近年来,雾霾问题已成为我国居民健康的主要威胁之一,而冬季燃煤供暖是导致雾霾产生的直接诱因。因此,国家大力推进“煤改电”政策,其中,利用氟利昂空气源热泵代替燃煤锅炉进行供暖在解决雾霾问题中发挥了重要作用,但氟利昂工质的淘汰与限制使用为空气源热泵市场带来隐忧。作为自然工质,将跨临界CO₂空气源热泵用于我国北方供暖既可以发挥热泵供热的高效性,又同时规避了氟利昂制冷剂的使用,是极具潜力的供暖方案之一。然而,大规模应用之前,探究跨临界CO₂空气源热泵系统在供暖工况中的系统性能及在不同地区的可行性十分必要。为探究跨临界CO₂空气源热泵在我国不同气候分区的可行性,文章建立了一种基于能效、经济性和环境性能评价的技术经济模型。该模型将不同城市的供暖问题抽象为不同环境温度工况运行的特定分布域,每一座城市代表了一种温度分布,而其中的基本元素为间隔1?C的单元温度供暖工况。由于在供暖问题中采用循环水,供回水温度相对固定,气冷器出口温度也随之固定,这为该方法提供了准确性保证。为获取模型所需的“基本元素”,文章还建立了跨临界CO₂空气源热泵的数学模型,并采用实验数据对数学模型进行了验证。此外,为便于与传统供暖方式进行直接比较,基于制冷系统IPLV的计算思想,文章提出了一种基于温度计算的供热负荷模型。为验证所用数学模型的精度,本文首先对不同环境温度工况下跨临界CO₂空气源热泵进行了实验研究。实验中采用的实验台基于所构建的数学模型进行设计,实验结果表明:当气冷器出口温度一定时,环境温度越高,系统COP越大;当环境温度一定时,气冷器出口温度越低,系统COP越大。实验中当固定进出口水温,不同环境温度下最优工况的气冷器出口温度差别不大,且在供暖工况范围内,气冷器出口温度对系统最优高压的影响高于环境温度。固定进出口水温为30/55?C时,环境温度-15¹0?C工况下的最优高压均集中在8.5MPa附近,这为供暖中采用热力膨胀阀保证最优高压提供了可行性。通过实验数据,验证了跨临界CO₂数学模型的精度。采用该数学模型的技术经济分析结果表明:若保证跨临界CO₂热泵系统在最优高压下运行,不同城市供暖季节性能系数可达:哈尔滨2.52、沈阳2.73、大连2.94、北京2.96、上海3.24,此时,CO₂热泵对可再生能源的贡献率均在60%以上。CO₂热泵系统环境排放值低于燃煤锅炉及直接电加热,略高于燃气锅炉。推广跨临界CO₂空气源热泵系统供暖有利于节能减排。对于以上海为代表的夏热冬冷地区,使用CO₂热泵供热年度运行成本将比燃煤锅炉节省18.8%,比壁挂燃气炉节省20.1%,但对于寒冷地区及严寒地区,CO₂热泵供热年度运行成本高于燃煤锅炉,若采用其进行供暖运行补贴值在85⁹20RMB之间。此外,CO₂热泵系统的初投资较高,是制约其推广的主要因素。其中,压缩机成本占总投资的70%以上,但欧洲市场的经验表明,随着CO₂相关行业的发展,压缩机成本将降低30%以上,此时CO₂热泵系统的生命周期成本也将低于其他三种供暖方式。可以推断:随着CO₂热泵行业的发展,设备价格将会降低,系统性能将会提升,在中国,尤其对于夏热冬冷地区,跨临界CO₂空气源热泵系统是替代燃煤锅炉进行家庭供暖最可行的途径之一。