1974年美國科學家Rowland和Molina發現之所以臭氧層會遭到破壞，是氯、溴的原因，并發表了著名的臭氧層衰減學說，之后人們開始關注制冷劑的安全使用和環境保護問題。1985年3月，在聯合國環境規劃署（UNEP）的主持下，聯合國外交會議通過了旨在保護臭氧層的《維也納公約》；1987年9月，歐共體（歐盟的前身）和日本等24個國家在加拿大蒙特利爾通過了《蒙特利爾議定書》并定于1989年1月生效。發達國家于1996年1月1日起，完全停止生產CFCs、HCFCs，至2020年完全取代CFCs、HCFCs的使用；發展中國家于2012年停止使用CFCs，到2040年完全停止使用HCFCs。由此新型的制冷劑就日益體現出重要性和迫切性，作為環境友好型的自然工質CO?自然而然地受到格外重視。CO?無毒且不易燃燒，既不會破壞臭氧層，也不會加快溫室效應，是一種理想的替代制冷劑，被稱為解決制冷劑環境問題的最終方案。

大量的事實及研究表明，許多人工合成的制冷劑，在最初時明顯地提高了人類生活環境的舒適度及社會生產力的發展，但隨著空調的普及，這些人工合成的制冷劑使用量大量增加，逐步對地球生態環境系統造成了破壞。因此從環境的長期安全來看，應盡量少用或者禁止使用破壞環境的非自然制冷劑，研究并開發使用自然工質。二氧化碳屬于天然制冷劑，可以替代HCFCs工質，所以得到了諸多研究者的關注。CO?制冷劑在冷卻過程中溫度的變化較大，能夠放出大量的熱量，與水進行熱交換可以制備生產生活所需的熱水。CO?熱泵具有較高的系統效率。CO?制冷劑可以逐漸擴大使用范圍并取代傳統的制冷劑（如R22等）及其現有的替代物（如R134a、R410A等）。由此可見，CO?熱泵的應用前景非常廣闊，有顯著的經濟效益和社會效益，研究其如何實現并保持高效運行具有非常重要的意義。

日本是CO?空氣源熱泵最早開始發展的國家。早在1995年，日本CRIEPI、東京電力公司和DENSO公司的MSsikawa、K.Kusakari等人就開始合作研究CO?熱泵系統，建起了CO?熱泵熱水器樣機實驗臺；通過計算及相應分析后，當CO?熱泵熱水器供應熱水時，其性能高于傳統工質熱泵。熱源的溫度選取東京冬季用電低峰23：00至次日早7：00的空氣平均溫度值，自來水溫度8.3℃，熱水溫度65℃；結果表明，當膨脹閥處于最佳開度時，COP達到2.7。自2002年該系統進入市場后，銷售量持續上升，日本電力公司到2020年銷售累計達到1000萬臺左右。

CO?空氣源熱泵機組能快速生產高溫（90℃）熱水，全年生活熱水及供暖其機組性能達到3.0。未來CO?熱泵將在我國工業、商業、建筑供熱系統中發揮重要作用。由于其低溫性能優異、出水溫度高，CO?空氣源熱泵在寒冷地區用于供暖有獨特的優勢。空氣源熱泵能夠在我國長江流域以北地區使用，因此可成為提供生活熱水、工業干燥、制熱、制冷多用途的設備。