空气能热水器工作原理是按照“逆卡诺”的原理进行工作的，就是通过空气能热泵机组的通电工作，将周围空气的热量吸收到换热器上，通过换热器，将热量通过热传递原理将热量传递到水里，达到加热的作用。空气能热泵机组工作时，在风机的吸力作用下，室外普通空气从进风口进入机组内腔，流过换热器，此时空气中的能量被换热器吸收，并转移到保温水箱中，给水加热；失去能量的空气温度降低，变成冷空气从风机吹出来。
空气能热泵机组一般由膨胀阀（节流阀）、压缩机、冷凝器、蒸发器等主要部件组成。
膨胀阀（节流阀）工作原理
膨胀阀（节流阀）是在制冷系统中通过改变节流截面或节流长度达到控制制冷剂流量的装置，一般安装于蒸发器和储液筒之间。膨胀阀（节流阀）使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果，膨胀阀（节流阀）通过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量，防止蒸发器面积利用不足和敲缸现象的发生。
压缩机工作原理
压缩机（也有人称之为“蒸气泵”）是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械装置，是制冷系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝(放热)→膨胀→蒸发(吸热)的制冷循环。
冷凝器工作原理
冷凝器为制冷系统的机件，属于换热器的一种，能把气体或蒸气转变成液体，将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气中。气体通过一根长长的管子（通常盘成螺线管），让热量散失到四周的空气中，铜之类的金属导热性能强，常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加热传导性能优异的散热片，加大散热面积，以加速散热，并通过风机加快空气对流，把热量带走。冷凝器工作过程是个放热的过程，所以冷凝器温度都是较高的。
蒸发器工作原理
蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件，经过压缩、液化的低温的冷凝“液”（制冷剂）体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，“气”化吸热，降低周围介质的温度，以达到制冷的效果。
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