本发明公开了一种利用空气能的水循环系统及操作方法，水循环系统包括与用水设备排水连通并用于收集水的集水增压机构，集水增压机构安装有单向阀的出口与低位增压罐连通，低位增压罐经连接管与高位增压机构连接，于连接管上且位于高位增压机构处设置有抽真空罐，高位增压机构的出口与用水设备的进口连通；操作方法中主要是实现水源的前期建立循环，并通过对相应设备进行气压的补充及抽真空罐内气体的排出，使整个水循环系统一直保持循环状态。本发明能够将低位处供应至高位处，并将高位处利用过的水收集进行循环，在整个循环过程中能够充分降低能耗，并且具有较强的蓄水和缓冲能力。本发明适用于低能耗下水循环中低位水供应至高位处的技术领域。