空气能热水器采用的是逆卡诺循环，其实就是空调的逆原理，是空调的另一种版本。空调是从室内吸收热量，然后排放到室外。空气能是从环境中吸收热量，然后传递给水箱，加热里面的水。能量的转换需要用到制冷剂，也就是氟利昂，它可以通过物理变化释放冷能和热能。与空调不同的是，空气中没有冷空气，所以空调完全是靠压缩制冷剂来产生冷风；而空气本身是有热量的。
首先我们来看一下空气能热水器的原理，首先冷媒吸收空气中的热量而蒸发，经过压缩机之后，蒸发出来的冷媒温度上升，能量增加，之后经过水箱，把热量传递给水，冷媒自身降温凝结，然后通过膨胀阀的小孔膨胀，进一步降低温度，之后再次和空气进行热交换，开始下一个循环。这个循环系统主要是利用冷媒吸收空气中的热量然后通过压缩机对冷媒做功，使其加热，再利用这些热量来加热水。
常温空气能热水器示意图
低温/超低温空气能热水器示意图
空气能为什么节能呢？首先不得不提到一个参数，性能参数COP，COP=Q/W，Q是加热热水所需要的热量，W是压缩机所作的功。对于卡诺循环，COP=Th/(Th-Tc)，其中Th是制冷剂的最高温度，Tc是制冷剂的蒸发温度。对于环境温度15℃，Tc=288K。如果需要将热水加热到50℃，则制冷剂的温度需要在55℃左右，Th=328K，COP=8.2。这意味着我们投入1kJ的能量来驱动压缩机，可以加热8kJ的水。这并不是说能量不守恒，而是我们利用压缩机将空气中温度较低、质量较低的能量转化为温度较高、质量较高的能量。
当然现实中COP是低于这个值的，电加热或者燃气加热，水的热量完全是靠电或者燃气本身的能量来提供的，由于能源利用效率低，消耗的能量肯定要高于水吸收的能量，所以空气能是节能的。
比如今天室外温度是35度，你从空气中吸收35度的热量，再通过压缩释放15度的热量，就能得到50度的热水，所以夏天品质好的空气能效比（COP）可以达到4.6以上，也就是你消耗1KW的电能，就能产生4.6KW的热能，热效率是电热水器的4倍。
空气能热水器有很多优点，一是省电（对于一般的三口之家来说，每度电六毛钱就够了，电热水器一年的电费一般在1800元左右，同等情况下，空气能热水器只要400多元，可以节省四分之三的费用）。二是安全性高，因为加热原理不同，可以完全做到水电分离，杜绝了漏电的风险。三是舒适，即开即洗，操作方式跟冰箱一样，中温保温，每天省一度电。四是安装方便，使用寿命较长。
空气能热水器为什么加热有时候快有时候慢？家用空气能热水器如何选购
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