以室外空氣為熱源的熱泵機組，稱為空氣源熱泵機組。空氣源熱泵是最具有普適性的熱泵形式。根據冷卻介質的不同，又可分為空氣/空氣熱泵（如分體柜式熱泵空調器、熱泵型窗式空調器等）和空氣/水熱泵（如空氣源熱泵熱水器、空氣源熱泵冷熱水機組等）。下圖是空氣源熱泵的原理示意圖。

空氣源熱泵機組的安裝和使用都比較簡單和方便，機組運行有一定噪聲。一方面，空氣源熱泵機組一般不需要圍護結構，布置在室外;一方面，空氣的熱容量比水小，在同樣的換熱量要求下，空氣源熱泵機組所需要空氣量比水大很多，這樣所選用的風機也較大，導致空氣源熱泵機組的噪聲增大。

室外空氣側換熱器表面溫度低于周圍空氣的露點溫度且低于0℃時，換熱器表面就會結霜，機組結霜將會降低室外側換熱器的傳熱系數，增加空氣側的流動阻力，導致機組的COP及供熱能力下降。

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