與常規(guī)制冷劑相比，CO2跨臨界循環(huán)的壓縮比較小，約為2.5~3.0，可以提高壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，從而提高系統(tǒng)的性能系數(shù)。所以CO2是熱泵系統(tǒng)工質(zhì)替代中有潛力的天然工質(zhì)之一。

CO2跨臨界系統(tǒng)氣體冷卻器端的溫度滑移可以與變溫?zé)嵩摧^好的匹配，它在熱泵熱水器方面的應(yīng)用具有其它供熱方式無法比擬的優(yōu)勢。日本主要家電公司聯(lián)合科研院所紛紛對CO2熱泵熱水器進(jìn)行了深入的研究和開發(fā)，總結(jié)了開發(fā)中存在的問題和關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)果表明CO2熱泵熱水器與電或燃?xì)鉄崴飨啾容^具有較高的性能系統(tǒng)（COP），其商業(yè)開發(fā)已經(jīng)初步開始，市場前景為廣闊。

CO2作為制冷工質(zhì)具有一些的優(yōu)勢：對環(huán)境無害的自然界天然存在的物質(zhì)（ODP=0，GWP=1）；優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性，且無回收問題；良好的安全性和化學(xué)穩(wěn)定性，CO2安全，不可燃，適應(yīng)各種潤滑油及常用機(jī)械零部件材料，即便在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體；具有與制冷循環(huán)和設(shè)備相適應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì)，CO2的蒸發(fā)潛熱較大，單位容積制冷量相當(dāng)高；具有良好的輸運(yùn)和傳熱性質(zhì)，CO2優(yōu)良的流動和傳熱特性，可顯著減小壓縮機(jī)與系統(tǒng)的尺寸，使整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊。由于CO2的臨界溫度很低（304.21K），因此CO2的放熱過程不是在兩相區(qū)冷凝，而是在接近或超過臨界點(diǎn)的區(qū)域的氣體冷卻器中放熱。

在CO2跨監(jiān)界制冷循環(huán)中，其放熱過程為變溫過程，有較大的溫度滑移。這種溫度滑移正好與所需的變溫?zé)嵩聪嗥ヅ洌且环N特殊的勞倫茲循環(huán)，當(dāng)用于熱泵循環(huán)時(shí)，有較高的放熱系統(tǒng)。在超臨界壓力下，CO2無飽和狀態(tài)，溫度和壓力彼此獨(dú)立，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足實(shí)際需要的多種控制策略。當(dāng)蒸發(fā)溫度、氣體冷卻器出口溫度保持恒定時(shí)，隨著高壓側(cè)壓力的變化，循環(huán)系統(tǒng)的COP存在大值，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)可節(jié)省壓縮功。