普通的单级压缩空气源热泵即为传统的空气源热泵，其工作原理见图2。单级压缩空气源热泵理论上在室外温度为-30℃时仍可稳定运行，但相对于其他低温空气源热泵，其COP相对较低。

为改善这一问题，学者们在单级热泵的基础上通过增加元件对其进行改进：春兰集团对现行的热泵空调机进行了改进，提高室外机空气流量、选择带曲轴加热器的压缩机、增加融霜电磁阀等措施，提高了低温环境下热泵系统的制热能力。

马国远等人[3-4]提出了补气増焓热泵系统来降低低温环境下压缩机的排气温度、进而提高制热效果，在-10℃～-15℃的低温环境下，补气増焓热泵系统具有良好的制热效果，能够满足北方地区的冬季采暖，但是该系统只适合小型的空气源热泵系统。

采用单级压缩空气源热泵压缩后的过热蒸汽温度过高，会导致单位制热量大大降低，压缩机的耗电量增加。单级热泵可以与变频技术、蓄热系统或与其他压缩机并联等技术相结合，但会增加系统初投资，经济性比双级压缩空气源热泵要低。