空氣能熱泵熱水器是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理工作的，低溫低壓的制冷劑經(jīng)節(jié)流裝置膨脹降壓后，進(jìn)入空氣交換機(jī)中蒸發(fā)吸熱，從空氣中吸收大量的熱量Ｑ２；蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮后，變成高溫高壓的制冷劑，此時(shí)制冷劑中所蘊(yùn)藏的熱量分為兩部分：一部分是從空氣中吸收的熱量Ｑ２，一部分是輸入壓縮機(jī)中的電能在壓縮制冷劑時(shí)轉(zhuǎn)化成的熱量Ｑ１；被壓縮后的高溫高壓制冷劑進(jìn)入熱交換器，將其所含熱量（Ｑ１＋Ｑ２）釋放給進(jìn)入熱換熱器中的冷水，冷水被加熱到６０℃直接進(jìn)入保溫水箱儲(chǔ)存起來供用戶使用；放熱后的制冷劑以液態(tài)形式進(jìn)入膨脹機(jī)構(gòu)，節(jié)流降壓，如此不間斷進(jìn)行循環(huán)。冷水獲得的熱量（Ｑ３）＝制冷劑從空氣中吸收的熱量（Ｑ２）＋驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電能轉(zhuǎn)化成的熱量（Ｑ１），在標(biāo)準(zhǔn)工況下：Ｑ２＝３．６Ｑ１，即消耗１份電能，得到４．６份的熱量。

逆卡諾循環(huán)是由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成（如圖３），假設(shè)低溫?zé)嵩矗幢焕鋮s物體）的溫度為Ｔ２，高溫?zé)嵩矗喘h(huán)境介質(zhì)）的溫度為Ｔ１，則工質(zhì)的溫度在吸熱過程中為Ｔ２，在放熱過程中為Ｔ１，就是說在吸熱和放熱過程中工質(zhì)與冷源及高溫?zé)嵩粗g沒有溫差，即傳熱是在等溫下進(jìn)行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進(jìn)行的。其具體循環(huán)過程為：首先工質(zhì)通過膨脹閥進(jìn)行等溫膨脹過程Ｄ→Ｃ，即在Ｔ１下從空氣中吸取熱量Ｑ１；然后通過壓縮機(jī)絕熱壓縮經(jīng)過過程Ｃ→Ｂ，使其溫度由Ｔ１升高至熱水的目標(biāo)溫度Ｔ２；

再在Ｔ２下進(jìn)行等溫壓縮Ｂ→Ａ，并向環(huán)境介質(zhì)（即高溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃浚眩玻^后再進(jìn)行絕熱膨脹Ａ→Ｄ，使其溫度由Ｔ２降至Ｔ１，使工質(zhì)回到初始狀態(tài)Ｄ，從而完成一次循環(huán)。

通過讓制冷劑如Ｒ２２（氫氯氟烴類）不斷完成蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量）—壓縮—冷凝（放出熱量）—節(jié)流—再蒸發(fā)的循環(huán)過程，將空氣的能量轉(zhuǎn)移到水中。熱泵熱水器載熱工質(zhì)的循環(huán)是：在低壓液態(tài)下吸收環(huán)境空氣的熱能，在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)汽化，通過壓縮機(jī)的工作提高Ｒ２２的溫度，再通過冷凝器使Ｒ２２冷凝為液態(tài)，同時(shí)釋放其能量并傳給水箱中的水，達(dá)到制取熱水的目的。

熱泵在工作時(shí)，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量Ｑ１在蒸發(fā)器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即壓縮機(jī)耗電Ｗ；通過工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)在冷凝器中進(jìn)行放熱Ｑ２，Ｑ２＝Ｑ１＋Ｗ，由此可以看出，熱泵輸出的能量為壓縮機(jī)做的功Ｗ和熱泵從環(huán)境中吸收的熱量Ｑ１之和；因此，采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量的電能。