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CO2热泵就是采用CO2作为制冷剂的热泵或空调，普通热泵一般采用氟利昂作为制冷剂，两者的工作原理基本是一样的，都属于蒸汽压缩式，但也稍有不同，CO2热泵属于超临界循环，即在冷凝器端，CO2是不会被冷凝成液体的，而氟利昂冷媒在冷凝器端是被冷凝成液体再节流的。
为什么要用CO2？最主要的原因是目前大量使用的氟利昂如R12、R22等被证明对环境有破坏作用，一个破坏作用是对臭氧层的破坏，一个是具有温室效应，而CO2是地球本身就有的气体，来自于地球，即使排放到地球对环境也没有影响。但CO2作为制冷剂的热泵系统，其工作压力超高，高压超过100千克力每平方厘米（约为9.81MPa），而R22的热泵系统高压一般为2千克力每平方厘米，因此，CO2热泵系统的配件、铜管等都需要耐高压，由此导致其成本比一般的热泵系统高很多。但作为热泵来说，采用CO2还有一个好处就是其排气温度较高，而且在低温下的效果也比较好，作为热泵热水器来说，就意味着可以烧更高温度的热水，如90℃，也可以在更低环境温度下工作，如-15℃等。
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