地源热泵（Geothermal 热学 Pump，Ground-source Heat Pump）是一种利用浅层地热能进行制冷和供暖的采能系统。

地源热泵的概念最早由瑞士Zoelly于1912年提出。20世纪40年代，由于其环境效益显著，运行效率较高，地源热泵在欧洲及美国迅速发展。1973年世界能源危机爆发，促使欧洲开始了新一轮的地源热泵研究与实践。80年代中期，在政府的资助下，欧洲一些企业纷纷开始对地源热泵进行研发和生产。中国科技工作者在20世纪60年代开始对地源热泵进行可行性研究，以土壤、地下水等为热源。地源热泵经历了六个阶段在中国的发展：基于热泵基本原理的可行性研究孕育阶段、开始少量基础理论研究和实际应用萌芽阶段、国际合作与产学研相结合、理论与应用技术逐步提高的探索阶段、政策法规逐步完善、市场容量不断扩大、技术研究快速深入的跨越阶段、基础研究全面开展、技术标准全面建立、市场应用全面推广的高潮阶段以及潜在问题开始显现、市场容量逐步下滑、基础关键技术持续深入的回归理性阶段。在2007年，地源热泵技术在中国得到了广泛应用，并成为可再生能源领域的重要组成部分。然而，随着时间的推移，地源热泵行业的发展逐渐降温，部分企业开始退出市场，社会对地源热泵行业的认识也回归理性。

地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源（如电能等）实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。地源热泵可分为地源热泵、土壤源热泵、水源热泵。2007—2021年，地热发电的能源利用系数在70%~90%。“十四五”时期是中国推动经济高质量发展和实现“双碳”阶段性目标的关键时期，在加强大气雾霾治理力度、积极应对全球气候变暖趋势、主动承担温室气体减排责任的大环境下，地热能已成为各地争相开发利用的重要新能源之一。自2010年以来，全球地热能利用快速增长，地热直接利用装机容量和年利用热量分别约为108GWt和283580GWh，中国在地热直接利用方面长期保持世界第一。

地源热泵的概念最早由瑞士Zoelly于1912年提出。20世纪40年代，由于其环境效益显著，运行效率较高，地源热泵在欧洲及美国迅速发展。实际大范围使用还是起源于石油危机之后。进入20世纪90年代后，很多应用地源热泵的国家都能保持每年10%以上的应用增长率。美国的地源热泵起源于地下水源热泵，包括土壤源热泵和地下水源热泵。由于土壤源热泵的初投资高、计算复杂以及金属管的腐蚀等问题，早期美国的地源热泵中土壤源热泵占的比例比较小，主要以地下水源热泵为主。早在20世纪50年代，美国市场上就开始出现以地下水或者河湖水作为热源的地源热泵系统，并用它来实现采暖，但由于采用的是直接式系统，很多系统在投入使用10年左右的时间由于腐蚀等问题失效了，地下水源热泵系统的可靠性受到了人们的质疑。由于地源热泵系统中采用的金属埋管耗材多、土壤对金属有腐蚀、埋管占地面积大等因素阻止了这项技术的开发推广。1973年世界能源危机爆发，促使欧洲开始了新一轮的地源热泵研究与实践。80年代中期，在政府的资助下，欧洲一些企业纷纷开始对地源热泵进行研发和生产。此时地下埋管已由早期的金属管改为塑料管，这一阶段欧洲建造了许多水平地埋管地源热泵，主要用于冬季供暖。经过一段时间的快速发展，80年代末热泵在欧洲的应用停滞不前，主要是由于了解热泵制冷系统的专家没有供暖设计的相关经验，而了解供暖知识的安装人员又不懂热泵的选型。随着对能源消耗和环境污染的逐渐关注，地源热泵在欧洲又得到一定的发展，一些国家和地区成立了专门机构来帮助用户、安装人员和生产厂家，如“欧洲热泵协会EHPA(EuropeanHeatPumpAssociation)等；同时一些大的生产厂家开发了地源热泵的选型软件。地源热泵在欧洲的发展不平衡，在瑞典及其他几个北欧国家发展迅速，而在其他的欧洲国家市场占有率很低。

美国的地源热泵是在20世纪50年代末开始生产，最初主要应用于南佛罗里达州的居民住宅中；60年代初，在美国西海岸地区的商业和公共建筑里出现了现在称之为“水环热泵”(water-loopheatpump)的系统，它是在建筑物的每一分区采用单独的热泵并通过闭式水环路与热、冷源连接起来的系统；70年代末80年代初，地源热泵在原有基础上扩大了热泵系统进水温度的范围，使地埋管换热系统能够取代住宅热泵系统中的地下水、地表水换热系统，在商业和公共建筑中取代了锅炉和冷却塔作为冷热源。自80年代初，在美国能源部(DOE)的直接资助下，橡树岭国家重点实验室(0RNL)、布鲁克黑文国家重点实验室(BNL)和俄克拉何马州立大学(OklahomaStateUniversity)等机构对地源热泵开展了大规模的研究工作，为热泵的发展起到了重要的推动作用。1994年为了推动地源热泵的市场化进程，美国能源部、爱迪生电气协会(EEI)、国家乡村电力合作组织(NRECA)、电力研究所(EPRI)、国际地源热泵协会(IGSHPA)、美国环保署(美国国家环境保护局)等机构联合启动了“国家舒适计划”(NationalEarthComfortProgram)，在这一项目的推动下，到2001年底美国安装了40多万台地源热泵。

在20世纪50年代就开始了热泵机组的研究工作，中国热泵技术研究的先行者吕灿仁1964年对中国利用热泵节约燃料的自然条件和研究方向进行了详细分析，认为中国气候和自然资源有利于发展热泵采暖。但当时受经济条件的限制，没有取得有价值的成果。

自20世纪80年代开始，中国对地源热泵进行了一系列探索。1981年，吕灿仁提出利用热泵以空气、水、土壤为热源进行供热降温，并指出中国黄河流域和长江流域的广大地区非常适合这种技术。1982年，吕灿仁首次提出了“地热热泵”的概念，论证了热泵系统可以提高低温能源利用率和城市采暖的有效性。他进行了地热热泵模拟试验，并进行了经济性分析，指出由于当时中国能源价格中电价较高，使得热泵运转费用较高，直接经济效果不明显。此外，天津大学、天津商学院和青岛建筑工程学院等高校和科研机构也相继开展了地热供暖方面的理论与实际应用方面的深入研究。然而，由于中国能源价格的特殊性以及其他经济技术因素的影响，地源热泵的应用推广非常缓慢。

在20世纪90年代，随着国际大环境的影响，地源热泵技术逐渐受到人们的重视。越来越多的中国技术人员开始投入此项研究。1994年，徐伟在全国暖通空调制冷学术年会上系统阐述了水源热泵的工作原理以及闭式循环水源热泵中央空调系统，证明了此类热泵技术在中国大部分区域的适用性与经济合理性，为中国发展与推广此类热泵技术提供了建议。同样在1996年会上，李家伟等详细说明了土壤源热泵在国外的历史发展过程以及在这过程中对土壤源热泵的主要研究成果，指出当时中国对土壤源热泵的研究尚未见文献报道。这两次学术会议可以看作是中国地源热泵技术发展的助推剂。到了90年代末期，以一系列的国际合作为契机，以高校为代表的科研机构与热泵机组厂商合作，开始在探索中推广应用地源热泵技术。1997年，原国家科委与美国能源部在北京签署了中美两国《关于地热能源生产与应用的合作协议书》，决定在中国开始推广美国土-气(水)型地源热泵技术。1998年中美两国共同制定了《中美两国政府合作推广美国地源热泵技术工作计划书》，中美两国政府地源热泵合作项目正式启动，从而极大地促进了该技术的国际合作和推广应用。

进入21世纪，中国地源热泵技术得到了国家和地方政府的大力支持，出台了多项鼓励措施，从政策和财政上给予了大力扶持。这使得地源热泵技术在中国进入了快速发展时期。2002年，中美两国在北京签署了《中美两国地源热泵资助项目协议书》，这大大加快了中美两国政府在地源热泵合作项目上的进程。2005年后，随着中国对可再生能源应用和节能减排的加强，《中华人民共和国可再生能源法》《中华人民共和国节约能源法》《可再生能源中长期发展规划》《民用建筑节能管理条例》等法律法规相继颁布和修订，地源热泵技术迎来了前所未有的机遇。2005年，建设部正式将地源热泵技术列为建筑业十项新技术之一，同年，建设部发布了国家标准《地源热泵系统工程技术规范》。2006年，国家发展和改革委员会颁布的《中华人民共和国可再生能源产业发展指导目录》中，“地源热泵供暖或空调”被列入重点发展项目，“水源热泵机组”被列为地热利用领域重点推荐选用的设备。

2007年是中国地源热泵技术发展具有里程碑意义的一年。在国家一系列政策及财政支持措施的推动下，地源热泵技术在中国出现了爆发式增长。地源热泵示范城市项目开始启动，北京奥运会场馆的建设就采用了地源热泵技术。中国地源热泵的装机容量已达约1900MWt，进入世界五强行列。地源热泵技术逐渐得到了社会各界的认可，实现了从点到面、从示范到城市级展开的全面推广。2008年，国土资源部全面部署了中国浅层地热能资源的勘查评价、规划和地质环境监测工作，并印发了《关于大力推进浅层地热能开发利用的通知》。2009年颁布了《浅层地热能勘查评价规范》。这些举措为地源热泵行业在中国的发展高潮奠定了基础。

从2014年开始，地源热泵行业在经过了7年多的高速发展后，随着自身劣势的显现和政策补贴的减少，热度逐渐下降。部分地源热泵机组生产商、设计、施工单位开始感受到行业环境的转变，面临生存压力，甚至考虑退出市场。社会对地源热泵行业的认识也开始回归理性。经过10多年的建设，部分地源热泵项目的最终效果开始显现。用户期望得到预期的收益，而潜在用户则在考虑项目的可行性。然而，过去7年的快速发展也导致了很多失败工程。这些失败案例包括因前期对资源量评估不充分而造成的冷热量“供不应求”，因设计不科学而导致的节能不节钱，因施工不到位而导致的系统问题频出、运行困难，以及因管理运行不善而导致的项目“步履蹒跚”。甚至出现了施工完成即报废的项目，这些失败案例使得用户失望，民众失望，潜在用户转向其他新能源。然而，尽管市场对地源热泵的关注度下降，但有关浅层地热能的研究文献（学术关注度）并未显著下降。这表明关于浅层地热能的基础研究并未随市场降温而降温。一方面是因为浅层地热能的研究基础性、理论性较强，对市场的反映较不敏感；另一方面也与国家有关部门加强基础研究的投入有关。地源热泵系统设计的关键是地下换热器的设计，而地下换热器的设计与岩土体、地下水密切相关，因此浅层地热能的研究是地源热泵行业健康发展的保证。

地源热泵技术有效地利用低温地热水、地热尾水、地下水、地表水等低温地热能，通过热泵循环，向建筑物供暖。地源热泵通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。冬季，热泵机组从地源（浅层水体或岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖；夏季’热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷在冬季制热模式下，高温高压的制冷剂气体从压缩机排出后进入冷凝器，冷凝过程中释放热量而冷却成高压液体，释放的热量用来供暖，高压液体经膨胀阀进行节流膨胀成为低压液体，再进入蒸发器，蒸发为低压蒸汽、蒸发过程中吸收地下水中的热量低压制冷剂蒸汽又进入压缩机，压缩成高温高压气体。如此循环，达到冬季采暖的目的。在此过程中，温度降低的地下水，又不断回灌到取水含水层。在夏季制冷模式下，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来后，进入冷凝器，向地下水中释放热技而冷却成高压液体，致使地下水的温度升高.高压液体经节流膨胀阀成为低压液体，进入蒸发器后转变为低压蒸汽，吸收空气（水）中的热量，达到室内制冷的目的。将室内的热量释放到抽出的地下水中，以达到调节室内温度的目的。在循环的过程中，地下水的温度升高后，不断回灌到取水含水层。

地热热泵系统主要由三部分组成：室外地源换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。室外系统主要由地埋管，地埋管填料，组成。 室内系统中包含连接水管，电动二通阀门组件和风机盘管（空调），以及地暖组成。

室外地热换热系统主要包括土壤埋盘管、水循环(地下水和地表水)。根据冷凝器出水温度的不同，地源热泵又可分为常温型和高温型两种。如果建筑物附近有可利用的海、湖或水池，而且水温合适(10—200℃)，利用地表水系统是最节能、最经济的。夏季冷凝器吸热后的冷却水经密封的管道系统流入湖或池中，利用温度稳定的池水或湖水散热。冬季吸取湖水或池水的热量并将热量传递给热泵机组工质，最后传递至室内。

地下水系统一般采用开放的循环系统。冷却水经换热器后向地下深井水放热(冬季吸热)，从水井中抽取的地下水进入热交换器吸热(冬季放热)后，从回灌井进入地下。如果水质良好，亦可省去热交换器，抽井水的地下水可直接进入热泵机组的换热器进行放热(或吸热)。地下水系统适用于地下水源丰富的地区。地下水的温度长年非常稳定，不受外界气温影响，所以热泵机组可以高效运行。

地源热泵是在水源热泵的基础上发展的，地源热泵制冷+制热时机组综合能效比高达9.0%，节能效果显著；与锅炉供热系统相比，转换效率最高可达4.7%。土壤有较好的蓄热性能，冬季通过热泵将大地浅层的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用，保证大地热量的平衡。水源热泵利用地表土壤和水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，无燃烧，无排烟，无废弃物，无污染，是一种清洁环保的利用可再生资源技术。

中央地暖空调机组可以跟地面辐射采暖搭配使用，采用精准温控设计技术，恒温出水，可以让室内保持恒定的温度，采用全直流变频技术，不需要长时间满负荷工作，降低使用成本。

土壤源热泵根据其地下盘管的敷设又可以有水平和垂直、或盘形管等不同的形式。热泵的热交换效果与沙土类型、含湿量、成分、密度和是否均匀地紧贴换热面等有关。管子材料和当地沙土土壤源热泵根据其蒸发器端与大地换热的形式。

地埋管地源热泵足利用地下岩L中热量的闭路循环地源热泵系统。通常称之为“闭路地源热泵”，以区别于地下水热采系统，或直接称为“地源热泵”。它通过循环液(水或以水为丰要成分的防冻液)在封闭地下埋管平的流动，实现系统与人地之间的传热。

采用地下水作为低位热源，利用热泵技术，通过输入少量高位电能，实现热量由低位能向高位能的转移，从而达到为使用对象供热或供冷的一种系统。因为地下水温度夏季低于环境温度、冬季高于环境温度，且全年基本稳定，一般为10龙~25龙，因而机组无论制冷或制热，都非常稳定且效率不受气温影响。

利用地球表面的水源，如河流、湖泊或水池中的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入实现低位热能向高位热能转移的一种系统。如果空调建筑附近有可利用的海、河流、湖泊或水池等水体，地表水源热泵有可能是最具有节能优点而又最经济的系统。同土壤源或地下水源热泵相比，地表水源热泵节省了挖掘所需的费用，因而很多情况下可以节省一部分的初投资费用。

使热量从低温介质流向高温介质的装置，是利用污水，借助制冷循环系统，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入实现低位热能向高位热能转移的一种系统。以市政污水处理后的出水为水源体，向其吸收或放出能量，既不消耗水资源，也不会造成污染，且无须设冷却塔，可节约大量水资源。同时由于没有污染，因此，是理想的清洁能源。

山东超越地源热泵科技股份有限公司的地源热泵机组、空气能机组、跨临界CO2机组产业化项目被认定为2019年滨州市重点项目。是中国唯一专利技术跨临界二氧化碳热泵机组，它是可以制高温热水，或者是当冷库使用。他高温热水，最高温度，可以出到100度的热水。制冷的话可以在零下50度，然后这个是被评为2017年，山东省首台套和2018年，滨州科学进步一等奖。

2010年8月25日，州金湾国际155套别墅安装的地源热泵系统全部通过了有关部门的验收。小区采用了地源热泵系统，在地下60米深处构筑水循环系统，用冷热交换的办法使室内降温和升温，比普通空调节约运行费用40%左右，具有高效节能的优点，并且没有任何气体排放到大气中，绿色环保，而另外一个好处是，还可以利用余热供应热水。

白城市作为全国能源消纳试点城市，在2010年就开始了水源热泵技术的推广。2015年11月，白城市玛利亚医院正式开始运行的水源热泵系统，设备投资50万元，容量160千瓦，供热面积5300平方米。水源热泵夏季可制冷，该项目若采用空调制冷，需要容量约380千瓦，热泵设备终身免维护，全年执行居民非阶梯电价。白城市中心医院、白城市第四中学、白城市实验中学、白城市玛利亚医院等都是这项新技术的受益者。夏天这套系统还可以当空调来降温，可谓是冬暖夏凉。水源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而维护简单，机组安装在室内，不受环境影响，外力破坏少。系统自动控制程度高，无需雇佣专人看管。

地源热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉，无废气、废渣、废水排放，可大幅度地降低温室气体的排放，能够保护环境，是一种理想的绿色技术。

普通空调的主机一般都是裸露在空气中，受空气、雨水等环境的影响很大，而地源热泵空调系统冷热源交换系统在地下，压缩系统可以相对封闭，受外界影响明显减小，使用寿命明显增长。

地源热泵空调系统维护费用低。地源热泵系统不带有室外安装的设备，不设冷却塔、屋顶风机，没有室外设备安装维护费用。压缩机工作稳定，不会出现传统设备中制冷剂压力过高或过低的现象。

与普通空调相比，由于土壤的温度全年稳定在10-20℃，夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使得地源热泵系统转换效率最高可达5.0以上，而普通空调的转换效率一般在3.0左右。因此在产生同样热量或冷量时，只需小功率的压缩机就可实现，从而达到节能的目的，其耗电量仅为普通空调与锅炉系统的40%~60%。

地源热泵技术属可再生能源利用技术。由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层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。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。

可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑等需要空调的新建、改建、扩建项目，更适合于别墅住宅的采暖、空调。

在美国政府介入地源热泵产业之前，一些实业家，包括承包商和生产者，已经建立了与地源热泵相关的公司，但这些公司的规模都很小。从20世纪80年代初开始，许多公共事业单位开始在其服务区赞助地源热泵项目，并取得了成功。到了20世纪90年代，美国政府开始关注地源热泵。美国能源部下属的能源信息管理机构在一份关于国家能耗战略发展的报告中指出，如果使用地源热泵，到2030年估计可以节约能源2.7百万的四次方。而美国国家环境保护局的一份报告中也指出，与传统的家用空调制冷系统相比，地源热泵是最节能并且对环境没有污染的一种选择，如果全国大范围的使用地源热泵系统，将能够显著地节约能源和减少污染。为了大力发展地源热泵并使其被消费者接受，1994年美国能源部（DOE）、自然乡村电力合作社（NRECA）、电力研究所（EPRI）和世界地源热泵协会（IGSHPA）等组织与相关的工厂、实验室、研究机构等合作。这些组织对于推动地源热泵技术的发展和普及起到了重要的作用。自2010年以来，全球地热能利用快速增长，地热直接利用装机容量和年利用热量分别约为108GWt和283580GWh，地源热泵系统在全球地热直接利用的装机容量和利用热量中占比分别约为72%和60%。1995—2020年，热泵系统呈现每年约16%增长率的指数增长趋势，预计这一趋势将在未来持续下去。截止到2020年，全球地热发电的总装机容量为15.9GWe，年发电量为73550GWh。2010—2020年，地热发电的年平均增长率约为4%。

截至2023年全球地源热泵第一大技术来源国为英国和美国，两者地源热泵专利申请量均占全球地源热泵专利总申请量的25%以上;其次是德国和瑞典，两者地源热泵专利申请量均占全球地源热泵专利总申请量的5%以上。

2005年在国家《节能中长期专项规划》中明确指出，要加快地热等可再生能源在建筑物的利用。2006年1月1日起国家颁布施行的《中华人民共和国可再生能源法》就明确表示，国家鼓励各种所有制经济主体参与可再生能源的开发利用。中国多座城市已经推广使用此产品，北京就于2006年6月5日印发《关于发展热泵系统的指导意见》的通知，通知鼓励发展地源热泵等可再生能源的热泵系统，并且政府每年给予投资支持和补助；内蒙古自治区呼和浩特市、山东滨州等地把地源热泵作为重点推广项目；建设部将重庆市列为地表水热泵技术示范城市，重庆正在计划利用长江水为冷、热源为全市一亿平方米的建筑提供能量；从2006年9月13日开始，沈阳市决定将大力推广这项先进技术及其所带来的全新供热方式。

在2014年，虽然中国的地源热泵行业增长有放缓的趋势，但这并不代表其正在走向衰落。地源热泵行业的发展需要经历一段过程，期间会遇到各种挑战和困难，但只要通过不断的技术创新和改进，以及市场资源的重组和整合，就能够实现从数量到质量的稳步提升。随着民众对地源热泵技术认识的加深和科技的进步，关于能源消耗和环境污染的法律制订越来越严格。因此，一些技术能力落后的企业将被淘汰，而专注于地源热泵系统设计、施工和运行的专业化公司将会出现。新型热泵系统的不断出现将提高技术含量，扩大产业规模，并实现从数量到质量的稳步提升。这将为节能减排做出更大的贡献。空气污染问题越来越受到关注，国务院的政府工作报告中明确提出要“加大生态环境保护治理力度，打好蓝天保卫战”。同时，单位国内生产总值能耗下降3.4%以上的目标也被提出。随着中国供给侧结构性改革的持续深入，新能源产业将快速发展，而浅层地热能作为一种清洁可再生能源，其发展前景将非常广阔。一方面是为社会节约常规能源、充分利用可再生能源的国内外大趋势；另一方面，中国具有较好的热泵科研与应用的基础，国内多家科研院所等单位曾多次召开全国性的有关地源热泵技术发展与应用的专题研讨会。在充分学习借鉴国外先进技术和运行经验的基础上，在各级政府的有力支持下，中原地区的科技界与企业界携手共进，依靠自己的力量完全有能力在不长的时间内开拓出具有中国特色的地源热泵产业。