二氧化碳空气能热泵热水器是什么样的，以下做了简单的描述：

（1）基本数据

环境空气温度为10℃，工质的蒸发温度为0℃，工质在蒸发器出口处的过热度为o℃；自来水（冷水）的温度为15℃，所需的热水温度为60℃，热水产率为100L/h，热泵制热量应为：

Qc=100×4.2×（60-15）/3600=5.25（kW）

工质出气体冷却器的温度为20℃，压缩机的效率为ncom=0.6.

（2）结构与循环

二氧化碳热泵热水机组的结构及循环如图16-8所示。

图16-8二氧化碳热泵热水机组的结构及循环图

16-8中1点为压力为3~4MPa的二氧化碳低温饱和蒸气，经压缩机升压至2点，变为压力为8~11MPa的高压高温状态，进入气体冷却器，在压力基本不变的情况下温度下降，放热来加热冷水，至3点，变为高压低温的状态，进入膨胀阀，经节流后，至4点，变为低压低温的饱和液与饱和气的混合物，吸收低温热源的热量，并蒸发气化，至蒸发器出口处又全部变为低温低压饱和气，再进入压缩机开始下一个循环。

（3）参数计算

压缩机进口处工质的压力为p1=3.48MPa，烙为t=432kJ/kg，嫡为=1.847kJ/（kg·℃）。

初取压缩机排气压力为p2=8.5MPa，该压力下工质出气体冷却器处的焙为hs=246kJ/kg；等熵压缩时压缩机出口处工质的焙为hzs=466kJ/kg，压缩机排气温度为80℃。

由表16-10可见，气体冷却器中工质与水的最小传热温差约为0℃，难以满足传热要求。

再取压缩机排气压力为p2=9MPa，该压力下工质出气体冷却器处的烙为h3=245kJ/kg；等嫡压缩时压缩机出口处工质的熔为h2s=469kJ/kg，压缩机排气温度为87℃。

气体冷却器中工质与水的沿程温度变化情况如表16-11所示。

由表16-11可见，气体冷却器中工质与水的最小传热温差约为4℃，基本可满足传热要求。

再取压缩机排气压力为p2=9.5MPa，该压力下工质出气体冷却器处的常为h3=244kJ/kg；等熵压缩时压缩机出口处工质的焙为h2s=471kJ/kg，压缩机排气温度为92℃。

基于以上数据并参考常规工质部件的确定方法，该机组所需的压缩机可被选定；蒸发器可选用翅片管式（二氧化碳流动管的承压应不小于8MPa），其传热系数取值范围及平均传热温差、换热器面积的计算方法与常规工质类似；气体冷却器可选用套管式（二氧化碳流动管的承压应不小于13MPa），高压超临界二氧化碳的对流换热系数一般大于1500W/（m2·℃），故换热器的传热系数取值范围应与常规工质相近，不同之处在于其平均传热温差的计算。

（4）改进与优化

为进一步提高二氧化碳热泵热水机组的制热系数和可靠性，可采用膨胀机代替膨胀阀、加装回热器、热水双级加热等措施。由于二氧化碳的临界温度低，在通常的蒸发温度下，其蒸发压力较高，因此，即使在需制取的热水温度较高时，压缩机的压比及效率仍在合理的范围内（如蒸发温度为0℃时，其蒸发压力约为3.5MPa，当压缩机排气压力为9MPa时，其压比仅为2.6，压缩机的等熵效率约为0.84，容积效率约为0.86），尤其是在寒冷地区冬季仍可提供较高温度的热水（如环境空气温度为一20℃时仍可制取90℃的热水，且制热系数可在2.0以上）。