也稱地下耦合熱泵系統（Ground-couple heat pumps GCHPs）或土壤熱交換器地源熱泵（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中循環流動，從而實現與大地土壤進行熱交換的目的。

 

  1）水平埋管地源熱泵系統（Horizontal ground-coupled heat pump）  比較簡單的方式是,當室內負荷比較小,土壤換熱器長度比較短,可以把與單回路管子隨開挖土方施工直接埋入地下.

 

  當室內負荷比較大,土壤換熱器長度比較長,就需要考慮換熱器的布置問題,常有的布置方式有以下兩種.

 

  （a）串聯式水平埋管（b）并聯式水平埋管2）垂直埋管地源熱泵系統（Vertical borehole ground-coupled heat pump）（a）比較簡單的方式是,當室內負荷比較小,土壤換熱器長度比較短,換熱器井數比較少可以直接接入機房  （b）當室內負荷比較大,土壤換熱器長度比較長,就需要考慮換熱器井群的布置問題,一般是若干口井匯集到集水器中，然后統一由干管接入機房。

 

  （c）垂直埋管地源熱泵系統有一種特殊形式叫：樁基換熱器（或叫做能量樁，Energy Piles），即在樁基里布設在換熱管道。

 

  （d）地熱智能橋,類似樁基換熱器，由橋板中埋管的地源熱泵自動融雪的橋被稱為地熱智能橋。雪落到橋面后，這些盤管利用地熱將雪融化。地源熱泵的開啟靠輸入的當地氣象參數來控制。

 

  3）螺旋埋管地源熱泵系統（slinky ground-coupled heat pump）（a）長軸水平布置的螺旋埋管地源熱泵系統（b）長軸豎直布置的螺旋埋管地源熱泵系統（盤旋布置埋管地源熱泵系統）（c）螺旋埋管地源熱泵系統有一種特殊布置形式叫：溝渠集水器式螺旋埋管地源熱泵系統，也有學者把它歸到多層水平埋管地源熱泵系統。

 

  2、 地下水熱泵系統（Groundwater heat pumps, GWHPs）也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統。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。深井水的水溫一般約比當地氣溫高1~2℃。

 

  通常系統包括帶潛水泵的取水井和回灌井。板式熱交換器采取小溫差換熱的方式運行。

 

  單井換熱熱井（Standing column well heat pumps, SCW）也就是單管型垂直埋管地源熱泵，在國外常稱為"熱井"。這種方式下，在地下水位以上用鋼套作為護套，直徑和孔徑一致；地下水位以下為自然孔洞，不加任何固井設施。熱泵機組出水直接在孔洞上部進入，其中一部分在地下水位以下進入周邊巖土換熱，其余部分在邊壁處與巖土換熱。換熱后的流體在孔洞底部通過埋至底部的回水管被抽取作為熱泵機組供水。這一方式主要應用于巖石地層，典型孔徑為150mm，孔深450m。