Zaradi sodobnejše gradnje stanovanjskih objektov, z izboljšanimi izolacijskimi materiali, ki so skoraj neprodušni, je postalo prisilno prezračevanje bivalnih prostorov, skoraj nujna potreba za zagotovitev zadostne količine svežega zraka, ki pa je, za udobno bivanje človeka, življenskega pomena.
Zemlja nam nudi enostaven in cenovno ugoden način za shranjevanje sončne energije, ki jo lahko shranimo v času, ko je le-te na razpolago veliko.Zemeljski toplotni izmenjevalnik za predgretje zraka z energijo tal, poleg prihranka energije v zimskem obdobju, nudi tudi učinkovito hlajenje prostorov v poletnem obdobju. Sveži zrak za prezračevalno napravo vodimo, skozi zemeljski toplotni izmenjevalnik in ga v zimskem obdobju predgrejemo na določeno temperaturo. Obratno naredimo v poletju, saj lahko na obraten način, pred uporabo, zrak predhodno ohladimo. Za takšno uporabo so primerna predvsem vlažna ilovnata tla.
Na sliki 1 je prikazan princip izvedbe zemeljskega izmenjevalnika za kontrolirano prezračevanje stanovanjske zgradbe in z vgrajenim rekuperatorjem toplote.
Izvedba toplotnega izmenjevalnika: Zemeljski toplotni izmenjevalnik (ZTI) naredimo iz večjega števila cevi, ki jih položimo v zemljo, v globini od 1 do 3 metrov. Seveda pa velikokrat obstaja vprašanje, katere cevi so primerne na določenem področju. A uporabo so najprimernejše cevi, ki jih uporabljamo za izvedbo odtočne kanalizacije. Predvsem cevi izdelane iz plastičnega materiala in sicer: cevi iz PVCja (KG - cevi), iz polipropilena (PP - cevi), cementne cevi ali cevi iz litega železa itn. Dovod svežega zraka izvedemo s prisilnim prezračevanje, Prisilno prezračevanje je edini način, da lahko zagotovimo zadostno, oziroma načrtovano, število izmenjav zraka, v bivalnih prostorih.
Odvod kondenzata: V poletnem obdobju se soočamo s pojavom kondenzata. Da preprečimo nastanek kondenzata je potrebna vgradnja cevi z minimalnim padcem okoli 2 % v smeri toka zraka. Odvod kondenzata izvedemo s cevno instalacijo z vgrajenim sifonom, ki jo priključimo na hišno kanalizacijo. Za velike dolžine cevi je potrebna vgradnja jaška za zbiranje kondenzata. V jašek obvezno vgradimo potopno črpalko.
Na sliki št. 2 so prikazani različni načini za izvedbo zemeljskega toplotnega izmenjevalnika.
Filter: Da se ne bi v ceveh odlagal prah in pelodi, je potrebna vgradnja filtra. Z redno kontrolo in čiščenjem filtra, vsakih 4-8 mesecev zagotovimo dovajanje čistega zraka v prostor. Dovod večje količine prahu in številnih mikroorganizmov skozi prezračevalni sistem, lahko zmanjšamo, če zrak ne črpamo neposredno nad zemeljsko površino. Priporočljiva višina črpanja je od 1 do 1,5 metra nad zemljo. Vsaj enkrat na leto je potrebno zagotoviti čiščenje cevi. To storimo enostavno z vodnim izpiranjem. Na toplotnem izmenjevalniku mora biti vgrajen priključek na hišno kanalizacijo, skozi katerega odvajamo kondenzat. Vsekakor je potrebno, v času gradnje, poskrbeti za odtok na najnižjem mestu instalacije. Odtok speljemo v hišno kanalizacijo.
Dimenzioniranje: Za izvedbo zemeljskega toplotnega izmenjevalca je najbolj smiselna uporaba cevi s premerom od 100 do 200 mm. Vgradnja takšnih cevi nam omogoča, tudi pri najnižjih zunanjih temperaturah, zagotovljeno vstopno temperaturo zraka nad lediščem. To praktično pomeni, da ni težav z zamrzovanjem toplotnega izmenjevalca in posledičnih problemov, ter slabšega izkoristka, z odtaljevanjem. Cevi z večjim presekom imajo manjše površine za izmenjavo toplote. Namesto povečanja preseka cevi, je bolj smiselna vgradnja večjega števila paralelnih cevi z enako dolžino. Enake dolžine cevi omogočajo približno enake tlačne izgube. Priporočljiva dolžina cevi je nekje od 25 do 35 m. Večje dolžine se komaj izplačajo, če se temperatura zraka asimptotično približa temperaturi zemlje in tlačne izgube za ventilatorjem naraščajo.
V preglednici 1 so prikazani podatki za predgretje zraka v zemeljskem toplotnem izmenjevalcu. Temperatura zemlje v globini 1 m znaša v zimskem času med 4 do 8 oC. Poleti pa od 8 do 13 oC. V večjih globinah je temperatura od 8 do 10 oC relativno konstantna.
Še posebej pomembno je predvsem to, da omogoča daljša ležalna doba zraka v ceveh dovod svežega zraka precej dalj časa. Pri tem je potrebno nameniti pozornost dejstvu, da izstopna temperatura zraka ne pade pod -3 oC in, da ne pride, pri rekuperaciji toplote, do zaledenitve.
Sodobni sistemi prezračevalnih naprav so vse pogosteje opremljeni z rekuperatorjem toplote - nove generacije. Ti rekuperatorji se odlikujejo predvsem z velikim izkoristkom, saj vračajo toploto tudi do 90 % in več. Sistemi so opremljeni z enosmernim ventilatorjem in z izredno nizko porabo električnega toka. Možna je tudi izbira večjega števila hitrosti. Z vgrajenim predgrelnikom preprečujemo zamrzovanje kondenzata, ki se ustvarja pri zunanjih temperaturah, nižjimi od -5 °C. Naprave, z vgrajenim filtrom na dovodu svežega zraka odstranijo tudi najdrobnejši cvetni prah. Z vgrajeno regulacijo se omogoča nastavljanje različnih režimov obratovanja, za vsako posamezno uro ali dan v tednu. Omogočeno je tudi prosto hlajenje ali prezračevanje prostora. S tipanjem temperature prostora, zunanjega in dovodnega zraka, se z vklopom motornega bay passa (kratka vezava), v hišo dovaja zunanji hladnejši zrak, ko je la ta na voljo (ponoči). S tem velikokrat odpade potreba po hladilni klima napravi, predvsem v kvalitetno grajenih hišah, ki omogočajo dolgo vztrajnost.
