由于CO2跨临界循环效率高，因此可用于热水器中的热水生产。它可以提供60至95度的高温热水，因此不需要补充加热。在最佳气体冷却器压力下，TH图中的热泵热水器的循环如图1所示，其中城市用水为5度，生活热水（DWH）为70度。
图1：热泵热水器的温度焓图
热泵中的热水器由两个热交换器，低压入口阀和一个储水箱组成。热泵热水器的更简单示意图如图2所示。水从水箱顶部60至95度的A点取水，并与50至55度的冷水混合。然后，将这种混合水用于满足系统需求。自来水从C点的底部进入水箱以覆盖抽取的水。泵在D和E之间运行以使水循环。调节水的质量流量并优化压力，以实现最大的COP。
图2：带有单个DHW储水箱的热泵热水器的原理图。
图3：具有许多单个DHW水箱的非住宅热泵热水器
对于非住宅用途，许多热水箱可以串联连接，如图3所示。
2.不同热泵热水器的比较：分析了四种不同的热泵热水器以比较其性能（Hjerkinn，2007年）
- A.带冷凝器和减温器（DSH）的R134热泵
- B. R134a热泵，带有过冷器（SC），冷凝器和减温器
- C.R134a热泵，带有吸气热交换器（SGHX），冷凝器和减温器
- D.带有单逆流气体冷却器的CO2热泵，优化了气体冷却器压力
图4：不同热泵热水器的系统设计和散热过程的温度曲线
Hjerkinn获得的结果如图5和6所示，与最有效的R134a热泵热水器相比，CO2热泵热水器在进水温度和蒸发器温度范围内的COP更高。
图5：不同热泵的COP与蒸发器温度的关系。
图6：不同热泵的COP与进水温度的关系。
3.二氧化碳热水器的实验室测试：在过去的几年中，不同的人测试了不同的热泵原型。他们都使用了低压接收器，吸气热交换器和管内换热管。
一种。一台50 kW原型CO2 HPWH的实验室测试–挪威它于1998年在挪威SINTEF能源研究公司的挪威进行了测试。原型如图7所示。Rieberer和Halozan（1997），Hwang和Radermacher（1998）以及Saikawa和Hashimoto（2000）等人计算并分析了容量范围为5至20 kW的COP值。
图7：在SINTEF能源研究中测试的原型（Neksa等，1998）
图8：瑞士制造的原型草图（Anstett，2006年）
b。60 kW原型CO2 HPWH的现场测试–瑞士该系统在瑞士进行了测试，其示意图如图8所示。该系统是在70度热水和20度自来水以及不同环境温度下进行分析的。
C。美国60 kW原型CO2 HPWH的现场测试。该原型机在美国进行了测试，并以90升/小时的流量测试了60至80度的热水。这些单位没有商业化。该原型的草图如图9所示。
图9：美国使用的原型草图（Sienel，2006年）
4. Eco Cute市售：日本政府推出了环保节能的热泵，因为它们既节能又环保。有许多生态可爱的住宅制造商以及商业制造商。图10显示了商用和住宅生态可爱热泵热水器制造商的示例。
图10：来自Denso，Corona，Daiken，Hitachi，Matsushita，Mitsubishi和Sanyo的日本生态可爱热泵
5.集成系统：空间加热和热水加热：房屋用集成热泵既可以进行空间加热又可以进行水加热。集成式CO2热泵可以在三种模式下工作。
- 仅热水加热
- 仅空间供暖
- 同时加热热水和空间
集成式二氧化碳热泵可以具有以下设计
5.1.1：外部CO2气体冷却器在这些系统中，CO2外部气体冷却器连接到单个DHW储罐。气体冷却器可以用另外三种方式连接。
A.单个气体冷却器单元
在这种设计中，只有一个气体冷却器，该气体冷却器连接到单个DHW储罐和热交换器。如下图所示，空间加热可以分为三种类型，名称分别为T1.1，T1.2或T1.3。
图11：单个外部气体冷却器的配置以及空间加热热交换器和DHW储罐的可能设计
B.二部气体冷却器（两个气体冷却器单元，在CO2侧串联或并联）
在这种类型的设计中，系统中有两个气体冷却器。考虑下面的图12。在图12中，GC2.1，GC2.2和GC 2.3是显示两个并联和串联的气体冷却器的配置的图。当它们与T2.1分别连接时，它们可以提供三种不同的设计。对于GC2.1，有两个并联的气体冷却器。它可以提供高温空间加热和水加热。在仅空间供暖且仅DHW的情况下，COP相同，但组合模式将降低COP。因此，平均而言，它的COP低于基线系统。
对于GC2.2和2.3，有两个串联的气体冷却器，空间加热气体冷却器分别位于DHW气体冷却器之前和之后。在仅空间供暖且仅DHW的情况下，COP相同，但组合模式将提供较低的COP。因此，平均而言，它的COP低于基线系统。
图12：连接到单个DHW的两方和三方气体冷却器的配置。GC =气体冷却器，CW =自来水
C.三方气体冷却器（三个气体冷却器单元，在CO2侧串联）
图12显示了名称为GC 2.4的配置。它显示了三个气体冷却器，称为三方气体冷却器设计。气体冷却器首先用于DHW的预热，然后用于空间加热，最后用于DHW的再加热。这是最有效的系统设计。
5.1.2：集成式CO2气体冷却器和DHW储罐在这些系统中，气体冷却器设计为管式盘管，然后以某种方式放入储罐内。考虑下面给出的图13。
图13：集成式气体冷却器和单个DHW储罐的不同设计
5.2：使用三方气体冷却器的集成式二氧化碳热泵系统最节能的设计是使用三方气体冷却器，这意味着有三个串联的气体冷却器，第一个用于DHW的预热，第二个用于空间加热，第三个用于水的再加热（Stene 2004，2005） ）。此设计仅可用于空间供暖，仅用于DHW，也可用于组合模式。设计如下图所示。
图14：带有三方气体冷却器的基线CO2热泵的设计（Stene，2004年）
下图给出了上述设计的一些特征。
图15：上述不同配置的重要特征
1.能够以组合模式提供高温空间加热（tSH>50ºC）
2.能够以组合模式提供高温DHW（tDHW>60ºC）
3，与基准CO2热泵系统相比，气体冷却器单元，热交换器和DHW储罐系统的技术复杂性：较高=作为基准系统，较低=比基准系统简单
4.DHW电路中对泵的要求–泵所需的电力输入功率
5.空间加热（SH）模式下的COP：较高=与基准系统相同的COP，较低=与基准系统相比较低的COP
6.家用热水（DHW）加热模式下的COP：较高=相同COP，较低=低于基准系统的COP
7.组合加热模式下的COP：较高=相同COP，较低=低于基准系统的COP
5.3市售的集成式二氧化碳热泵集成式CO2系统是2001年由日本市场首先开发的。DensoCorp. Ltd到2007年售出了100,000套。在欧洲市场，这些系统由三洋制造商推出。下图显示了三洋集成式二氧化碳热泵示意图。
图16：使用环境空气作为热源的三洋集成式CO2热泵
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