شمع انرژی که "شمع مبدل حرارتی" نیز نامیده می شود، شمع مجهز به مدارهای مجزا یا چند لوله است تا امکان تبادل گرما با خاک اطراف را فراهم کند. عملکرد شمع های انرژی دوگانه است. اولین عملکرد شامل انتقال بار از یک سازه به لایه باربر است. عملکرد ثانویه استفاده به عنوان مبدل حرارتی با خاک است. شمع های انرژی یا با استفاده از تکنیک های جابجایی خاک (displacement techniques)، یا سیستم های حفاری خاک نصب می شوند.

ژئوسازه ها، یعنی سازه های در تماس با زمین می توانند برای تبادل گرما با زمین استفاده شوند. به طور دقیق‌تر، اصطلاح ژئوسازه شامل شمع‌هایی برای پی‌های عمیق، دیوارهای حائل، بخش‌های پوشش تونل و غیره می‌شود. شمع‌های انرژی یک کاربرد مدرن از سیستم‌های زمین گرمایی با اختلاف دمای پایین، با مزیت اصلی کاهش هزینه‌های اولیه در مقایسه با سیستم های استاندارد هستند. اصول آن شامل راه اندازی شبکه ای از لوله ها در داخل قفس های آرماتور در داخل سازه های بتنی است. یک سیال انتقال حرارت که در شبکه لوله گردش می کند، گرما را از طریق بتن با زمین تبادل می کند. یک پمپ حرارتی دمای زمین را با دمای مورد نیاز برای گرم کردن یا خنک کردن ساختمان ها تطبیق می دهد. راندمان سیستم باید هم معیارهای انرژی (تولید گرما یا سرما) و هم معیارهای ژئوتکنیکی-سازه ای (تنش ها و جابجایی های اضافی محدود) را برآورده کند که به شدت به شرایط محلی سایت بستگی دارد. در دنیایی که نیازهای انرژی به طور مداوم در حال افزایش است و تحقیقات برای منابع انرژی سبز، محلی و تجدیدپذیر اهمیت فزاینده ای پیدا می کند، شمع های انرژی کاملاً مناسب و کارآمد میباشند. آنها یک جایگزین نوآورانه و امیدوارکننده برای گرمایش یا سرمایش ساختمان ها و زیرساخت ها هستند. استفاده از تکنیک های انرژی زمین گرمایی همراه با پی های عمیق یک راه حل کارآمد انرژی در پروژه های مهندسی عمران پایدار است.

به دلیل ثابت ماندن دمای زیر زمین در طول سال (به استثنای 5 تا 8 متر اول)، این دما در زمستان بیشتر از هوای خارجی و در تابستان کمتر خواهد بود. این اختلاف دما باعث می شود تا گرما از زمین به ساختمان در طول زمستان (برای اهداف گرمایشی) انتقال یابد و در تابستان (برای اهداف خنک کننده) از ساختمان به زمین تزریق شود. این سیستم در دسته سیستم های زمین گرمایی به اصطلاح "آنتالپی کم" قرار می گیرد، یعنی سیستم هایی که 100 متر اول زمین را در بر می گیرند و با تغییرات دمایی در حدود 10 تا 20 درجه سانتیگراد کار می کنند. برای تطبیق دمایی که از مبدل های حرارتی می آید با دمای مورد نیاز برای گرم کردن یا خنک کردن ساختمان ها، این سیستم ها به یک پمپ حرارتی متصل می شوند.

شمع های سازه ای با افزودن یک یا چند لوله پلاستیکی در طول آنها به مبدل های حرارتی تبدیل می شوند. در ساخت شمع‌های انرژی، قطر و طول شمع باید به گونه‌ای طراحی شود که در برابر بارهای سازه‌ای اعمال‌شده مقاومت کند و در عین حال متناسب با نیازهای زمین گرمایی افزایش نیابد. هنگام ساخت این نوع شمع ها، ابتدا خاک از زمین خارج می شود و یک قفس آرماتور تقویتی سفت و سخت و جوش داده شده وارد می شود. سپس چندین حلقه با انتهای بسته از لوله های جاذب پلاستیکی پلی اتیلن با چگالی بالا (به طور کلی با قطر 25 میلی متر و ضخامت دیواره 2-3 میلی متر) به طور یکنواخت در اطراف داخل قفس آرماتور در کل طول آن قرار میگیرند. حلقه ها خارج از سایت ساخته می شوند و با مایع انتقال حرارت (آب با محلول ضد یخ یا نمک) پر می شوند و با یک دریچه قفل و مانومتر در بالای قفس شمع نصب می شود. قبل از بتن ریزی، لوله های جاذب برای آزمایش یکپارچگی و برای جلوگیری از ریزش در اثر بتن سیال تحت فشار قرار می گیرند. این فشار تا زمانیکه بتن سخت شود حفظ میشود و قبل از بسته شدن لوله های جاذب مجددا اعمال میشود، هنگام بتن ریزی، قسمت بالای لوله ها برای جلوگیری از آسیب نگه داشته می شود و یک لوله ترمی روی پایه/نوک شمع قرار می گیرد. بتن از طریق ترمی ریخته می شود و در حالی که بتن شمع را پر می کند، بالا می آید. پس از اتمام شمع، لوله های جاذب به یک مبدل حرارتی متصل می شوند که سپس به مدار ثانویه لوله ها در طبقات و دیوارهای ساختمان متصل می شود.