空气能热水器，又称为空气源热泵热水器，是一种利用大气中的低温热能来加热水的高效节能设备，它的核心工作原理是基于逆卡诺循环和热泵技术，下面将从科学原理、结构组成以及工作流程三个方面详细阐述其工作原理。
一、科学原理
空气能热水器的运作基础是逆卡诺循环，这是一种将低温热源的热量通过消耗一部分高品位能源(如电能)提升到更高温度的过程。逆卡诺循环主要包括蒸发、压缩、冷凝和膨胀四个步骤。在空气能热水器中，低温热源是室外空气，高品位能源则是电能，主要用于驱动压缩机。
二、结构组成
空气能热水器主要由以下几部分构成：
1、蒸发器：位于室外单元，通过风扇吸入室外空气，空气中的热量通过冷媒(如R410A或R32)吸收并在蒸发器内转化为气态冷媒。
2、压缩机：吸收了热量的气态冷媒被压缩机压缩，从而使得冷媒的温度和压力升高，进入下一个环节。
3、冷凝器：在室内单元，高温高压的冷媒进入冷凝器，通过释放热量将水加热，自身则转变为液态。
4、膨胀阀：液态冷媒经过膨胀阀节流降压降温，变为低压低温的气液混合物，返回蒸发器再次开始循环。
5、储热水箱：冷凝器释放的热量被用来加热水箱内的水，当水温达到设定值时，系统自动停止加热，直到水温下降后再次启动。
三、工作流程
1、吸热过程：蒸发器吸收室外空气中的热量，使冷媒从液态蒸发为气态。
2、压缩过程：压缩机将蒸发后的气态冷媒压缩成高温高压的气体。
3、放热过程：高温高压的冷媒进入冷凝器，将热量传递给水箱中的水，自身由气态转变为液态。
4、膨胀过程：液态冷媒通过膨胀阀减压降温，变成低压低温的气液混合物，然后回到蒸发器，开始新一轮的循环。
在整个过程中，空气能热水器实现了将室外空气中的热量“搬运”到水箱中，使水温升高，而消耗的仅仅是压缩机运转所需要的电能。相比传统的电热水器，空气能热水器的能效比(COP)通常远高于1，也就是说，它们可以利用少量的电能吸收和转化大量的环境热量，从而达到节能省电的效果。
需要注意的是，空气能热水器的效能受到环境温度的影响，环境温度越低，提取热量的难度越大，因此，许多现代的空气能热水器配备了辅助电加热功能，在环境温度过低时，为了保证热水供应，会启用辅助电加热以提高水温。同时，为了应对冬季低温环境，部分机型还应用了喷气增焓、双级压缩等技术来提高低温下的工作效率。
