一臺完整的整體式空氣能熱水器包含2個主要部分：
制造冷氣部分和加熱熱水部分。但其實這兩個部分又是緊密的聯系在一起的，密不可分，必須同時工作。即在加熱熱水的同時，給廚房制冷。或者說在給廚房制冷的同時也在加熱熱水。
其內部結構主要由四個核心部件：壓縮機，冷凝器，膨脹閥，蒸發器組成。
其工作流程是這樣的：壓縮機將回流的低壓冷媒壓縮后，變成高溫高壓的氣體排出，高溫高壓的冷媒氣體流經纏繞在水箱外面的銅管，熱量經銅管傳導到水箱內，冷卻下來的冷媒在壓力的持續作用下變成液態，經膨脹閥后進入蒸發器，由于蒸發器的壓力驟然降低，因此液態的冷媒在此迅速蒸發變成氣態，并吸收大量的熱量。同時，在風扇的作用下，大量的空氣流過蒸發器外表面，空氣中的能量被蒸發器吸收，空氣溫度迅速降低，變成冷氣排進廚房。隨后吸收了一定能量的冷媒回流到壓縮機，進入下一個循環。
由以上的工作原理可以看出，整體式空氣能熱水器的工作原理與空調原理有一定相似，應用了逆卡諾原理，通過吸收空氣中大量的低溫熱能，經過壓縮機的壓縮變為高溫熱能，傳遞給水箱中，把水加熱起來。整個過程是一種能量轉移過程(從空氣中用轉移到水中)，不是能量轉換的過程，沒有通過電加熱元件加熱熱水，或者燃燒可燃氣體加熱熱水。
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