本发明公开了属于农业设施领域的一种表冷器‑热泵联合集热系统及其运行方法；其中：表冷器‑风机的进水口通过供水L型三通球阀与集热池和储热池相连；表冷器‑风机的出水口通过回水L型三通球阀与集热池和储热池相连；集热池和储热池之间通过热泵相连并传递热量；通过热泵控制集热池中水温的同时，将白天收集到的能量集中储存于储热池中。本发明中热泵与主动集放热系统相结合可以有效降低白天系统内集热池的水温，从而提高系统的集热效率；还将蓄水池的总容量减小了至少30％，不仅避免大量的室内空间被占用，也减少了建造成本。