空气能热水器（Air energy H₂O heater）也叫空气源热泵热水器，是以空气为热源的热泵型热水器，是热泵通过吸收空气中的热量来加热水的机器。空气能热水器是继燃气热水器、电热水器、太阳能热水器升级后的第四代热水器。

空气能热水器发明于1924年，但在很长的一段时间里并没有被充分地认识和运用，直到20世纪60年代，世界能源危机爆发以后才被充分地重视，当时世界各国纷纷加大了研发力度，推广包括空气源在内的热泵技术。中国从20世纪50年代开始研究空气能热水器，60年代进行应用，并从2001年开始，在市场中进入了稳步发展阶段。2015年，中国将空气能热泵列入了“国家重点节能低碳技术推广目录”，通过多年不断推广和发展，普及率在逐年提高，而且加工和生产工艺也越来越成熟，形成了完整的空气能热水器产业链。

按照制热方式的不同，可以将空气能热水器分为循环式空气能热水器和直热式空气能热水器。空气能热水器的主要组成部分有：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等。空气能热水器的工作原理与空调原理有一定相似，应用了逆卡诺原理，即通过吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机的压缩变为高温热能，传递给水箱中，把水加热起来。空气能热水器具有绿色环保、低碳时尚、节能、安全可靠、恒温舒适、安装灵活、使用操作简便等优点， 但也具有加热速度慢、成本较高、受极端天气影响等缺点。

空气能热水器发明于1924年，但在很长的一段时间里并没有被充分地认识和运用，直到20世纪60年代，世界能源危机爆发以后才被充分地重视，世界各国纷纷加大了研发力度，推广包括空气源在内的热泵技术。在英国、美国、瑞士等西方发达国家，空气能热水器市场相当成熟，占热水器市场的比例高达七成，其推广使用率也很高，欧洲的使用率高达约70%，日本的使用率则更高，将近80%。中国从20世纪50年代开始研究，60年代进行应用。2001年，空气能热泵热水器进入中国市场，一直稳步发展。

由于在节能创新方面表现突出，空气能热水器已经被中国科技部列入2006年“火炬计划”项目，写入2007年《全国民用建筑工程设计技术措施———节能专篇》。2009年中国热水器市场销售额中，空气能热泵热水器已达30亿元，此后每年以30%的速度增长。2015年，中国将空气能热泵列入了“国家重点节能低碳技术推广目录”，通过多年不断推广和发展，普及率在逐年提高，而且加工和生产工艺也越来越成熟，形成了完整的空气能热水器产业链，尤其是在广东省和江浙一带，广东省产量占全国生产量的70%以上。截至2020年6月，进入空气能热泵热水器行业的生产厂家已达600多家，基本包括中央空调企业、家用空调企业、太阳能企业、节能设备企业。同时，中国也逐步成为世界上空气能热水器最大的生产国和出口国。

空气能热水器的主要组成部分有：压缩机、风机、水泵、冷凝器和热交换装置、储液器、干燥过滤器、气液分离器、废气阀、四通阀、毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀及其他阀类、高压开关、低压开关、水位开关、水流开关、电加热器、热敏电阻、增焓加热电磁阀、多路控制电磁阀、控制主板、显示面板等。其中制冷四大件是指蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置四个部件；稳定三大件是指储液罐（压缩机)、膨胀阀（毛细管)、干燥过滤器（过滤水分和杂质)；除霜一大件是指四通阀。

空气能热水器的工作流程是这样的：压缩机将回流的低压制冷剂压缩后，变成高温高压的气体排出，高温高压的冷媒气体流经缠绕在水箱外面的铜管，热量经铜管传导到水箱内，冷却下来的冷媒在压力的持续作用下变成液态，经膨胀阀后进入蒸发器，由于蒸发器的压力骤然降低，因此液态的冷媒在此迅速蒸发变成气态，并吸收大量的热量。同时，在风扇的作用下，大量的空气流过蒸发器外表面，空气中的能量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低，变成冷气释放。随后吸收了一定能量的冷媒回流到压缩机，进入下一个循环。

空气能热水器的工作原理与空调原理有一定相似，应用了逆卡诺原理，通过吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机的压缩变为高温热能，传递给水箱中，把水加热起来。整个过程是一种能量转移的过程，不是能量转换的过程，没有通过电加热元件加热热水，或者燃烧可燃气体加热热水。其工作原理就是把空气中的能量加以吸收，转变成热量，转移到水箱里面的水中，把水加热起来，同时把失去大量热量的空气排放到室外的环境中。

在热力学中，把由互相交替的两个等温过程和两个绝热过程组成的正向循环，称为卡诺循环。它是工作在一个恒温热源和一个恒温冷源之间的理想热机循环。与卡诺循环路径相同、方向相反的循环，称为逆卡诺循环。逆卡诺原理就是利用逆卡诺循环。逆卡诺循环是可逆的理想制冷循环。

逆卡诺循环以耗功作为补偿，通过工质的循环，从低温热源中吸收热量，并向高温热源排放热量。因此，逆卡诺循环既可以制冷，也可以制热，或者说可以同时制冷和制热。用来制冷的逆卡诺循环称为制冷循环；用来制热的逆卡诺循环称为热泵循环；同时用来制冷和制热的逆卡诺循环称为热化制冷循环。

按照制热方式的不同，可以将空气能热水器分为循环式空气能热水器和直热式空气能热水器。

循环式空气能热水器应用逆卡诺循环原理，通过热泵系统吸取空气中的能量并转移到水中，使初始冷水流过热泵热水器内部的换热器循环达到用户设定温度，进入保温储水箱储存，以供用户使用。该系统可以将水箱中的水加热并储存，在使用的时候能够大量快速地提供热水。因此，可采用小容量的热泵机组，即采用低功率的加热方式。由于流过热泵机组的水流量较大，系统需要的水箱体积相对较大，水箱内的水温从低温逐渐升高，热泵机组的进出水温温差比较小，为5~7℃。通常，根据热水量和使用高峰期时间的长短设计水箱的体积与热泵的容量。

循环式空气能热水器系统一直在监测水箱内水温，一旦水箱内温度达不到要求，如新的冷水补入、水箱内水温降低了、热水系统回水、水箱自然散热等，热泵机组会自动启动进行再热，直到水箱内水温重新到达设定值。水箱内水温达到设定值后，热泵机组自动停机。伴随着加热时间的进行，水温逐渐升高，压缩机的冷凝温度逐渐升高，压缩机的排气压力也逐渐升高，机组的电流逐渐升高，耗电量增大，机组制冷能效比逐渐减小。

循环式空气能热水器由于机组本身的先天不足，决定了它存在着一定的问题。循环式空气能热水器补水直接补到保温储水箱中，再通过机组循环加热使水温达到使用要求，这就造成机组刚开启时，水箱水温很低，随着机组的运行水温逐渐升高，直到水温达到使用要求，从而增加了客户使用前等待的时间。它的进水温度不断改变，压缩机的排气温度和排气压力也不停地在变，势必会对压缩机造成冲击，特别是水箱对高温热水进行循环加热的时候，对压缩机冲击很大。因为制冷剂没有充分冷却，系统长期处于高压状态，压缩机克服系统压力所消耗的电能比较多，压缩机的使用寿命会缩短。当出现用水量比较集中时，水箱水位迅速下降，为保证水位要求。自来水迅速补进水箱，与水箱中的高温水混合，使得水箱水温迅速下降，导致了客户使用过程中水温越来越低的状况，影响使用的舒适性。

直热式空气能热水器应用逆卡诺循环原理，通过热泵系统，吸取空气中的能量并转移到水中，使初始冷水（如20℃）流过热泵热水器内部的换热器一次就达到用户设定温度（如55℃），然后储存在水箱内，水箱内的水温恒定不变。低温自来水直接吸收高温制冷剂的热量，使冷媒得到充分冷却，系统高压压力降低，压缩机克服系统压力所消耗的电能就比较少，机组运行效率高。

相比于循环式空气能热水器，直热式空气能热水器有其使用时的优势，由于被加热的水是一次性就被加热到设定的热水温度，对于用户来说用水舒适性得到可靠的保证，不会因为在用水过程中水温变化影响用水的舒适性。直热式系统的进出水温度是恒定的，所以压缩机的排气压力是不变的，伴随着加热时间的进行，热泵机组内压缩机的冷凝温度恒定，压缩机的排气压力恒定，机组的电流恒定不变，机组的耗电量恒定，能效比恒定不变。与循环式相比，直热式热泵水箱温度波动小，热水随时供应，机组始终保持运行状态，能有效地延长压缩机使用寿命，施工更简单，成本更低。

空气能热水器采用空气能换热技术，通过吸热器从空气中吸收热量，再通过压缩机将热量加热升高温度，最后通过加热器将热量传递给用水设备，使水加热。

压缩机是空气能热水器的关键部件之一，是将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的制热剂，从而实现热量传递的关键部件。空气能热水器采用高效的压缩机技术，能够在较低的耗电量下完成水的加热过程。

空气能热水器配备了循环水系统技术，能够实现循环供水，保证水温的稳定性和连续性，并且减少了能量的浪费，提高了能源的利用率。同时，循环水系统还可以减少水垢的生成，延长热水器的使用寿命。

空气能热水器在运行过程中无任何排放物，传热介质采用优质环保制冷剂，对大气及环境无任何污染，没有使用油、煤、气等矿物烯料所造成的环境污染，而且能源消耗极低，属于绿色环保型产品。符合中国能源产业和环境保护政策。

在节能减排已经成为时代潮流的今天，节约能源、减少碳排放是最时尚的生活方式。空气源热泵热水器采用的是逆卡诺原理，将空气中的能量转移到水中，不是直接用电热元件加热，因此其能效可达到电热水器的4倍，即加热等量的热水，耗电量相当于电热水器的四分之一，大大节约了电力的消耗。中国的电力70％是通过火电厂烧煤产生的，节约电力意味着减少碳的排放。

空气能中央热水颠覆传统资源，以空气为能源，从空气中获取免费能量，高效节能、安全环保、运行成本低。吸收空气中的大量热能，与传统的电热水器相比节能70％～90％。比燃气热水器节省一半。热泵热水器是通过大量获取空气中免费热能，消耗的电能仅仅是压缩机用来搬运空气能源所用的能量，因此热效率高达380％-600％，制造相同的热水量，热泵热水器的使用成本只有电热水器的I／4，燃气热水器的1／3。

使用空气能中央热水时，水电完全分离，不存在泄漏、火灾、爆炸、漏电、干烧等隐患。机组内设有高压、低压保护，压缩机过流过载保护，启动延时，水流保护，水温超高保护，水箱水位保护等多重安全保护，产品运行稳定，使用寿命长达10~15年以上，维护费用低。

提供舒适热水，稳定舒适的温度保证人体的舒适度。一年四季全天候运行，不受夜晚、阴天、雨雪等恶劣天气的影响。立体加热，内胆外周+底部盘管加热，水温均匀，恒温大水量供应。低位水平多点层流注水，冷水有序沉淀在水箱底部，冷热水不混合，分层效果好。空气能热泵热水器是蓄热式的，加热功能根据水箱内的温度自动启动，保证热水24h充足供应，因此不会出现像燃气热水器那样无法同时满足多个水龙头用热水的问题，也不会出现电热水器容量小，多人洗澡需要等待的问题。即开即用热水，出水量大，出水温度稳定，满足用户对热水的期望。

不受环境限制，可安装于车库，阳台，楼顶，阁楼，厨房，庭院，储物间，地下室等设备层处，不影响建筑外观，安装方便。模块化安装，简单方便，易于保护。无须直接光照，并可实现无人操作，全自动控制温度供水。

智能控制机组由微电脑控制自动运行，根据水箱水温和用户用水情况，可设置定时开关机，根据水温和用水情况自动停启，无需专人值守。24h提供恒温热水。

由于空气能热水器采用压缩机制热方式，相对于传统的热水器在加热速度方面有一定的劣势。

目前的空气能热水器的购置成本并不低，60L-80L的家用式空气能热水器大概要4000元，100L以上的则需要4500以上，成本较高。

由于空气能热水器的体积相对较大，所以制约了安装的自由性，灵活性不足。

空气能热水器对水温有限制，最高温度为70℃。

空气能热水器的工作温度区间为-5-43℃，如果工作时的气温不在这个区间内，则不能工作。

为了规范市场秩序，2009年9月1日，由美的、同益、沐裕、天舒等新能源家电企业参与制定的，中国首部空气能热水器国家标准《家用和类似用途热泵热水器》，于2009年9月1日正式出台实施。

自2014年5月1日起，《热泵热水器压缩机》作为推荐性国家标准将正式实施。据悉，该标准更注重不同工况下对压缩机的评价，以有效规范市场上的热泵热水器使用专用压缩机，从而提升整机的性能。

2015年1月1日起，强制性国家标准《热泵热水机(器)能源效率标识实施规则》(修订)开始实施。

2017年8月4日，国家能源局发布公告(2017年第8号)，由中国节能协会组织起草的《分体式空气源热泵热水器安装规范》(标准号：NB/T34047-2017)、《商用或工业用及类似用途空气源热泵热水机全年综合能效比测试方法》(标准号：NB/T34050-2017)二项标准正式批准发布，将于2017年12月1日实施。 

《欧盟官方公报》早于2013年9月6日公布两项欧委会规例，订明要制订更加严格的环保设计规定。该两项规例是在关于能源相关产品环保设计规定的欧盟第2009/125/EC号指令的框架下制订。

根据沙特标准、计量和质量局(SASO)于2020年12月发布的RoHS电气电子设备有害物质限制技术法规草案（通报号G/TBT/N/SAU/1166）的要求，所涉范围内的所有电子电气设备及装置中（如增氧泵、真空泵等）的有害物质含量必须满足法规限制要求方可进入沙特市场销售。2021年7月9日，SASO正式公布最终法规，将于180天内强制实施。

燃煤热水系统主要为锅炉系统，尽管为一次能源，热值较高，但需要专业人员维护，运行管理复杂，且排放CO、SO２等有毒有害气体，污染环境，不允许在自然保护区设置；燃气热水器安全性较差，排放有害气体，燃烧不充分和水压不稳定易造成燃气中毒和烫伤事件，且气源受限。与之相比，空气能热水器不需要燃烧任何燃料，因此不会产生二氧化碳等有害气体，具有显著的环保优势。同时，由于空气能热水器主要利用的是环境空气中的热量，这些热量是无穷无尽的，因此在使用过程中几乎不需要额外的能源消耗。

电热水器能耗大，有漏电隐患，接地不良对消费者的生命安全造成严重威胁；相比于电热水器，空气能热水利用空气中的热量，几乎不需要额外的能源消耗。空气能热水器具有高效节能的特点，是常规电热水器热效率的380%~600%，加热相同的水量，比电辅助太阳能热水器利用能效高，耗电只有电热水器的1/4。空气能热水器的电主要用于驱动压缩机，制热后的气体通过外盘式的盘管与水罐中的水交换热量，水电完全分离，这样既不存在漏电隐患，省去了防漏电的烦恼，又避免了电加热管表面温度高、易结垢并影响加热效率的弊端，安全可靠。

太阳能热水器受日照条件的限制，中国南方地区日照时数＜3000h／a，太阳能的保证率＜50％，50％的热水需要使用辅助能源，电加热作为辅助能源时能耗也较高，在安装、使用过程中存在很大的局限性。空气能热泵热水器主要向空气要热能，具有太阳能热水器节能、环保、安全的优点，又解决了太阳能热水器依靠阳光采热和安装不便的问题。