近年来,臭氧层破坏及全球变暖的现象备受关注,而造成这些全球性环境问题的高GWP和ODP的传统HCFCs和HFCs等制冷剂的替代工作显得越来越重要,而自然工质CO₂是制冷剂未来的替代方向。商超作为能源消耗大户,也是制冷剂使用量很大的领域,无论从温室气体的间接排放,还是从制冷剂的泄露从而导致的直接排放的角度来看,商超都是今后制冷剂替代的重要领域。因此,针对自然工质CO₂在商超领域的推广应用,对商超CO₂增压制冷系统的效率研究及优化方案的研究十分必要。为了探究CO₂增压制冷系统在不同工况条件下的性能,本文使用Matlab对常规的CO₂增压制冷系统进行了热力学分析,结果表明,环境温度从-3℃增加到40℃的时候,COP值由5.24降低至1.06,这说明当环境温度升高时,系统的性能将会快速下降,这不利于同一系统的不同地带推广应用,但也说明了改变系统的方式可提升性非常高,因此本文通过?分析来研究常规CO₂增压系统的部件优化方向,结果表明,系统的?效率很低,只有19%（环境温度15℃）及20%（环境温度30℃）,高压级压缩机及气冷器是造成系统最大不可逆的部件。通过更详细的高级?分析,高压级压缩机是最应该得到优化的部件,因为这部分占系统的总可避免的内源?损最多。并且内源性因素比外源性高,因此重点放在改良自身性能上;气冷器的可避免外源性?损最大,因此这个部件最容易通过其他部件的改良而降低其存在的不可逆性;系统?损绝大部分是可以避免的、内源性的（15℃的42.7%和30℃的38.76%）,说明系统大部分的不可逆性是可以通过优化系统部件而减小的。而系统的不可避免的?损绝大部分来自于内源性（15℃的37.2%和30℃的35.36%）。为了提升常规CO₂增压系统的性能,本文对并行压缩、机械过冷及内部热交换器（IHX）这三种优化方案进行了热力学分析,来研究这些方案的最优变量的控制方法及性能表现。结果表明,对于并行压缩增压系统,随着辅助压缩机吸气比增大,系统的最优中间压力、最优高压减小,COP提高。随着环境温度的升高,最优中间压力及最优高压数值增大。最优中间压力及最优高压是跟环境温度成正比,选取合适的中间压力及高压级排气压力可以使得系统获得最大的COP;对于机械过冷增压系统,在环境温度在4℃以下时,系统的最优过冷度随着环境温度的升高减小,COP略有下降。当环境温度大于4℃的时候,最优过冷度随着环境温度的升高而升高,系统整体COP也随着环境温度迅速下降。对于带IHX的增压系统,使用气冷器入口的制冷剂与高压级压缩机的吸气口的制冷剂在IHX中进行换热为最佳方法,但IHX只能在跨临界工况下可以提高系统的COP,因此在亚临界工况下应将IHX进行旁通处理。本文将这几种系统在不同的工况下进行对比,结果发现,当环境温度在-2℃¹0℃时,最优系统为平行压缩系统。10℃以上时最优系统为机械过冷系统。将所研究系统放在哈尔滨、北京、上海、厦门这几个中国典型城市进行性能对比发现,从性能提升的角度,机械过冷是提升最大的,其次是平行压缩系统,且两者都是在上海表现最好。IHX只有在气候环境温度高的地区可以有提升效果,但不明显。同时值得注意的是带IHX的系统在环境温度越高的地方相对表现要越好,比较有利于改善环境温度越高的地方常规系统性能下降的问题。但是需要注意无论在什么地区,当工况处于亚临界时候应该控制IHX处于空载状态,避免其造成系统性能的下降。