1、一、变频双级压缩系统
系统在蒸发温度为-25℃/冷凝温度为50℃时，制热性能系数高于2.0，高压级压缩机排气温度不会超过120℃。由空气能热水器专家田长青等提出在热泵热水系统中的低压级采用变频压缩机双级热泵热水机组的构想。但是变频系统的制热量调节范围有限，并且随着压缩机频率的变化，在其偏离最优效率的情况下，制热效率下降很快；再者，变频系统以及其配套控制部件较为复杂，且价格较高，不适宜用于小型空气能热水器中。
2、二、双级耦合系统
国外空气能科研人员M Hulten 和T Berntsson 发明了吸收式-压缩式耦合热泵，该系统把供热废热作为吸收式热泵的热源，制取温度高于环境温度的空气。高温端压缩式热泵以制取的空气为热源，来制取合适温度的热水。该系统在低温工况下具有较高的制热系数，但是系统比较复杂，而且必须配备合适的废热源。
余银平、马最良等提出了双级耦合热泵，采用了通常的复叠式循环系统空气-水热泵从大气中吸取热量，提供10-20℃的水。以此作为水源热泵的低位中温热源，水-水热泵再从10-20℃的水中吸取热量。来制取所需温度要求的高温水。
3、三、准双级压缩系统
在系统的螺杆机上设置补气孔，将单级热泵改成准两级循环方式，实际为一级压缩两级节流循环。系统环境温度较高的时候，按照单级压缩双级节流带经济器的节电循环方式运行；当环境温度较低或者系统负荷较大时，使用高于大气环境温度的废水作为辅助热源来为蒸发器加热。两种措施可以提高系统制热性能和制热量。
双级压缩系统
