超低温热泵机组运行基本原理依据是逆卡循环原理，液态工质首先在蒸发器内吸收空气中的热量而蒸发形成蒸汽(汽化)，汽化潜热即为所回收热量，而后经压缩机压缩成高温高压气体，进入冷凝器内冷凝成液态(液化)把吸收的热量发给需要的加热的水中，液态工质经膨胀阀降低压力膨胀后重新回到膨胀阀内，吸收热量蒸发而完成一个循环，如此往复，不断吸收低温源的热而输出所加热的水中，直接达到预定温度。
超低温空气源热泵的优势就是经济节能，因为它具有很高的能效，它只需消耗一部分电能，而能得到3-4倍于所耗电能的热能。普通空气源热泵在环境温度低于5℃后，机组能效开始衰减，在-5℃下几乎都不能使用;超低温空气源热泵机组确可以在-15℃甚至-25℃的低温环境下正常制热;当然此时的能效也比较低，一般都在2.0以下。
广东麦克威尔新能源有限公司
本公司发明公开了一种节能防霜空气源热泵系统，超低温热泵机组，包括蒸发器和储热水箱及太阳能集热器， 还包括水泵和节温器总成，蒸发器内设有流通制冷剂的流道和用于流通热水的第二流道；储热水箱、水泵、太阳能集热器、节温器总成、第二流道、储热水箱依 次通过水管相连通构成大循环回路；储热水箱、水泵、太阳能集热器、节温器总成、储热水箱依次通过水管相连通构成小循环回路；节温器总成可根据太阳能集热器 出水口温度自动调节大循环回路和小循环回路水量。本发明解决在低温环境下易结霜的问题，使压缩机工作在适合温度范围内，提高热泵制热性能，减少压缩机功耗。
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空气源热泵是要用电，但电只用在驱动热泵系统从外界环境中吸收热量。并将热量释放出来加热水，而不像常规电热水器那样直接用电形成860大卡的热量加热水。实验证明同样一度电用于热泵系统中从外界吸收的热量是四倍于860大卡的热量，故用电量只有电热水器的四分之一。
打一个通俗的比方：热泵机组用1份电能可以从环境中吸取2-3份免费热能，再用这些热能加热水，消耗的1份电能也用于加热热水。所以最终可使热效率达到300-500%。
