以地下常温土壤或增温岩土体为热源的热泵机组，称为土壤源热泵机组。如下图所示，土壤源热泵通过深埋于建筑物周围的管路系统，冬季从土壤中取热，向建筑物供暖;夏季向土壤排热，为建筑物制冷。

相对于地表水和空气，土壤的温度全年波动较小，可以分别在夏冬季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，使得热泵机组运行更加高效、稳定、可靠。通常土壤源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh以上的热量/冷量。

相比空气源热泵，土壤源热泵不存在除霜问题，热泵机组一般布置在室内，有较好的隔音效果和降噪措施。

土壤的传热性能欠佳，通常需要较大的传热面积，导致埋管占地面积较大或埋深较深，长远看还需要考虑埋管对未来土地开发的影响。另外在地下埋设管道成本较高，运行中若产生故障也不易检修。

土壤源热泵冬季从地下取热，夏季向地下排热，当冬夏取热和排热负荷不平衡或热量补充和消纳不充分时，长期使用易造成地温升高或降低，使得热泵的换热效果下降。所以设计时应进行热平衡计算，必要时可采用辅助冷却和加热的方法控制土壤长期温度波动在允许范围内。

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