Тепло грунта на глубине до 20 м является накопленным солнечным теплом, которое переходит в грунт благодаря прямому обогреву солнечными лучами, передаче тепла от воздуха или выпавших атмосферных осадков. Тепло более глубоких слоев, ниже 20 м (т.н. «нейтральной зоны»), формируется энергией, поступающей из недр земли, и практически не зависит от сезонных изменений климата.

Для отбора тепла грунта используются тепловые насосы конфигурации грунт/вода или грунт/воздух. Такие системы состоят из теплового насоса и грунтовых теплообменников. Сам тепловой насос располагают в котельном помещении, к которому подводиться контур грунтового теплообменника.

По принципу действия грунтовые тепловые насосы разделяют на:

  • системы прямого расширения – в грунт закладывается контур медного трубопровода, по которому циркулирует хладагент. В процессе циркуляции он нагревается и происходит процесс испарения, после чего он поступает непосредственно в компрессор;
  • системы с рассольной жидкостью – в грунт закладывается контур трубопровода, по которому циркулирует незамерзающий теплоноситель. Тепло отобранное в процессе циркуляции передается тепловому насосу.
Тепловые насосы с грунтовыми теплообменниками прямого расширения имеют более высокую эффективность по сравнению с тепловыми насосами грунтового типа с использованием рассола. Это отличие объясняется тем, что в системах с рассольным контуром происходит двойной теплообмен грунт — рассол, рассол – хладагент, в отличие от теплообмена систем прямого расширения «грунт — хладагент». В системах с использованием теплоносителя как переносчика тепла, также накладываются дополнительные затраты на обеспечение работы циркуляционного насоса.
Грунтовые рассольные контура делятся на: вертикальные и горизонтальные.
  • Горизонтальные грунтовые контура:
Преимущества:
                невысокая цена;
Недостатки:
                необходимость наличия большой площади земли используемой для расположения теплообменников;
                влияние погодных изменений на температуру грунта;
                ограничение по возможности произрастания растительности на территории с земляным контуром;
                сложность проведения ремонтных работ в случае разгерметизации контура.
Грунтовый тепловой насос с горизонтальным контуром
  • Вертикальные грунтовые контура (зонды):
Преимущества:
                температура грунта, не зависит от температуры окружающей среды;
                возможно расположение на небольшой площади земли.
Недостатки:
                высокая цена;
                сложность проведения ремонтных работ в случае разгерметизации контура.
Тепловой насос с вертикальным контуром (зонд)

Полезное количество тепла и эффективность теплового насоса, и таким образом площадь необходимой поверхности теплообмена зависят от теплофизических свойств грунта и от климатических условий региона. Термические свойства грунта, такие как объемная теплоемкость и теплопроводность, очень сильно зависят от гранулометрического состава и состояния. Теплоаккумулирующие свойства и теплопроводность грунта тем выше, чем больше его влажность, минерализация и чем меньше содержание в нем пор с воздухом. Поэтому грунтовые тепловые насосы, одинаковые по мощности и находящиеся в одной климатической зоне, могут отличаться требуемым количеством грунтовых контуров и их длиной.