空氣能熱水器是通俗的說法，實際上應該稱為空氣源熱泵熱水器。

夏天，將一塊冰放在啤酒里面，冰很快就會融化。從物理角度上解釋為冰塊從啤酒中吸收了熱量，并使啤酒的溫度降低，空氣能就是通過一種介質通過室外機和空氣相接觸，吸收空氣中的熱能。但是僅僅吸收的熱能溫度是不可能超過空氣溫度的，這就需要用一種裝置將工質的體積大幅壓縮，使工質的溫度上升到可以利用的狀態。在此過程中，壓縮機雖然耗電，但是從空氣中吸收的熱能要遠遠大于電直接發熱的熱能。就如同汽車耗幾升汽油就可以把幾噸油從一個地方運到另一個地方。這種裝置就稱為熱泵，也是空氣能熱水器的核心部件。

氣能熱水器其實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。空氣能則是吸收環境的熱量，將熱量排給水箱。

首先看一下空氣能的原理。空氣能利用了熱泵的原理，首先制冷劑（空調中的稱法）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。

為什么空氣能會節能。首先要提到一個參數，性能參數COP，

，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，一般來說，COP能達到3.5~4.5是比較高的了。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。