Na skutek bezpośredniego oddziaływania promieni słonecznych i ruchu powietrza energia gromadzi się w gruncie, który jest najbardziej zewnętrzną warstwą górotworu. Górotwory z powodzeniem spełniają rolę kolektorów ciepła.

W naszych warunkach klimatycznych ciepło słoneczne w gruncie gromadzi się podczas lata.
Słońce ogrzewa powierzchnię ziemi. Na drodze konwekcji, promieniowania, a także przewodzenia energia słoneczna gromadzona jest w górotworze. Zmienność temperatury gruntu w ciągu roku, zmniejsza się z głębokością. Im głębiej tym mniejszy udział energii promieniowania słonecznego a większy energii geotermicznej. W Polsce za maksymalną głębokość docierania promieni słonecznych przyjmuje się 20m. Przepływ energii geotermicznej jest stabilny i nie wykazuje zmian sezonowych. Na pewnej głębokości górotwór ma stałą temperaturę pochodzenia geotermicznego.

Odbiór ciepła z górotworu odbywa się za pomocą
– otworowych wymienników ciepła
– poziomych wymienników gruntowych
– wymienników spiralnych

Poziome gruntowe wymienniki ciepła pozyskują ciepło słoneczne zgromadzone w glebie.
Wymienniki pionowe wykorzystują natomiast ciepło pochodzenia głównie geotermicznego.

Ze względu na rosnące wraz z głębokością koszty instalacje kolektorów poziomych wykonuje się do głębokości maksymalnie 2 metrów. W Polsce na tej głębokości występują sezonowe zmiany temperatury o rocznej amplitudzie wynoszącej kilkanaście stopni. W lecie temperatura gruntu wynosi około 17 st. C zimą 5 st. C Im głębiej położone rury tym wyższa i bardziej stabilna temperatura gruntu, w polskich warunkach już na głębokości 10 metrów panuje stała temperatura 10 oC. Jednak projektując dolne źródło ciepła należy mieć również na uwadze względy ekonomiczne. Dobór źródła niskotemperaturowego polega na kompromisie pomiędzy stabilnością i efektywnością pracy pompy, a ekonomicznym kosztem wykonania instalacji.

Najczęściej stosowanymi systemami do pobierania ciepła z gruntu są wymienniki rurowe ułożone w gruncie na głębokości średnio 1,6 metra. Jest kilka sposobów układania wymienników rurowych; połączenie w jedną pętlę, połączenie równoległe, połączenie szeregowe, oraz ich kombinacje. Przyjmuje się, że powierzchnia gruntu, na którym układa się wymienniki rurowe powinna być 1,2-1,8 krotnie większa od ogrzewanej powierzchni budynku. W przypadku działki z ograniczoną powierzchnią stosuje się połączenia rur spiralne pionowe, spiralne poziome, lub układanie rur w kilku pętlach.

Otworowe wymienniki są bardziej korzystnym sposobem odzyskiwania ciepła z górotworu niż wymienniki poziome. Dzięki nim można wykorzystywać ciepło o stabilnej temperaturze a także je magazynować. Im głębszy otwór, tym wyższa temperatura nośnika, a więc i większa efektywność pompy ciepła.

Opracowano na podstawie: Rodzaje dolnych źródeł ciepła wykorzystywanych w pompach ciepła- A. Knaperek