以地表或地下水源為熱源（或熱匯）的熱泵機組，稱為水源熱泵機組。水源熱泵的水源主要來自地下水、地表水、污水和廢水等。

同其他型式熱泵相比，水源熱泵機組水體的溫度相對穩定，其波動范圍小于空氣，可利用的水體溫度能在夏冬季提供相對較低的冷凝溫度和較高的蒸發溫度。因此水源熱泵機組運行穩定可靠，也不存在空氣源熱泵的冬季除霜等問題。

取水構筑物復雜，較適用于中大規模工程。大型水源熱泵機組供熱能力通常在1000~3000kW左右2，供大型熱泵站用的水源熱泵機組供熱能力可達到15MW、20MW、25MW、30MWV。

水源熱泵的應用，應先了解當地水源情況，對水源狀況進行充分調查，確定用水方案。若利用地下水，必須考慮回灌問題，且應結合當地的地質情況考慮回灌方式。回灌困難是目前大多數工程遇到的問題，地下水地源熱泵的應用應慎重。

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