熱泵是一種將低溫熱源的熱能轉移到高溫熱源的裝置。通常用于熱泵裝置的低溫熱源改是我們周圍的介質——空氣、河水、海水，或者是從工業生產設備中排出助工質，這些工質常與周圍介質具有相接近的溫度。熱泵裝置的工作原理與壓縮式制冷機是一致的；在小型空調器中，為了充分發揮它的效能，在夏季空調降溫或在冬季取暖，都是使用同一套設備來完成的。在冬季取暖時，將空溫器中的蒸發器與冷凝器通過一個換向閥來調換工作。

在夏季空調降溫時，按制冷工況運行，由壓縮機排出的高壓蒸汽，經換向閥(又稱四通閥)進入冷凝器，制冷劑蒸汽被冷凝成液體，經節流裝置進入蒸發器，并在蒸發器中吸熱，將室內空氣冷卻，蒸發后的制冷劑蒸汽，經換向閥后被壓縮機吸入，這樣周而復始，實現制冷循環。在冬季取暖時，先將換向閥轉向熱泵工作位置，于是由壓縮機排出的高壓制冷劑蒸汽，經換向閥后流入室內蒸發器(作冷凝器用)，制冷劑蒸汽冷凝時放出的潛熱，將室內空氣加熱，達到室內取暖目的，冷凝后的液態制冷劑，從反向流過節流裝置進入冷凝器(作蒸發器用)，吸收外界熱量而蒸發，蒸發后的蒸汽經過換向閥后被壓縮機吸入，完成制熱循環。這樣，將外界空氣(或循環水)中的熱量“泵”入溫度較高的室內，故稱為“熱泵”。上海冰箱廠生產的CKT一3A型窗式空調器，就是一種熱泵式空調器。在圖2—17的熱泵循環中，從低溫熱源(室外空氣或循環水，其溫度均高于蒸發溫度to)中取得Q。kcal/h的熱量，消耗了機械功ALkcal/h，而向高溫熱源(室內取暖系統)供應了Qlkcal/h的熱量，這些熱量之間的關系是符合熱力學第一定律的，即Q1=Q0十ALkcal/h如果不用熱泵裝置，而用機械功所轉變成的熱量(或用電能直接加熱高溫熱源，則所得的熱量為ALkcal/h，而用熱泵裝置后，高溫熱源(取暖系統)多獲得了熱量：Q1—AL=Q0，kcal/h此一熱量是從低溫熱源取得的，如果不用熱泵裝置，就無法取得這一熱量。故用熱泵裝置旨可節省燃料，又可利用余熱。

熱泵的工作循環與熱機的工作循環正好相反，熱機是利用高溫熱源的能量來產生機械功的，而熱泵是靠消耗機械功將低溫熱源的熱量轉移到高溫物體中去。若熱泵與熱機具有兩個相同的熱源溫度，則熱機循環的熱效率η=AL╱Q1；熱機循環的能量指標----熱量轉換系數φ=Q1╱AL，故φ=1╱η。η值總是小于1的，故φ值是大于1的。若制冷機與熱泵具有兩個相同的熱源溫度，則它們之間的關系為：φ=Q1╱AL=Q0+AL╱AL=ε+1，ε是制冷機的制冷系數。由此可看出，熱量轉換系數的最小值是吁=1，在此極限情況下Q。=o，即沒有從低溫熱源吸取熱量。

作為自然界的現象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫區流向低溫區。但人們可以創造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。熱泵在工作時，它本身消耗一部分能量，把環境介質中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質循環系統提高溫度進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術可以節約大量高品位能源。

在運行中，蒸發器從周圍環境中吸取熱量以蒸發傳熱工質，工質蒸汽經壓縮機壓縮后溫度和壓力上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給了儲水箱中的水。冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發器，然后再被蒸發，如此循環往復。