小型的水一空氣熱泵機組主要用在水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)中，用水環(huán)路將小型的水一空氣熱泵機組并聯(lián)在一起，構成一個以回收建筑物內部余熱為主要特征的熱泵供暖、供冷系統(tǒng)。典型的水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)由四部分組成:室內的小型水一空氣熱泵機組;水循環(huán)環(huán)路、輔助設備(如冷卻塔、加熱設備、蓄熱裝置等)和補水定壓設備組成。根據(jù)空調場所的需要，水環(huán)熱泵可以按制冷工況運行，也可以按制熱工況運行，還可以部分室內水一空氣熱泵機組制冷、部分室內機組制熱運行。

水環(huán)熱泵機組在夏季制冷工況運行時，室內的回風直接經(jīng)過室內熱泵機組內的直接蒸發(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，通過室內機組的換向閥，改變制冷劑流向，水側換熱器為蒸發(fā)器，空氣側換熱器為冷凝器，回風通過冷凝器被加熱后送入房間，實現(xiàn)室內供熱。

在冬季，如果一棟建筑物內，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，建筑內區(qū)往往有全年性冷負荷，導致冬季周邊區(qū)需供熱，內區(qū)需供冷。若周邊區(qū)需供熱房間的熱負荷與內區(qū)需供冷房間的冷負荷比例適當時，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，水溫維持在13~32℃范圍內，此時系統(tǒng)高效運行，冷卻塔和加熱設備停止運行。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)中還設有蓄熱裝置，暫存多余的熱量。