Die Erdtemperatur liegt bereits ab einer Tiefe von 1,2 m ganzjährig über 0°C. Die Wärmeenergie des Erdreichs wird durch Erdwärmesonden, schlangenförmig horizontal verlegter Rohrleitungssysteme oder Brunnen entzogen und mittels einer Wärmepumpe auf ein verwertbares höheres Temperaturniveau angehoben, um damit Gebäude oder andere Einrichtungen beheizen zu können.

Wie kann man aus einem wenige Grad warmen Boden Wärmeenergie gewinnen? Auch in einem relativ kalten Boden steckt eine Menge Energie, weil seine Temperatur deutlich über dem absoluten Nullpunkt von -273 °C liegt. Einen Teil dieser Energie kann man dem Erdreich entziehen, indem man es abkühlt. Das Prinzip der Wärmepumpe kennt jeder, der einen Kühlschrank zu Hause hat. Kühlschrank und Wärmepumpe arbeiten beide nach dem sog. CARNOT-Prozess, nur die Nutzung ist umgekehrt.

Leitungen in Flächenkollektoren oder Erdsonden, die von einem Wasser-Sole-Gemisch als Wärmeträgerflüssigkeit in einem ersten, geschlossenen Kreislauf durchströmt werden, nehmen die im Erdreich vorhandene Wärme auf und transportieren sie an die Oberfläche zur Wärmepumpe. Im primärseitigen Wärmetauscher der Wärmepumpe entzieht ein flüssiges Kältemittel der Wärmeträgerflüssigkeit im Erdwärmekreislauf die zur Verdampfung notwendige Energie. Das gasförmige Kältemittel wird durch einen Kompressor verdichtet, wodurch es sich weiter erwärmt. Diese Wärme gibt der Kältemitteldampf im Kondensator (sekundärseitiger Wärmetauscher) an das Heizsystem des Gebäudes ab und kondensiert, d.h. seine Temperatur sinkt und der Dampf verflüssigt sich wieder. Das flüssige Kältemittel wird anschließend entspannt und erneut im geschlossenen Kreislauf dem primärseitigen Wärmetauscher zugeführt. Die im Wärmetauscher abgekühlte Wärmeträgerflüssigkeit des ersten Kreislaufes fließt wieder den wärmeren Erdschichten zu, um Energie aufzunehmen.