现代城市有丰富的低品位热源，有些是自然存在的，例如中深层地热和地表水，这部分低位热源可以当成可再生能源，但受限于空间分布条件和环保政策。另一些是来自人类活动，如地铁排热、冷藏设备排热、数据中心排热、城市污水等等，除城市污水外，只能作热源，且收集困难。包括中深层地热在内，实现低品位热源供暖主要依靠热泵。所以低品位热源是实现供暖电气化的必要条件。低品位热源的利用，需要通过能源总线的集成，并通过能源交易，实现资源共享。
对北方有集中供暖和区域供热的既有城区而言，热泵供暖可利用的热源是区域供热的回水。在我国普遍应用的第3代区域供热系统中，如果热网热源是锅炉或CHP，其回水温度一般在60~70 ℃之间；如果热网热源是大型热泵，其回水温度一般在35~45 ℃之间。前者通过水源热泵，将水温提升到70 ℃以上，形成二次网供暖。后者则因供水温度低，不能满足生活热水要求，可以将回水通过增温热泵提升到60 ℃，作为生活热水应用或储存。即所谓热泵与热网协同供热系统。
热泵与热网协同供热系统虽然不能直接减排，但仍是一项有利于减排的技术。它的优点在于：
1）利用既有区域供热的基础设施，扩大供暖面积而无需增加燃烧设备，使建筑面积增加，供暖碳排放零增长或少增长，有利于2030年碳达峰目标的实现。
2）加大第3代区域供热系统的供回水温差有利于提高热网的能源效率（包括热电联产热电厂的综合能源效率），可以减少这些能源生产的单位碳排放量。
3）为水源热泵提供稳定的热源。较高的热源温度可以保证热泵平均制热性能系数在8.0以上。相比空气源热泵，提供同样的供热量可以降低75%的碳排放量。
近年来发展迅速的中深层地热利用，是热泵供暖中必须涉及的重要技术选项。按地学界的分类，地热资源按深度划分可分为浅层、中深层和超深层地热资源。浅层地热能的深度范围为200 m以浅，包括土壤层及浅层含水层；中深层地热资源介于200~3 000 m之间，热利用可细分为对流换热系统（又称水热型地热，即钻井至含水层，分别布置开采井和回灌井，直接抽取地下热水，供暖利用后回灌至地下）和传导换热系统（深井中利用管式换热器）。超深层地热资源埋深通常超过3 000 m，可以是干热岩或水热系统。
浅层地热能利用在国内已发展多年，我国是世界上应用地源热泵为建筑供热/供冷最多的国家。需要指出的是，地下200 m以浅的地层范围，基本上不受地球深部热能影响，尤其是贴近地表的10 m以浅的地层，温度会随大气温度变化，很大程度上受太阳能的影响。而地下10~200 m则是恒温层。所以，地埋管地源热泵正是利用这一恒温层及土壤巨大的热惰性进行蓄热，夏季排入热量，冬季吸取热量。应该被视为“热电池”，起季节性蓄能的作用。一旦冬夏热量失衡，“热电池”就会逐渐失去效用。
碳中和城区要拓展应用的是中深层地热。中深层地热应用中效率较高的是直接抽水、直接发电或供暖后回灌。但这种利用方式有以下弊端和风险：
1）地下热水中含有氯化物和硫化物，如果回灌不完全会造成对地表水或浅层地下水的严重污染，在一定程度上也会导致空气污染和土壤污染。
2）地热资源丰富的地区往往处在地质构造运动活跃地区，抽取深层地下水有可能改变地层结构，有诱发地震的危险。
3）如果长期抽取地下水而回灌不充分，可能会引发地面下沉，甚至地层塌陷，影响地面构筑物的安全。
鉴于对流换热模式存在一定风险，在碳中和城区中应尽可能采用传导换热模式，一般通过密闭换热管的热传导取热，在不破坏地下环境的前提下为水源热泵提供温度较高的热源。图12为中深层地热管式换热器的示意图。从施工角度考虑，一般用同轴套管模式。
实际项目测试表明，单个取热井的循环水量一般为20~30 m/h，热源侧出水温度可以达到20.1~29.8 ℃，单个取热井的取热量为158~288 kW，平均每延米取热量可达到79~144 W（常规地源热泵系统热源侧埋管的单位长度取热量约为40 W/m）。热泵机组的制热性能系数得到提升，不同项目的最高为5.64，最低为4.35；系统综合制热性能系数最高为3.81，最低为3.28。如果建筑保温良好，那么1口井的产热量可以为2万m以上的建筑供暖。
我国的地热资源非常丰富，资源总量约占全球的7.9%，可采储量相当于4 626.5亿t标准煤，主要以中低温地热资源为主。我国经济发达的东部地区受中生代太平洋板块俯冲和地幔柱上隆制约，有良好的地热资源开发潜力。中深层地热可以成为碳中和城区供暖电气化的一个重要选择。但是，中深层地热开发要注意几个问题：
1）切忌一哄而上。中深层地热开发较之地源热泵其技术含量更高。对当地资源要科学论证，钻井工程要有地矿部门专业的打井队，要深入评估地热开发对环境的影响。有的省市已经明令禁止开采地下水，开发工程必须遵章守纪。
2）在现代城市里，地下空间是非常宝贵的资源，管线、地铁、汽车隧道、人防、地下商城等形成了“第二城市”。因此，地热利用需要与城市总体规划协调。在高密度城市中，尽可能不用中深层地热。
3）中深层地热热泵系统用1 kW·h的电可以得到最低3.28 kW·h的热量，按供电碳排放因子0.583 9 kg/（kW·h）计算，10 kW·h供热量的碳排放为1.78 kg，比天然气供暖低23%。
4）目前中深层地热的投资较大。以套管换热每延米负荷110 W计算，如果钻井费用200万元，则1口3 000 m井的投资约6元/（W·m），而普通地源热泵地埋管打井费用为6 000元，每m管长热强度按40 W计算，则100 m深度埋管投资只要1.5 元/（W·m），仅为中深层地热井的1/4。由于中深层地热钻井技术和装备的要求都很高，钻井费用很难有大幅度降低。解决办法是增强套管的传热特性、应用强化传热材料等。
