随着科学技术与工业生产水平的发展，地球环境日趋恶化，尤其是臭氧层的破坏和全球变暖的影响，严重威胁着人类的生存。科学研究发现，制冷工质CFCs与HCFCs的化合物的排放对大气臭氧层的破坏以及全球变暖有直接的关系。在1995年12月召开的“关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书“缔约国会议明确规定，发展中国家应当在2010年完全停止生产和使用CFCs，从2016年开始，冻结过渡性制冷剂HCFCs的消费量，到2040年完全停止生产和使用HCFCs。制冷剂的替代迫在眉睫。　　 天然工质CO2由于其良好的环境指标，如无毒、不可燃，并且破坏臭氧指数为0、温室效应指数为1（考虑其为化学反应的衍生物，其指数可算为0），加上其良好的化学稳定性好，即使在高温的情况下也不会分解出有害气体。　　 而且CO2在历史上曾作为制冷剂被使用了较长时间，是人们熟悉的制冷工质。　　 由于CO2的临界温度较低,只有31.1℃，临界压力却较高达到7.37MPa,如果它用作传统的Perkins蒸汽压缩式制冷循环,制冷系数较低，安全问题突出。所以研究二氧化碳制冷循环的特点，提高制冷系数，研究不同循环方式下零件选择，以及提高系统经济性和安全性是二氧化碳进入市场应用的关键。　　 本文分别讨论了二氧化碳单级跨临界循环，双极跨临界循环，亚临界循环的计算模型，研究了不同循环模型情况下的制冷效率情况和工程应用的可能性。基于对商业冷冻特点的研究，提出了设计一套用二氧化碳作为低温级，R134A 作为高温级的复叠式制冷系统。　　 在对该CO2/R134A复叠式系统进行理论计算后，针对二氧化碳亚临界循环的特点，分别对主要零部件，如压缩机、蒸发器、膨胀阀等进行了计算选型，和适用性研究。该论文对系统效率的主要影响因素进行了研究，并寻找解决方案。　　 通过制作样机，和搭建测试平台对样机进行测试，进行了数据对比。本文对CO2/R134A复叠制冷系统用于商业冷冻的经济性和安全性进行了分析，确定了该系统用于商业冷冻的可行性，以及工程应用价值。