本發明公開了一種兩級壓縮切換至部分二元復疊的空氣源熱泵除霜系統,包括室內換熱器、室外換熱器、氣液分離器、壓縮機、高壓儲液器、四通換向閥、經濟器、截止閥、除霜支路和補熱支路;第一除霜支路的兩端分別連接室外換熱器和氣液分離器的入口;第二除霜支路的兩端分別連接低壓壓縮機排氣口和經濟器冷卻盤管入口;補熱支路的一端連接四通換向閥,另一端直接通入高壓儲液器液相內,支路上安裝補熱電磁閥,補熱傳感器置于高壓儲液器的液相內。本發明改造了兩級壓縮系統的流程,可實現制熱與除霜同時運行,制熱量不衰減,壓縮機工況不改變,對系統沖擊小,減少能耗,在保證室內舒適度的前提下實現高效節能。