Onder de aardkorst is de aarde heel warm: in het midden loopt de temperatuur op tot meer dan 4000°C en in de aardmantel (tussen 70 en 700 km diepte) bedraagt de temperatuur 500 à 1000°C.
De aardkorst vormt een isolerende laag met een dikte van 30 tot 65 km onder de continenten en 5 tot 10 km onder de oceanen die ons tegen deze hoge temperaturen beschermen. De temperatuurgradiënt van de aarde in Europa is 3 graden per 100 meter, wat betekent dat telkens men 100 meter dieper komt onder de aardkorst de temperatuur met 3 graden toeneemt. Deze gradiënt kan in bepaalde zones veel hoger zijn.
Ten opzichte van de meeste "groene" energiesoorten, heeft de aardwarmte als groot voordeel dat ze niet afhankelijk is van de atmosferische omstandigheden en ook geen substraat vereist wat wel het geval is voor biomassa. Aardwarmte vormt dus een tamelijk betrouwbare en duurzame energiebron. Bovendien blijkt aardwarmte op geringe diepte (van 10 tot 200 m onder het aardoppervlak) een aantrekkelijke oplossing te zijn op energetisch vlak. Ze biedt dus vandaag een aanzienlijk potentieel voor de productie van warmte op lage temperatuur en koude voor steden, economische activiteitszones en woonwijken. De markt van de geothermische warmtepompen kent een toenemend succes in landen zoals Duitsland, Nederland, Denemarken, Zweden en in Zwitserland waar ze 45% van de markt vormen.
Het gebruik van aardwarmte, d.w.z. van de natuurlijke warmte in de ondergrond om energie te produceren of om rechtstreeks als verwarmingsbron te gebruiken, kan op verschillende manieren gebeuren naargelang van de toepassingen en de geologische context. Voor de productie van warmte worden geothermische warmtepompen aanbevolen. De aardwarmte wordt in dit geval gekwalificeerd als "oppervlakkige aardwarmte" (want op geringe diepte) of met "zeer lage energie".
Men spreekt ook van aardwarmte op zeer lage temperatuur. Ze maakt gebruikt van de warmte in de bodem op dieptes van ruwweg 1 à 100 meter, voor temperaturen lager dan 30°C (12°C gemiddeld in België).
Inderdaad, de stralingswarmte van de zon en de weersomstandigheden hebben een grote invloed op de temperatuur van de aarde vlak onder het oppervlak (de eerste paar meter), meer bepaald door het regenwater dat tot in de grondwaterlagen insijpelt. De aardwarmte (of geothermische flux) draagt bij tot de totstandkoming van de temperatuur in de eerste paar meter van de ondergrond. Deze warmtestroom wordt gedeeltelijk geproduceerd door de splitsing van de elementen die aanwezig zijn in de rotsen van de aardkorst, en gedeeltelijk door de warmte afkomstig van de aardmantel en de kern, die al 4,5 miljard jaar een grote hoeveelheid energie afgeven (en die bv. ook verantwoordelijk is voor de beweging van de aardplaten). Zodoende is de temperatuur in vlakten op geringe diepte stabiel 12 °C, op enkele meter diepte onder het aardoppervlak, waar de seizoensschommelingen geen vat op hebben.
Op basis van deze warmtebron is de geothermische warmtepomp in staat de temperatuur aan de behoeften van woningen aan te passen. Dit type aardwarmte wordt gebruikt voor verwarming en/of koeling van individuele huizen, gebouwen uit de dienstverlenende sector en gemeenschapslokalen.
Horizontale aardwarmtewisselaars worden het meest gebruikt voor individuele woningen. Deze techniek vereist inderdaad gewoon oppervlakkig graafwerk.
Horizontale aardwarmtewisselaars (collectoren)
De horizontale aardwarmtewisselaars worden verwezenlijkt door in lus (in serie of parallel) gelegde buizen waarin warmtetransporterende vloeistof loopt. Het geheel wordt ingegraven op een diepte van 80 cm tot 1,20 m. De benodigde oppervlakte van het terrein voor de installatie komt overeen met 1,5 tot 2 keer de te verwarmen oppervlakte.
Spiraalvormige aardwarmtewisselaars (collectoren)
De spiraalvormige aardwarmtewisselaars worden geothermische manden genoemd en worden in serie of in parallel aangebracht. Ze worden ingegraven op een diepte van 4 tot 6 m. De benodigde oppervlakte voor de toepassing ervan is heel beperkt (2 m² per mand). De installatie is eenvoudig en er is geen vergunning voor nodig.
Verticale aardwarmtewisselaars (collectoren)
De verticale aardwarmtewisselaar, of geothermische sondes worden tussen 40 en 150 m diepte aangebracht. Ze kunnen in om het even welk geologisch milieu worden toegepast, maar het gemak van aanbrengen wordt sterk bepaald door de aard van de ondergrond. De warmtewisseling met de grond gebeurt hier door middel van een of twee in U-vorm aangebrachte buizen in verticale boringen, waarin een warmtegeleidende vloeistof, glycolwater of pekel, circuleert die naar de verdamper van een geothermische warmtepomp gevoerd wordt. Deze techniek heeft slechts een beperkte terreinoppervlakte nodig. Er zijn bijvoorbeeld slechts twee geothermische sondes van 50 m diepte nodig om een woning met een bewoonbare oppervlakte van 120 m2 te verwarmen.
De "Canadese put" of "Provençaalse put"
De Canadese put is een systeem dat gebruik maakt van de thermische traagheid van de ondergrond waarvan de temperatuur op 2 of 3 m diepte min of meer constant blijft (ongeveer 12°C in de zomer en 7°C in de winter). Het bestaat erin lucht in een ondiep ingegraven leiding te laten circuleren van buiten tot in de woning. De temperatuur van de lucht wordt gewijzigd door de warmtebijdrage van de grond. Hoewel dit systeem geen verwarmingssysteem kan vervangen, maakt de Canadese put het toch mogelijk de lucht in de zomer te koelen en voor te verwarmen in de winter, bv. om een woning vorstvrij te houden. Dit ventilatieprincipe draagt bij tot de vermindering van de nodige energie voor het verversen van de lucht en verbetert het energetische rendement van het gebouw.
