概念
自然能热泵系统的能量来源为太阳能、空气能与浅层地热能，这三种能源都是来自大自然的能源，是取之不尽，用之不竭，使用后会自动循环再生能源。为诠释全新的热泵系统概念，我们将太阳能、空气能与浅层地热能三能结合，统一定义为 – “自然能”。
太阳能
是指来自太阳辐射出的光和热被不断发展的一系列技术所利用的一种能量，属于可再生能源。供暖时对太阳能（包括光能和热能）的直接利用能大大降低系统运行的能源成本。但其受地域、气候和时间影响较大，白天充足，夜间为零。从时间上与建筑供暖需求（夜晚需求更大）是不匹配的，所以太阳能不能成为连续、稳定的能源；阴雨天没有日照，所以太阳能也不能成为独立的能源，必须有储热水箱等储存热量的设备，以平均、稳定地供应负载（建筑物）热能。虽然市场上有各种单一太阳能供暖设备，但单独用太阳能设备满足供暖需求有明显弊端，比如集热设备配置大、造价高等。所以综合适用性和经济性因素，太阳能更适合与其它热源配套供暖使用。
空气能
是指空气中所蕴含的低品位热能，又称空气源，也是一种清洁的可再生能源。将空气能收集利用起来的装置叫热泵，被称为空气能热泵技术，涉及到的领域有空气能热泵热水领域、空气能热泵采暖领域等，也是高效节能的设备系统。但其缺点在于：天气寒冷时需要从空气中提取热量供暖，反之天气炎热时需要从空 气中提取冷量制冷，供暖制冷需求与外界环境温度特征不协调，系统运行效率不可避免地有所下降。如果能让系统使用需求与环境温度特征一致，即环境温度高时提取并利用环境中的热量；环境温度低时提取并利用环境中的冷量，空气能热泵的效率将大大提升。
浅层地热能
（亦称地温能）指自然界江、河、湖、海等地表水源、污水（再生水）源及地表以下200米以内，温度低于25摄氏度的岩土体和地下水中的低品位热能，经热泵系统采集提取后可用于建筑供暖（冷）。浅层地热能是地热资源的一部份，也是一种特殊的矿产资源，其能量主要来源于太阳辐射与地球梯度增温。
以地表浅层土壤为冷热源，通过高效热泵为建筑物供热或供冷的系统被称为地源热泵系统或土壤源热泵系统。 地面5m以下土壤温度全年基本稳定（13℃～18℃范围）且略低于年平均气温，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。所以从热力学原理上讲，土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源，且不受地域、资源等限制，量大面广、无处不在。
地（土壤）源热泵系统高效节能，近年来在世界范围内得到了大规模应用。通常土壤源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到4KW以上的热量或冷量，这多出来的能量就是来自土壤的能源。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的土壤源热泵，平均来说可以节约用户30%~40%的供热制冷空调的运行费用。高效的土壤源热泵机组，平均产生1冷吨的冷量仅需0.88kW的电力消耗，其耗电量仅为普通冷水机组加锅炉系统的30%~60%。
但在寒冷地区，供暖需求量常常远大于制冷需求量，有些地方甚至无制冷需求，只需供暖，地（土壤）源热泵系统长期使用，地下岩土体温度会逐渐出现一定量的衰减，导致地（土壤）源热泵系统效果变差甚至失效。因此，为了保证地（土壤）源热泵系统功能稳定，必须要保持地下岩土体长期处于热平衡状态， 冬季从岩土体中取热总量，要与夏季向岩土体中补热总量保持对等。
自然能热泵系统 - NEHPS
综合考虑以上三种能源技术应用的优缺点，国际可再生能源协会（International Renewable Energy e.V.）与德国合作科研机构、合作高校、合作企业共同研发了此三种能源的综合应用系统 – “自然能热泵系统”（Nature Energy Heat Pump System，缩写NEHPS）。自然能热泵系统可以充分发挥地（土壤）源热泵系统热效率高、运行费用低等优势，在冬季供暖时，以应用浅层地热能为主，以空气能与太阳能作为辅助；在春、夏、秋三季不需要供暖时，应用太阳能与空气能为地源侧补热，弥补地（土壤）源热泵系统对地源侧补热的不足，确保地下温度场长期保持热平衡。整个系统通过智能软件控制，根据外界环境特征匹配系统最佳运行模式，确保系统稳定、高效运行，通过太阳能、空气能与浅层地热能的优势互补及灵活配置，大大提高了热泵系统的适应性。
可以说，自然能热泵系统是一种综合解决方案：
- 优化热泵性能
- 节能
- 环保
- 减少家庭支出