Un échangeur de chaleur au sol (GHEX) est une zone de la terre utilisée comme batterie thermique à cycle annuel. Ces batteries thermiques sont des zones non encapsulées de la terre dans lesquelles des tuyaux ont été placés afin de transférer de l’énergie thermique. L’énergie est ajoutée au GHEX en faisant passer un fluide à température plus élevée à travers les tuyaux et en augmentant ainsi la température de la terre locale. L’énergie peut également être extraite du GHEX en faisant passer un fluide à plus basse température à travers ces mêmes tuyaux.
Les batteries thermiques GHEX sont mises en œuvre sous deux formes. L’image ci-dessus représente ce qu’on appelle un GHEX « horizontal » où le creusement de tranchées est utilisé pour placer une quantité de tuyaux en boucle fermée dans le sol. Les GHEX sont également formés en forant des forages dans le sol, verticalement ou horizontalement, puis les tuyaux sont insérés sous la forme d’une boucle fermée avec un raccord en « u » à l’extrémité de la boucle. Ces batteries thermiques GHEX percées sont aussi parfois appelées « systèmes de stockage d’énergie thermique de forage ».
L’énergie thermique peut être ajoutée ou retirée d’une batterie thermique GHEX à tout moment. Cependant, ils sont le plus souvent utilisés comme « Batterie thermique à cycle annuel » où l’énergie est extraite d’un bâtiment pendant la saison estivale pour refroidir un bâtiment et ajoutée au GHEX, puis cette même énergie est extraite du GHEX pendant la saison hivernale pour chauffer le bâtiment. Ce cycle annuel d’addition et de soustraction d’énergie est hautement prévisible sur la base de la modélisation énergétique du bâtiment desservi. Une batterie thermique utilisée dans ce mode est une source d’énergie renouvelable car l’énergie extraite en hiver sera restituée au GHEX l’été prochain selon un cycle qui se répète continuellement. Cette batterie thermique à cycle annuel est un stockage thermique alimenté à l’énergie solaire, car c’est la chaleur du soleil en été qui est retirée d’un bâtiment et stockée dans le sol pour être utilisée dans la prochaine saison hivernale pour le chauffage.