由于氯氟烃类制冷剂的长时间使用,导致温室效应和臭氧层破坏等一系列的环境问题出现,为了保护我们赖以生存的大气环境,氯氟烃类制冷剂被禁止使用,因此,寻找环保易得的新型制冷剂来取代氯氟烃类制冷剂迫在眉睫。本文研究的循环式单级压缩二氧化碳热泵热水器,以二氧化碳作为制冷剂,廉价易得,节能环保,符合我国节能减排的基本国策。本课题是在直热式单级压缩二氧化碳热泵热水器的基础,针对室外环境温度过低时,气冷器出水温度达不到用户需求而设计的。为了对循环式单级压缩空气源二氧化碳热泵系统运行特性有更深的了解,设计并且搭建了循环式单级压缩二氧化碳热泵热水器实验台。首先进行了二氧化碳制冷剂最佳充注量的实验,确定该实验系统的最佳二氧化碳充注量,在此基础上针对室外环境温度、循环水流量等参数的变化,对系统性能及水箱温度分层的影响进行了实验研究。实验研究表明:(1)在气冷器入水流量为2L/min、温度为10℃,其余参数保持不变的工况下,随着制冷剂充注量的增加,压缩机吸气、排气压力和耗功量逐渐增大;而压缩机排气温度逐渐减小;系统的制热量和COP随制冷剂充注量的增加先增大再减小,通过综合考虑分析确定本实验系统的最佳充注量为4.0kg;(2)水箱初始水温为10℃,环境温度为-5℃,其余参数保持不变。在气冷器入水流量分别为1.5L/min、2.0L/min、2.5L/min时,气冷器入水流量越小,气冷器出水温度越高,系统的COP和制热量越低,水箱温度分层现象越明显。(3)水箱初始水温为10℃,气冷器入水流量为2L/min,其余参数保持不变。在环境温度为-5℃、5℃,15℃时,随着环境温度的升高,系统的制热量、COP、压缩机的排气压力和耗功增大,水箱温度分层的现象越明显。水箱内50L的水,温度加热到40℃以上时,所需时间缩短。(4)在水箱初始水温为10℃,气冷器入水流量为2L/min,环境温度为15℃,保持其余参数不变的工况下,分别对水箱加隔板前后进行了实验,结果得出:当系统运行2500s时,相比加隔热板前,气冷器入水温度降低了32%,COP增大了11.8%,系统制热量增加了8.5%,压缩机排气压力降低了6.4%;水箱内体积31.4L水,温度加热到40℃以上时所需时间缩短550s。系统性能明显的提高。