本发明涉及一种直接膨胀式相变储能热泵系统及其工作方法，包括室内机组、室外机组和水箱，室内机组包括室内机壳体，室内机壳体内部上方设有风机段、内部下方设有回风段，室内机壳体侧面上部设有与所述风机段相连通的送风口、侧面下部设有与回风段相连通的回风口；室内机壳体中部设有第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道上端与风机段连通、下端与回风段连通；第二换热通道上端与风机段连通，下端与所述回风段连通；第一换热通道内设有室内风冷换热器，第二换热通道内设有相变储能蓄冷装置；所述水箱内设有相变储能蓄热装置。回收蒸汽压缩制冷循环的余热制备热水，对提高能源利用率、降低运行费用和缓解电网压力有显著的效果。