熱水器采用的是逆卡諾循環，其原理其實是反空調原理，是空調的另一個版本，空調是吸收室內的熱量，再將熱量排到室外?？諝饽軇t是吸收環境的熱量，將熱量傳遞到水箱內加熱里面的水。能量的轉換需要需要用到制冷劑，也就是氟利昂，它是可以通過物態變化來釋放冷和熱的能量的。和空調不同的是，空氣中沒有冷氣，所以空調是要完全靠壓縮制冷劑來產生冷氣的；而空氣中本身是有熱量的。
首先看一下空氣能熱水器原理。首先制冷劑吸收空氣中的熱量蒸發，經過壓縮機，汽化后的制冷劑溫度 上升，能量提高，之后，經過水箱，把熱量傳遞給水，制冷劑自己冷卻后冷凝，再經過膨脹閥通過小孔膨脹進一步降低溫度，再次與空氣熱交換開始下一個循環。這個循環體系主要是通過制冷劑吸收空氣中的熱量再利用壓縮機對制冷劑做功，對其進行加熱，再將熱量用于水的加熱
常溫型空氣能熱水器原理圖
低溫/超低溫型空氣能熱水器原理圖
為什么空氣能會節能。首先要提到一個參數，性能參數COP，COP=Q/W，Q是加熱熱水需要的熱量，W是壓縮機的做功。對于一個卡諾循環，COP=Th/(Th-Tc)，其中Th是制冷劑的最高溫度，Tc是制冷劑的蒸發溫度。對于環境溫度15℃，Tc=288K，如果需要將熱水加熱至50℃，制冷劑的溫度需要在55℃左右，Th=328K，COP=8.2。這意味著我們投入1kJ的能量驅動壓縮機，可以加熱8kJ的水。這并不是說明能量不守恒，只是我們利用了壓縮機將空氣中溫度較低、品質較差的能量轉化為溫度較高、品質較高的能量。
當然，實際上COP要低于這個數值。而電加熱或者燃氣加熱，水的熱量完全由電能或者燃氣自身的能量提供，由于能量利用效率低，消耗的能量肯定要高于水吸收的能量。因此空氣能是節能的。
所以舉個例子：今天室外35度，那么吸收了空氣中的35度熱溫，再壓縮做功釋放個15度溫度，你就可以得到50度的熱水了，故，夏天好點質量的空氣能 能效比（COP）都可以達到4.6以上，即：你做功耗費1KW的電，可以產生4.6KW的熱能。熱效率是電熱水器的四倍。
空氣能熱水器擁有很多優點，一是 省電（正常家用三口人，6毛一度電，一年用電熱水器一般1800左右電費，空氣能同樣情況下400多，能省四分之三費用）。二是 很安全，因為制熱原理不同，可以完全水電分離，杜絕了漏電危險。三是 舒適，即開即洗，運行模式和冰箱一樣，中溫保溫，一天一度電。 四是 安裝簡便，使用壽命更長。
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