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CO2跨临界循环热泵系统具有安全、环保等优点,并具有较高的排气温度,在热泵热水器应用领域具有独特的优势。目前小功率C02热泵热水器在国内外均得到了一定的应用。但受高压压缩机功率、高压节流装置与高压气体冷却容量的限制,国内外对大功率CO2跨临界循环热泵的研究很少。开发大功率C02跨临界循环热泵热水系统,对促进CO2跨临界循环热泵工程化应用具有重要意义。在此背景下,本文构建了大功率CO2跨临界循环热泵热水系统实验装置,系统地研究了大功率C02跨临界循环热泵热水系统的热力性能。为提高高压压缩机功率、高压节流装置容量与高压气体冷却容量以提高C02跨临界循环热泵的制热功率,采用CO2压缩机并联运行、高压板式气体冷却器、三毛细管并联组合节流等方法,构建了一台名义制热量为175kW、带回热循环的大功率跨临界CO2热泵热水实验装置。在恒温环境实验室条件下,测试分析了气候参数及运行参数对跨临界循环CO2热泵热水系统稳态热力性能的影响。测试结果表明：与采用其他工质的热泵热水系统相比,大功率跨临界循环CO2热泵热水系统的制热温度高,并且制热温度对系统性能系数COP影响较小。为适应C02热泵系统全年运行对工质流量及压降调节的要求,提出了一种三毛细组合节流方法。对大功率跨临界循环CO2热泵三毛细管并联组合节流进行模拟计算,并对其不同温度工况下的节流特性及热力性能进行实验研究。模拟计算及实验测试结果表明：根据环境温度采用不同的节流模式及调节制热温度,可适应大功率CO2热泵系统全年运行对工质流量及压降调节的要求,流量及毛细管进出口压降分别可在0.138～0.736kg/s及5.96～8.34MPa之间调节。在低温、中低温、中温、高温环境工况下,毛细管组合节流较适宜的制热温度分别为55～60℃、55～70℃、55～80℃及55～80℃。毛细管组合节流跨临界循环CO2热泵热水系统具有较优良的高温性能,制热温度90℃时其性能系数可达3.1以上。在温和地区各种典型气候条件下,测试分析了大功率跨临界循环CO2热泵的运行性能。系统日平均运行性能的测试结果表明,根据气候条件合理地选取运行参数,该系统具有优良的热力性能。系统的制热温度可在60～85℃选取,在环境温度为4.1～27.3℃的气候条件下,其日平均性能系数COP在3.45～4.04之间。此外,将大功率跨临界循环CO2热泵应用于寒冷地区集中热水系统,运行结果表明其具有良好的低温热力性能。