空氣能熱水器的整個系統是由熱泵主機、水箱、電磁閥、循環泵以及管道構成，家用機水箱按照傳熱結構可分為水循環式、外置盤管式、內置盤管式。商用機還有直熱式，不管是直熱式還是循環式，空氣能熱水器工作原理都是大同小異。
家用機中水循環式加熱比較快、安全性能好、壽命比較長、主機和水箱是沒有距離限制的，但是生產成本比較高，還要增加效率很低最容易受損的是循環泵，反而是增加了用電量，與節能相違背。同時在用水過程中循環加熱，會導致出現嚴重混水現象，熱源也是不穩定的，外置盤管式壽命長、安全性能好，但是起熱比較慢，等待時間相對而言比較長。內置盤管式加熱快、效率高，但受水質、管材、厚度的影響，長久使用下來會有盤管腐蝕和泄露的隱患。
商用熱水機組中，熱式機組進水溫度低而出水溫度卻比較高（15℃~60℃）。而循環式機組最初工作時，進水溫度也可能是15℃，但隨著一次次的拉循環，進水溫度不斷提高，隨著溫度的遞增，循環式熱水機組對應的冷凝溫度也迅速增加。
直熱式空氣能冷水會直接進主機，因為自來水本身就有壓力，所以不需要水泵，而循環式熱泵冷水進水箱，整箱水進行循環，所以需要水泵且水泵功率較大，系統比較費電。在實際安裝過程中，為了保證用戶迅速洗到熱水而且熱水溫度波動較小，循環式熱泵往往需要再加輔助水箱，兩個水箱之間又是需水泵的，系統會更加復雜更加費電。循環式的高溫冷媒一開始也和15℃的水進行熱交換，但隨著自己的做功，發生熱交換的水溫越來越高，冷媒的熱交換效率出現下降，特別是水溫升高到50℃時，對應的冷凝溫度高達75℃，冷媒經過熱交換后溫度仍然很高，最少也有60℃，冷媒放熱的值明顯是不夠的。
直熱式通常是通過控制水的流量來提高水溫，從而使水溫一步到位。而對于出水量的問題，完全可以通過水流控制閥調節水系統，做到在相同的時間內，生產出相同溫度的等量熱水。因為循環式熱泵系統是將整箱水不停地進行循環加溫，所以出水溫度不穩定，用戶使用起來忽冷忽熱；而直熱式熱泵出水溫度是恒定的，所以不存在上述問題。
直熱式空氣能熱水器在工作時能夠解決熱泵最核心的技術難題，理所當然的是未來空氣源熱泵熱水技術發展的方向。但是兩種運行方式的空氣能熱泵是各有千秋的，最重要的是根據自己的實際需求來選擇合適的產品。
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