熱泵壓縮機把低溫低壓氣态冷媒轉換成高壓高溫氣态，壓縮機壓縮功能轉化的熱量為Q1，高溫高壓的氣态冷媒與水進行熱交換，高壓的冷媒在常溫下被冷卻、冷凝為液态。這過程中，冷媒放出熱量用來加熱水，使水升溫變成熱水。水吸收的熱為Q3，高壓液态冷媒通過膨脹閥減壓，壓力下降，回到比外界低的溫度，具有吸熱蒸發的能力。低溫低壓的液态冷媒經過蒸發器（空氣熱交換器）吸收空氣中的熱量自身蒸發，由液态變為氣态，冷媒從空氣中吸收的熱為Q2。吸收了熱量的冷媒變成低溫低壓氣體，再由壓縮機吸入進行壓縮，如此往複循環，不斷地從空氣中吸熱，而在水側換熱器放熱，制取熱水。這個循環過程由空氣能熱泵（主機）機組來完成。空氣能熱泵作為高效集熱并轉移熱量的系統裝置，可以把壓縮機所消耗的電力變為五倍範圍内的熱能（即Q1 Q2=Q3的道理）。
空氣能熱水器工作過程：進入蒸發器吸收熱量前狀态:低溫低壓的液體→通過蒸發器吸收空氣中的熱量（氣化）→制冷劑變成低溫低壓的氣體→通過壓縮機做功壓縮→變成高溫高壓氣體→經過換熱器跟水交換熱量→變成低溫高壓的液體→經過節流裝置節流→變成變成低溫低壓的液體→進入蒸發器重複循環該過程。
空氣能熱泵熱水機組工作原理
熱量從空氣中獲取，所以空氣能熱水器耗電也很少。目前市面上比較優秀的空氣能産品，比如森控科技出品的“暢享型· 空氣能熱水器”、有些高端機組制熱能效比都能達到4.0甚至4.0以上，比電熱水器節能80%以上。最重要的是，空氣能熱水器制熱，不依賴于天氣，不論刮風還是下雨，白天還是夜晚，都可以使用，所以它可以與太陽能熱水器形成互補，兩者結合利用，為住宅提供熱水。
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