利用CO2跨臨界循環(huán)加熱水的熱泵裝置的原理性系統(tǒng)與循環(huán)如圖2一31所示。

圖上方示出的系統(tǒng)組成與圖2一30（b）類似。T一s圖中的虛線分別表示被加熱水的溫度變化和低溫?zé)嵩磦?cè)的溫度變化。

就一般情況而言，多數(shù)熱泵從環(huán)境（水或空氣）大熱源吸熱，熱源溫度變化較小，蒸發(fā)器中制冷劑的定溫蒸發(fā)過程很適宜這種傳熱情況。熱泵向有限流量的水或空氣排熱，被加熱的流體溫度升高，所要求的流體溫升值或大或小。在小型直接凝結(jié)的空氣熱泵中，被加熱空氣的溫升范圍從（15一20）K（常規(guī)分體式機(jī)組）直到（30~40）K（大型區(qū)域熱網(wǎng)供熱），工業(yè)應(yīng)用和直接對(duì)水罐加熱的場合，則還要更高。這導(dǎo)致若用凝結(jié)排熱的常規(guī)熱泵循環(huán)方式，由于冷凝器中制冷劑定溫排熱與被加熱流溫升的不匹配，而要額外消耗相當(dāng)多的功率。

這樣的加熱過程用CO2跨臨界循環(huán)就很相宜。從圖2一31中可以看到，要提高熱泵的效率，應(yīng)使CO2的排熱溫度曲線與被加熱流體的吸熱溫度曲線形狀相近似。

當(dāng)要求加熱水的溫升較大時(shí)，用圖2一31所示的CO2：單級(jí)壓縮系統(tǒng)，適宜于要求加熱溫升（40~50）K的場合（取決于熱源溫度）。這種情況下，與傳統(tǒng)循環(huán)相比，它很容易將比功降低40%，COPH也獲得相應(yīng)的改善。

當(dāng)要求加熱水溫升較小時(shí)，上述系統(tǒng)的CO2：的排熱溫度曲線與被加熱流體的吸熱溫度曲線匹配不理想，存在COPH：下降的問題。用分級(jí)壓縮可以解決該問題。通過分級(jí)壓縮，讓CO2的排熱溫度曲線與期望的形狀相接近。圖2-32示出一個(gè)兩級(jí)壓縮的CO2熱泵式水加熱系統(tǒng)。將水的溫度從35℃加熱到60℃，適用于溫帶地區(qū)冬季供暖裝置。圖2-33利用T-s圖給出在同樣制熱能力和加熱溫度要求下，傳統(tǒng)R12熱泵循環(huán)與CO2兩級(jí)壓縮熱泵循環(huán)的比較。顯然，由于熱交換的溫度匹配關(guān)系改善了，CO2系統(tǒng)的能效明顯優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

CO2熱泵熱水器也可應(yīng)用在寒冷氣候地區(qū)，同時(shí)提供生活熱水和房間供暖熱水。對(duì)于提供供暖熱水和生活熱水的CO2熱泵熱水器，氣體冷卻器可以有不同的布置方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)氣體冷卻器是提高CO2熱泵熱水器節(jié)能性能的重要途徑之一。