恒溫恒濕機系統的運作是通過三個相互聯系的系統：制冷劑循環系統、空氣循環系統、電器自控系統；其中制冷劑循環系統主要是由蒸發器中的液態制冷劑吸收空氣的熱量（空氣被降溫及除濕）并開始蒸發，最終制冷劑與空氣之間形成一定的溫度差，液態制冷劑亦完全蒸發變為氣態，后被壓縮機吸入并壓縮（壓力和溫度增加）,氣態制冷劑通過冷凝器（風冷/水冷）吸收熱量，凝結成液體。通過膨脹閥（或毛細管）節流后變成低溫低壓制冷劑進入蒸發器，完成制冷劑循環過程。
恒溫恒濕機的空氣循環系統是由風機負責將空氣從回風口吸入，空氣經過蒸發器（降溫、除濕），加濕器，電加熱器（升溫）后經送風口送到用戶需要的空間內，送出的空氣與空間內的空氣混合后回到回風口。
恒溫恒濕機的電器自控系統包括電源部分和自動控制部分。電源部分通過接觸器，對壓縮機、風扇、電加器器，加濕器等供應電源自動控制分部分又分為溫、濕度控制及故障保護部分:溫、濕度控制是通過溫、濕度控制器，將回風的溫濕度與用戶設定的溫濕作對比，自動運行壓縮機（降溫、除濕），加濕器，電加熱（升溫）等元件，實現恒溫恒濕的自動控制
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