸发器的计算模型,论述了套管式换热器的计算方法和步骤,并最终确定了套管式换热器的结构尺寸和型式。结果表明：传热系数随管束内径的增大先增大后减小,CO2侧压降随管束内径的增大而减小;管束个数增加,换热系数和CO2侧压降都减小。研究成果可为今后套管式CO2蒸发器的优化设计提供理论依据。

基于CO2作制冷剂应用于热泵系统的优良特性,搭建空气源热泵热水系统试验台,进行了单根毛细管、双毛细管、3根毛细管并联组合分别作为节流元件的对比试验,结果表明采用3根毛细管并联组合节流时具有全天候平均COP最高,并得出各温度阶段适用毛细管组合规律,为提高CO2热泵热水器制热能效提出理论依据。

为了提高复叠式制冷系统的性能，有必要对不同的复叠式制冷循环进行对比分析。本文建立了2种分别采用R290/CO2与R404A/CO2工质的复叠式制冷循环的计算模型，并进行理论模拟计算与对比分析。结果表明，R290/CO2复叠式制冷循环的COP比R404A/CO2循环高；而且2种制冷循环中，都存在最佳低温循环冷凝温度，使得系统COP取得最大值。应尽量增大蒸发温度、减小冷凝温度以及降低冷凝蒸发器传热温差，这也有利于循环的安全运行。总之，R290/CO2复叠式制冷循环的综合性能更优，在环境保护、节约能源方面具有较好的发展前景。