一种工艺空调冷水机组冷却水双级高效利用的三级水箱，包括主水箱和副水箱，所述主水箱内部设有竖直的空气隔板，空气隔板的顶面与主水箱的顶面之间留有间隙，所述间隙形成热泵冷端‑制冷机冷却水回水口；所述空气隔板将主水箱的内腔分为位于左侧的一级水箱和位于右侧的三级水箱，副水箱作为二级水箱；一级水箱设有进水总管，一级水箱通过抽水管与二级水箱连通；二级水箱内设有换热盘管，二级水箱通过出水管与导流管连通，导流管插设在三级水箱内，导流管的外侧中部套设有多孔隔板。本发明大提高了制冷机和热泵的联合使用效果，节能效果显著。还可以用于其他冷水机组‑热泵联合运行系统中的冷却水余热利用、冷热水混合，具有广泛的应用潜力。