CFCs和HCFCs人工合成制冷工质是导致全球变暖的主要因素之一,寻找并使用高效、绿色环保制冷工质已成为当前国际社会共同关注的问题。自然工质CO2作为替代工质不仅环保而且性能优良,其跨临界循环所具有的高排气温度和温度滑移非常适合水温加热,让它在热泵热水器应用领域具有其它已知工质无法比拟的优势,但是常规系统节流损失大限制了系统性能的提高。为此,本文将喷射器和回热器引入常规系统中对其进行了理论和实验研究,主要内容如下：分别对常规跨临界CO2循环(BTC)、带回热器的跨临界CO2循环(BTC-IHX)、带喷射器的跨临界CO2循环(ETC)建立了热力学模型,进行了理论模拟研究；对常规系统进行了外部参数对内部参数影响的实验研究,在此基础上,进一步研究了其内部关键参数对系统性能的影响。以内部参数为基准,对常规CO2系统和带回热器的CO2系统进行了随着蒸发温度变化的性能对比实验研究。对带喷射器的CO2热泵系统进行了性能研究,并以内部参数为基准,与常规系统进行了实验比较,实验结果证明了喷射器的引入提高了系统性能。在前期研究的基础上,又在国内首次搭建了适合家庭使用的CO2空气源热泵热水器样机,为CO2热泵热水器的产业化打下一定的基础。