一、地源熱泵工作原理
首先介紹熱泵工作原理，作為自然界的現象，正如水由高處自發地流向低處那樣，熱量也總是從高溫自發地流向低溫，用著名的熱力學第二定律表述是：“熱量不可能自發由低溫傳遞到高溫”。但人們可以創造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環境介質中儲存的能量加以挖掘，提高溫位進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節能特點。
地源熱泵是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為熱泵的冷熱源，地球表面水源和土壤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500倍還多。地源熱泵系統技術利用儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源提供空調及采暖，成為可再生能源的一種形式。
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”。
地源熱泵系統是一種以較低的運行費用向房屋供暖、供冷和加熱生活用水的優異空調系統。美國環境保護局已經宣布，地源熱泵系統是目前可使用的對環境友好和有效的供熱、供冷風系統。它比空氣熱泵系統可節省能源40%以上，比電采暖節省能源70%以上，比燃氣爐的效率平均提高48%，比燃油爐的效率高出75%。地球表面或淺層水源的溫度一年四季相對穩定，一般為10~25℃，冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是熱泵很好的冷熱源。這種溫度特性使得地源熱泵的制冷、制熱系數可達3.5~5.5。
因此，可以說地源熱泵系統屬于一種高效的節能系統。
二、地源熱泵分類
根據ASHRAE Handbook: HVAC Applications.(1995)的分類，地源熱泵屬于地熱能資源利用的一個大類，地源熱泵按照室外換熱方式不同又可分為四類：1、埋管式土壤源熱泵系統，2、地下水熱泵系統，3、單井換熱熱井，4、地表水熱泵系統，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。
其中埋管式土壤源熱泵系統也稱耦合熱泵系統(Ground-couple heat pumps GCHP)或土壤熱交換地源熱泵(Ground heat exchanger heat pumps)，包括一個土壤耦合地熱交換器，它或是水平地安裝在地溝中，或是以U形管狀垂直安裝在豎井之中。通過中間介質(通常為水或者是加入防凍劑的水)作為熱載體，使中間介質在土壤耦合地熱交換器的封閉環路循環流動，從而實現與大地土壤進行熱交換的目的。其形式包括1、水平埋管地源熱泵系統，2、垂直埋管地源熱泵系統，3、螺旋埋管地源熱泵系統
深井回灌式水源熱泵系統屬于地下水熱泵系統，通過建造抽水井群將地下水抽出，通過二次換熱或直接送至水源熱泵機組，經提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。無論是深井水，還是地下熱水都是熱泵的良好的低位熱源。地下水位于較深的地方，由于地層的隔熱作用，其溫度隨季節氣溫的波動很小，特別是深井水的水溫常年基本不變，對熱泵的運行十分有利。圖5.6為地下水熱泵系統圖。
地表水熱泵系統(Surface-water heat pumps, SWHP)：利用包括江水、河水、湖水、水庫水及海水作為熱泵冷熱源，分為開式系統和閉式系統兩種類型。閉式系統是由在水面以下的高密度聚乙烯管組成的地下水換熱器取代了土壤型熱交換器。與土壤型熱交換地源熱泵系統一樣，高密度聚乙烯組成的水管環路與室內循環水管相連。開式系統是抽取地表水(湖水、河水、江水、海水等)與室內的水管環路的水進行熱交換，提取地表水中的能量給室內空調供暖。圖5.7地表水熱泵系統圖。
三、地源熱泵效益分析
可再生能源利用技術
地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了46%的太陽能量，比人類每年利用能量的500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。
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靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。
環境效益顯著
地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上(發電污染物排放)，與有機燃料供暖相比，相當于減少80%以上，如果結合其它節能措施節能減排會更明顯。該裝置的運行沒有任何污染，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。
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。
