采暖和热水相结合的热泵系统通常用于现代节能建筑中。CO2（制冷剂代号R744）热泵系统性能取决于系统设计（交换器尺寸，压缩机效率等）和运行条件（进水温度，采暖与热水加热的能耗比率等）。现有的系统设计常常同时使用CO2和HFC（例如R410A），但是这种热泵系统的相对性能还没有过多的深入研究。本文介绍了基于MATLAB平台开发的系统数学模型，以及该模型对热泵系统的性能评估结果。系统建模的过程基于如下几点：热交换器的建模是通过固定压降和最小温差点；喷射器和压缩机建模是基于特定的效率值；使用遗传算法对系统运行参数进行优化；并对特定参数的敏感度进行核算。图1为本文研究的组合系统流程图。

系统数学模型计算表明，当供暖与热水的加热比率低于0.6～1.0，进水温度低于20℃（例如在北欧）并且换热器设计的夹点温度（最小温差点）低于10K，则CO2的系统性能优于R410A制冷系统。由于未考虑实际设备性能的差异，因此以上结论可以认为是对于CO2热泵的保守估计。高效的压缩机和喷射器的使用也会使基于CO2的制冷系统更加高效。但是，参数敏感性研究计算表明，对于供暖与热水加热比大于1的情况下，R410A系统性能将优于CO2的系统。

图1 组合式热泵（采暖+热水）流程图

本文介绍的参数敏感性研究可以比较基于R410A和CO2的不同系统，例如，过程参数显示使用不同的制冷剂会直接影响压缩机的工作效率。如图2所示，当CO2和R410A的压缩机效率均为70%时，供暖和热水加热比小于0.7，并且压缩机效率都在70%的情况下，基于CO2的系统性能系数COP比基于R410A的系统高。……