地源熱泵系統是從常溫土壤或地表水（地下水），冬季從地下提取熱量，夏季把建筑的熱量又存入地下，從而解決冬夏兩季采暖和空調的冷熱源。夏季通過機組將房間內的熱量轉移到地下，對房間進行降溫，同時儲存熱量，以備冬用。冬季通過熱泵將土壤中的熱量轉移到房間，對房間進行供暖，同時儲存冷量，以備夏用，大地土壤提供了一個很好的免費能量存貯源泉，這樣就實現了能量的季節轉換。
冬季地源熱泵工作原理：冬天熱泵中制冷劑正向流動，壓縮機排出的高溫高壓R22氣體進入冷凝器向集水器中的水放出熱量，相變為高溫高壓的液體，再經熱力膨脹閥節流降壓變為低溫低壓的液體進入蒸發器，從地下循環液中吸取低溫熱后相變為低溫低壓的飽和蒸汽后進入壓縮機吸氣端，由壓縮機壓縮排出高溫高壓氣體完成一個循環。如此循環往復將地下低溫熱能“搬運”到集水器，從而不斷地向用戶提供45 ℃ -50 ℃的熱水。
夏季地源熱泵工作原理：夏天熱泵中制冷劑逆向流動，與用戶換熱的冷凝器變為蒸發器從集水器中的低溫水（7 -12 ℃）提取熱能，與地下循環液換熱的蒸發器變為冷凝器向地下循環液排放熱量，循環液中熱量再向地下低溫區排放，如此循環往復連續地向用戶提供7 -12 ℃ 的冷水。
室外地能換熱系統、地源熱泵機組和室內采暖空調末端系統。其中地源熱泵機主要有兩種形式：水—水式或水—空氣式。三個系統之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞，地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。
優點
屬于可再生能源的利用技術
地源熱泵是利用地球表面淺層地熱資源（通常小于400m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總和的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的一種形式。
高效節能，運行費低
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。
據美國環保署EPA估計，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。
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，與電供暖相比，相當于減少70%以上，如果結合其他節能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規空調裝置減少25%的充灌量。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、制冷，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。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，地源熱泵有著明顯的優點。不僅節省大量能源，而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設備的初投資。可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調。
自動運行
地源熱泵機組由于工況穩定，所以機組運行簡單可靠，維護費用低；自動控制程度高，使用壽命長，可達到15年以上。
當然，像任何事物一樣，地源熱泵也不是十全十美的，其應用也會受到限制。
缺點
可利用的地能條件限制
地源熱泵理論上可以利用一起的土壤和水資源，在實際過程中，不同的土壤和水資源利用的成本差異是相當大的。所以在不同的地區是否有合適的土壤和水資源成為地源熱泵應用的一個關鍵。目前的地源熱泵利用方式中，閉式系統一般成本高。而開式系統，能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。對開式系統，水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。
水層的地理結構的限制
對于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質的結構，確保可以在經濟條件下打井，找到合適的水源，同時還應當考慮當地的地質和土壤的條件，保證用后回灌可以實現。同時，由于地下抽水將影響地下水資源，國家將來是否對此有所限制，也需要關注。
投資的經濟性
由于受到不同地區、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，地源的基本條件不同，一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來說，地源熱泵的運行效率較高、費用較低，但與傳統的空調制冷取暖方式相比，在不同地區不同需求的條件下，地源熱泵的投資經濟性會有所不同。
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