地源熱泵的基本工作原理基于逆卡諾循環，利用制冷劑在不同壓力下狀態變化時吸收或釋放熱量的特性，實現能量的轉移。系統大致分為兩個主要階段：制冷循環（夏季）和制熱循環（冬季）。

制冷循環（夏季）：

在夏季，地源熱泵從建筑物內部吸取熱量，通過制冷劑的蒸發過程將室內熱量吸收并轉移到地下換熱系統中。在這個過程中，制冷劑在蒸發器內吸收室內熱量后蒸發成氣體，隨后被壓縮機加壓，變成高溫高壓氣體。

這些高溫氣體進入冷凝器，在那里它們與從地下循環回來的冷卻介質（通常是水）交換熱量，熱量被傳遞給地下水或土壤，而制冷劑則冷凝成液體，再次循環回蒸發器，繼續吸熱過程。這樣，建筑物內部得以降溫。

制熱循環（冬季）：

冬季時，過程相反。地源熱泵從地下換熱系統中提取熱量，通過制冷劑的冷凝過程將熱量提升至適合供暖的溫度水平，然后輸送到建筑物內部。

制冷劑在地下循環中吸取土壤或地下水中的熱量后蒸發，經壓縮機壓縮成為高溫高壓氣體，再在蒸發器中釋放熱量給建筑物供暖，之后制冷劑冷凝回流到地下繼續循環

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