La pompa di calore geotermica utilizza come fonte per creare energia una sorgente naturale. Si tratta di un sistema che impiega una forma di energia che si rigenera e non si esaurisce, in tal caso si tratta del calore presente nel sottosuolo in quantità ed a temperature costante per tutto l’anno. Immettendo una tubazione all’interno del sottosuolo è possibile prelevare calore, nello specifico il flusso di calore proveniente dal mantello terrestre viene trasmesso per conduzione attraverso le formazioni rocciose della crosta terrestre.

L’intensità del flusso geotermico è direttamente proporzionale alla profondità alla quale si trova il mantello terrestre, per cui delle buone prestazioni di scambio termico in profondità si ottengono mediante l’uso di sonde geotermiche ossia di scambiatori di calore con cui è possibile recuperare il calore contenuto nel terreno. Esistono diversi tipi di impianti che adoperano come fonte di energia il calore del mantello terrestre, prevedendo costi e finalità specifiche come ad esempio i sistemi geotermici a bassa entalpia, quelli per generazione di potenza, i sistemi geotermici ad anello chiuso, le sonde geotermiche.

Soffermandosi sulle caratteristiche di alcuni sistemi di pompa di calore geotermica, bisogna segnalare quelli ad anello chiuso che si servono di tipologie impiantistiche che usano il terreno come fonte rinnovabile d’energia termica a bassa entalpia ovvero di temperature del suolo medio basse, sfruttando i cosiddetti scambiatori di calore verticali oppure orizzontali immessi nel suolo. Dal momento che la variazione stagionale di temperatura del suolo durante l’anno diminuisce con l’aumentare della profondità ma giunti ad una certa quota le variazioni non sono più evidenti, per cui ne risulta una persistenza della temperatura della sorgente termica della pompa di calore.  Invece, le sonde geotermiche che trasferiscono il calore dal terreno agli ambienti da riscaldare sfruttano dei tubi ad U in materiali dall’elevata trasmittanza termica nei quali passa un liquido capace di assimilare il calore e trasportarlo in superficie.

Le sonde geotermiche possono essere verticali se scendono nel terreno per raggiungere la sede del calore, tenendo conto del fatto che ogni terreno possiede delle specifiche caratteristiche di scambio termico che possono variare con la profondità; le sonde geotermiche orizzontali vengono posizionate dopo aver effettuato uno scavo ad una profondità non elevata da 1,5 m ad un massimo di 5 m, quindi la temperatura del suolo risente della temperatura esterna; la terza tipologia è rappresentata dai pali energetici con installazione delle sonde geotermiche verticali in corrispondenza di pali di fondazione della struttura e per la loro realizzazione sono richiesti materiali specifici.