本实用新型提供了一种压缩空气换热系统，包括：空气制冷流路，空气制冷流路上设有第一压缩机、第二压缩机、膨胀机，第一压缩机和第二压缩机用于对流经空气制冷流路的空气升温升压，膨胀机用于对流经空气制冷流路的空气降温降压，空气制冷流路的入口和出口分别形成压缩空气换热系统的回风口和出风口；其中，膨胀机通过连接轴与第二压缩机同轴连接，且第二压缩机的进气口连通第一压缩机的出气口。由于使用空气作为制冷剂，安全无污染，不会对环境造成危害，也有利于降低生产成本和后期的维护成本。且双级压缩能够提高膨胀机的膨胀比和焓降，因此提高了膨胀机的做功能力，增大了单位制冷量，也提高了系统的制热量。