一、地源热泵工作原理
首先介绍热泵工作原理，作为自然界的现象，正如水由高处自发地流向低处那样，热量也总是从高温自发地流向低温，用著名的热力学第二定律表述是：“热量不可能自发由低温传递到高温”。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。
地源热泵是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为热泵的冷热源，地球表面水源和土壤是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。地源热泵系统技术利用储存于地表浅层近乎无限的可再生能源提供空调及采暖，成为可再生能源的一种形式。
冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”;夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。
图 地源热泵工作原理
地源热泵系统是一种以较低的运行费用向房屋供暖、供冷和加热生活用水的优异空调系统。美国环境保护局已经宣布，地源热泵系统是目前可使用的对环境友好和有效的供热、供冷风系统。它比空气热泵系统可节省能源40%以上，比电采暖节省能源70%以上，比燃气炉的效率平均提高48%，比燃油炉的效率高出75%。地球表面或浅层水源的温度一年四季相对稳定，一般为10~25℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是热泵很好的冷热源。这种温度特性使得地源热泵的制冷、制热系数可达3.5~5.5。
因此，可以说地源热泵系统属于一种高效的节能系统。
图 地源热泵系统图
二、地源热泵分类
根据ASHRAE Handbook: HVAC Applications.(1995)的分类，地源热泵属于地热能资源利用的一个大类，地源热泵按照室外换热方式不同又可分为四类：1、埋管式土壤源热泵系统，2、地下水热泵系统，3、单井换热热井，4、地表水热泵系统，根据循环水是否为密闭系统，地源又可分为闭环和开环系统。
图 地源热泵分类
其中埋管式土壤源热泵系统也称耦合热泵系统(Ground-couple heat pumps GCHP)或土壤热交换地源热泵(Ground heat exchanger heat pumps)，包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以U形管状垂直安装在竖井之中。通过中间介质(通常为水或者是加入防冻剂的水)作为热载体，使中间介质在土壤耦合地热交换器的封闭环路循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。其形式包括1、水平埋管地源热泵系统，2、垂直埋管地源热泵系统，3、螺旋埋管地源热泵系统
图土壤源热泵系统
深井回灌式水源热泵系统属于地下水热泵系统，通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。无论是深井水，还是地下热水都是热泵的良好的低位热源。地下水位于较深的地方，由于地层的隔热作用，其温度随季节气温的波动很小，特别是深井水的水温常年基本不变，对热泵的运行十分有利。图5.6为地下水热泵系统图。
图 地下水热泵系统
地表水热泵系统(Surface-water heat pumps, SWHP)：利用包括江水、河水、湖水、水库水及海水作为热泵冷热源，分为开式系统和闭式系统两种类型。闭式系统是由在水面以下的高密度聚乙烯管组成的地下水换热器取代了土壤型热交换器。与土壤型热交换地源热泵系统一样，高密度聚乙烯组成的水管环路与室内循环水管相连。开式系统是抽取地表水(湖水、河水、江水、海水等)与室内的水管环路的水进行热交换，提取地表水中的能量给室内空调供暖。图5.7地表水热泵系统图。
图 地表水热泵系统
三、地源热泵效益分析
可再生能源利用技术
地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了46%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
经济有效的节能技术
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
环境效益显著
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上(发电污染物排放)，与有机燃料供暖相比，相当于减少80%以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
一机多用，应用范围广
地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统;可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。此外，机组使用寿命长，均在15年以上。
