小型的水一空氣熱泵機(jī)組主要用在水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，用水環(huán)路將小型的水一空氣熱泵機(jī)組并聯(lián)在一起，構(gòu)成一個以回收建筑物內(nèi)部余熱為主要特征的熱泵供暖、供冷系統(tǒng)。典型的水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)由四部分組成:室內(nèi)的小型水一空氣熱泵機(jī)組;水循環(huán)環(huán)路、輔助設(shè)備(如冷卻塔、加熱設(shè)備、蓄熱裝置等)和補(bǔ)水定壓設(shè)備組成。根據(jù)空調(diào)場所的需要，水環(huán)熱泵可以按制冷工況運行，也可以按制熱工況運行，還可以部分室內(nèi)水一空氣熱泵機(jī)組制冷、部分室內(nèi)機(jī)組制熱運行。
水環(huán)熱泵機(jī)組在夏季制冷工況運行時，室內(nèi)的回風(fēng)直接經(jīng)過室內(nèi)熱泵機(jī)組內(nèi)的直接蒸發(fā)式蒸發(fā)器降溫除濕后送入房間，冷凝器的冷卻水通過冷卻塔冷卻后循環(huán)使用。在冬季制熱工況運行時，通過室內(nèi)機(jī)組的換向閥，改變制冷劑流向，水側(cè)換熱器為蒸發(fā)器，空氣側(cè)換熱器為冷凝器，回風(fēng)通過冷凝器被加熱后送入房間，實現(xiàn)室內(nèi)供熱。
在冬季，如果一棟建筑物內(nèi)，部分房間需要供熱，部分房間需要供冷，或者在一些大型建筑內(nèi)，建筑內(nèi)區(qū)往往有全年性冷負(fù)荷，導(dǎo)致冬季周邊區(qū)需供熱，內(nèi)區(qū)需供冷。若周邊區(qū)需供熱房間的熱負(fù)荷與內(nèi)區(qū)需供冷房間的冷負(fù)荷比例適當(dāng)時，即排入水環(huán)路中的熱量與從水環(huán)路中提取的熱量相當(dāng)，水溫維持在13~32℃范圍內(nèi)，此時系統(tǒng)高效運行，冷卻塔和加熱設(shè)備停止運行。由于從水環(huán)路中提取的熱量與樣放到水環(huán)路中的熱量不可能每時每刻都相等，因此系統(tǒng)中還設(shè)有蓄熱裝置，暫存多余的熱量。
