在自然界中，水總由高處流向低處，熱量也總是從高溫傳向低溫。但人們可以用水泵把水從低處提升到高處，從而實現水由低處向高處流動，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環境中吸取熱量，並把它傳遞給被加熱的對象(溫度較高的物體)，其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環工作的，所不同的只是工作溫度範圍不一樣。一台壓縮式熱泵裝置，主要由蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四部分組成，通過讓工質不斷完成蒸發(吸取環境中的熱量)一壓縮一冷凝(放出熱量)一節流一再蒸發的熱力循環過程，從而將環境里的熱量轉移到水中(如圖1所示)。熱泵在工作時，把環境介質中貯存的能量 在蒸發器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即壓縮機耗電；通過工質循環系統在冷凝器中放熱,； ,由此可以看出熱泵輸出的能量為壓縮機做的和熱泵從環境中吸收的熱量，因此，採用熱泵可以節約大量的電能。採用少量的電能驅動壓縮機運行，高壓的液態工質經過膨脹閥后在蒸發器內蒸發為氣態，並大量吸收空氣中的熱能，氣態的工質被壓縮機壓縮成為高溫、高壓的液態，然後進入冷凝器放熱，把水加熱，如此不斷地循環加熱，可以把水加熱至50℃-65℃。
普通空氣源熱泵熱水器低溫環境運行存在的問題諸多，主要有兩大類：第一，由於壓縮比過大造成壓縮機壓縮過程中問題；第二，諸多因素聯合作用造成系統制熱量過小問題。下面針對該兩主要問題，借鑒行業內研究內容，分析問題原因，探討解決思路。
系統循環流程為:出蒸發器的低壓低溫製冷劑R134a於1 點進入低壓級壓縮機,經過1 2 升溫升壓過程后(2 點) 與從中間冷卻器出來的飽和製冷劑氣體(7 點) 混合,於3 點進入高壓級壓縮機,經過高壓壓縮過程3 4 達到生產熱水要求的高壓高溫氣體後於4 點進入冷凝器加熱水箱中,冷凝后的過冷製冷劑液體於5 點進入膨脹閥,經過節流後進入中間冷卻器,中間冷卻器的製冷劑分為兩股,一股為飽和氣體(7 點) ,另外一股為飽和液體,於6 點進入膨脹閥2 ,經6 8節流過程後進入蒸發 器吸熱蒸發,進入低壓級壓縮過程。溫差可以達到50~80℃。
