二氧化碳是正被認真考慮做為在許多冷凍空調應用中CFC/HCFC/HFC合成冷媒的替代物。然而它的熱力循環效率低與相當高的操作壓力成為目前使用上的障礙。本文列出一些為何其循環效率不佳的主要原因,此外也描述了一些元件與系統性能的改善,像是內部熱交換器(Internal heat exchanger)、膨脹渦輪(expansion turbine)、多級循環(multi-staging)、噴射器(ejector)、渦旋管(vortex tube)、並行壓縮(parallel compression economization)和二級壓縮(two-stage compression),其中又以搭配膨脹渦輪(expansion turbine)循環最能提升其COP值,理論上經由這些改善後,可使二氧化碳空調的性能與以往的系統不相上下。