一、概念
地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現低溫位熱能向高溫位轉移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在冬季，把地能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到地下去。通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。與鍋爐（電、燃料）供熱系統相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內能為熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節省約二分之一的能量；由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數可達4.0～4.4，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50～60％。因此，近十幾年來，尤其是近五年來，地源熱泵空調系統在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍，可以預計，該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調技術。
二、地源熱泵國內外發展近況
地源熱泵的歷史可以追朔到年瑞士的一個專利，而地源熱泵真正意義的商業應用也只有近十幾年的歷史。如美國，截止年全國共有14,臺地源熱泵，而年就安裝了45，臺，到目前為止已安裝了，臺，而且每年以10％的速度穩步增長。年美國商業建筑中地源熱泵系統已占空調總保有量的19％，其中有新建筑中占30％。美國地源熱泵工業已經成立了由美國能源部、環保署、愛迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國地源熱泵協會，該協會在近年中將投入一億美元從事開發、研究和推廣工作。美國計劃到年達到每年安裝40萬臺地源熱泵的目標，屆時將降低溫室氣體排放1百萬噸，相當于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植樹1百萬英畝，年節約能源費用達4.2億美元，此后，每年節約能源費用再增加1.7億美元。與美國的地源熱泵發展有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地熱資源，地下土壤埋盤管（埋深<米深）的地源熱泵，用于室內地板輻射供暖及提供生活熱水。據年的統計，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96％，奧地利為38％，丹麥為27％。美國特別看好中國市場，美國能源部和中國科技部于年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書，其中主要內容之一是“地源熱泵”，該項目擬在中國的北京、杭州和廣州3個城市各建一座采用地源熱泵供暖空調的商業建筑，以推廣運用這種“綠色技術”，緩解中國對煤炭和石油的依賴程度，從而達到能源資源多元化的目的。與此同時，科技部委托的中國企業公司將美國的地源熱泵技術及設備引進中國市場，這將促進我國地源熱泵的市場化、產業化的發展，并使我國地源熱泵的研究開發盡快跟上國際潮流。我國的地源熱泵事業近幾年已開始起步，而且發展勢頭看好。天津大學、清華大學分別與有關企業結成產學研聯合體開發出中國品牌的地源熱泵系統，已建成數個示范工程，越來越多的中國用戶開始熟悉地源熱泵，并對其應用產生了濃厚的興趣，可以預計中國的地源熱泵市場前景廣闊。
三、地源熱泵特點
1、屬可再生能源利用技術
地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于米深）作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層地熱資源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽能量，比人類每年利用能量的倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。
2、屬經濟有效的節能技術
地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩定，冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高40%，因此要節能和節省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可*、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。設計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節約用戶30～40％的供熱制冷空調的運行費用。
3、環境效益顯著
系統運行沒有任何污染，可以建造在居民區內，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。
4、一機多用，應用范圍廣
地源熱泵系統可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統；可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調。此外，機組使用壽命長，均在15年以上；機組緊湊、節省空間；維護費用低；自動控制程度高，可無人值守。
四、熱泵的分類
熱泵是需要冷凝器的熱量，蒸發器則從環境中取熱，此時從環境取熱的對象稱為熱源；相反制冷是需要蒸發器的冷量，冷凝器則向環境排熱，此時向環境排熱的對象稱為冷源。蒸發器冷凝器根據循環工質與環境換熱介質的不同，主要分為空氣換熱和水換熱兩種形式。這樣熱泵或制冷機根據與環境換熱介質的不同，可分為水—水式，水—空氣式，空氣—水式，和空氣—空氣式共四類。利用空氣作冷熱源的熱泵，稱之為空氣源熱泵。空氣源熱泵有著悠久的歷史，而且其安裝和使用都很方便，應用較廣泛。但由于地區空氣溫度的差別，在我國典型應用范圍是長江以南地區。在華北地區，冬季平均氣溫低于零攝氏度，空氣源熱泵不僅運行條件惡劣，穩定性差，而且因為存在結霜問題，效率低下。利用水作冷熱源的熱泵，稱之為水源熱泵。水是一種優良的熱源，其熱容量大，傳熱性能好，一般水源熱泵的制冷供熱效率或能力高于空氣源熱泵，但由于受水源的限制，水源熱泵的應用遠不及空氣源熱泵。
五、地源熱泵工作原理
地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。
地源熱泵供暖空調系統主要分三部分：室外地能換熱系統、水源熱泵機組和室內采暖空調末端系統。其中水源熱泵機主要有兩種形式：水—水式或水—空氣式。三個系統之間*水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質為水，與建筑物采暖空調末端換熱介質可以是水或空氣。
地源熱泵同空氣源熱泵相比，有許多優點：
（1）全年溫度波動小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數要高于空氣源熱泵，一般可高于40%，因此可節能和節省費用40%左右。
（2）冬季運行不需要除霜，減少了結霜和除霜的損失。
（3）地源有較好的蓄能作用。
六、地源分類
地源按照室外換熱方式不同可分為三類：1.土壤埋盤管系統，2.地下水系統，3.地表水系統。
根據循環水是否為密閉系統，地源又可分為閉環和開環系統。
閉環系統如埋盤管方式（垂直埋管或水平埋管），地表水安置換熱器方式。開環系統如抽取地下水或地表水方式。
七、地源熱泵應用方式
地源熱泵的應用方式從應用的建筑物對象可分為家用和商用兩大類，從輸送冷熱量方式可分為集中系統、分散系統和混合系統。
1、家用系統
用戶使用自己的熱泵、地源和水路或風管輸送系統進行冷熱供應，多用于小型住宅，別墅等戶式空調。
2、集中系統
熱泵布置在機房內，冷熱量集中通過風道或水路分配系統送到各房間。
3、分散系統
用戶單獨使用自己的熱泵機組調節空氣。一般用于辦公樓、學校、商用建筑等，此系統可將用戶使用的冷熱量完全反應在用電上，便于計量，適用于目前的獨立熱計量要求。
4、混合系統：
將地源和冷卻塔或加熱鍋爐聯合使用作為冷熱源的系統，混合系統與分散系統非常類似，只是冷熱源系統增加了冷卻塔或鍋爐。
南方地區，冷負荷大，熱負荷低，夏季適合聯合使用地源和冷卻塔，冬季只使用地源。北方地區，熱負荷大，冷負荷低，冬季適合聯合使用地源和鍋爐，夏季只使用地源。這樣可減少地源的容量和尺寸，節省投資。分散系統或混合系統實質上是一種水環路熱泵空調系統形式。
