Przy doborze, projektowaniu i wykonaniu pionowych gruntowych wymienników ciepła pomijany jest bardzo często efekt bocznikowej wymiany ciepła (Thermal Shunt Effect).

Zjawisko polega na odbieraniu ciepło przez czynnik niskokrzepnący zatłaczany do odwiertu od czynnika już ogrzanego (przy pobieraniu ciepła z gruntu) lub też czynnik zatłaczany podgrzewa powracający schłodzony czynnik (przy oddawaniu ciepła do gruntu).

Najprostszą  metodą  ograniczenia  tego  zjawiska  jest  zwiększenie  natężenia  przepływu  i  zmniejszenie  różnicy  temperatur  delta  T,  jednak  wówczas  następuje  wzrost oporów przepływu, a tym samym zwiększa się  zużycie energii elektrycznej napędzającej pompę obiegową dolnego źródła ciepła. Efektem tego jest spadek  sprawności układu.

Dlatego,  dla  zachowania  optymalnej  pracy  dolnego  źródła  ciepła  i  zniwelowania  efektu  bocznikowego,  należy  stosować  dystansery  przewodów  sondy,  zarówno  w  przypadku  aplikacji  pojedynczego,  jak  i  podwójnego  wymiennika. Pozytywny rezultat dla sond aplikowanych  z wykorzystaniem dystanserów to m.in. spadek oporu termalnego  odwiertu,  czyli  skuteczniejsza  wymiana  ciepła   z górotworem. Zjawisko to zbadali J. Acuna i B.Palm [1]
Dla ośmiu różnych technik rozmieszczenia przewodów  sondy w odwiercie wyznaczono wartości oporu cieplnego sondy zdefiniowanego przez G. Hellstroma [2] jako:  
Rb = (Tf – Tbh)/q     – dla przekazywania ciepła do gruntu
Rb = (Tbh – Tf)/q     – dla odbierania ciepła od gruntu  
gdzie:

R b – opór cieplny pionowej sondy w [(K•m)/W]
T f  – średnia temperatura płynu pośredniczącego w [°K]
T bh  – średnia temperatura ściany w [°K]
q – ilość ciepła pobrana/oddana do gruntu  (…)

W  praktyce  sposobem  na  utrzymanie  najkorzystniejszego  sposobu  rozmieszczenia  rur  sondy  w  odwiercie jest zastosowanie dystanserów. Tym bardziej,  iż  układ  dolnego  źródła  ciepła  coraz  częściej  wykorzystujemy  nie  tylko  przy  funkcji  grzewczej  pompy  ciepła,  lecz  również  podczas  chłodzenia  (aktywnego  i  pasywnego).  A  wówczas  zmniejszenie  oporu  cieplnego odwiertu jest podstawowym wyzwaniem.
Źródła: 
1.   J. Acuna, B. Palm, Local Conduction Heat Transfer in   U-pipe Borehole Heat Exchangers, Conference Milan 2009  
2.   G. Hellstrom, Ground Heat Storage Thermal Analysis of  Duct Storage Systems Doctoral Thesis, Lund Institute of  Technology, Lund, Sweden, 1991
Marcin Franke, Aspol FV Sp. z o.o. Stanisław Zbrojkiewicz, Pomiary TRT

Cały artykuł w numerze 2/2014
2014 2 GLOBEnergia