Зображення обкладинки

Overview of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems

The use of low grade heat sources by heat pump plants in heat supply systems in developed European countries is considered. It is established that process waters, natural reservoirs, ventilation emissions of buildings, sea water, heat of refrigeration units, groundwater, flue gases of boilers and th...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2022
Автори: Derii V.O., Sokolovska I.S., Teslenko O.I.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2022
Теми:
low grade heat source
district heating systems
thermal energy
heat pump
Онлайн доступ:https://systemre.org/index.php/journal/article/view/550
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:System Research in Energy
Завантажити файл: Pdf

Репозитарії

System Research in Energy
_version_ 1871104040596668416
author Derii V.O.
Sokolovska I.S.
Teslenko O.I.
author_facet Derii V.O.
Sokolovska I.S.
Teslenko O.I.
author_institution_txt_mv [ { "author": "Derii V.O.", "institution": null }, { "author": "Sokolovska I.S.", "institution": null }, { "author": "Teslenko O.I.", "institution": null } ]
author_sort Derii V.O.
baseUrl_str https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection OJS
datestamp_date 2026-07-18T12:57:42Z
description The use of low grade heat sources by heat pump plants in heat supply systems in developed European countries is considered. It is established that process waters, natural reservoirs, ventilation emissions of buildings, sea water, heat of refrigeration units, groundwater, flue gases of boilers and thermal power plants, wastewater, heat of solar energy batteries, geothermal heat are used as low grade heat sources for heat pump plants. It is shown that for heat pump plants of district heating systems in Ukraine it is most expedient to use the heat of: ventilation emissions of buildings connected to these systems, wastewater, soils and groundwater, air, flue gases of boilers and CHP, rivers, process water, emissions and discharges of industrial enterprises. Exhaust ventilation heat of supermarkets, shopping malls and subways will be used not for district heating systems, but for the own needs of these organizations. The use of the heat of soils and groundwater will not be widely used in district heating systems due to the density of urban buildings
doi_str_mv 10.15407/pge2022.01-02.030
first_indexed 2026-03-24T02:02:10Z
format Article
fulltext 30 В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) 1. Вступ Теплові насоси (ТН) широко застосовують у різ- них сферах економіки розвинутих країн Європи – у хімічній, нафтопереробній, нафтохімічній, фар- мацевтичній, біохімічній, харчовій, металооброб- ній, автомобільній, для сушіння деревини, твердих агропродовольчих та біологічних матеріалів, па- перу, цегли; для комунальних потреб [1]. Для ро- боти ТН використовуються різноманітні джерела низькопотенційної теплоти (ДНТ) як природного, так і антропогенного походження. До природних джерел відносяться зовнішнє повітря, поверхневі води водоймищ (ріка, море, озеро), підземні води, ґрунт та гірські породи верхнього шару Землі та сонячна енергія; до джерел антропогенного похо- дження відносяться скидні (стічні) води, повітря тепловентиляційних систем, нагріте повітря та нагріті води або інші рідини систем охолодження технологічних процесів, тощо. За даними [2], 66% відпрацьованої теплоти у промисловості є низько- потенційною, яку складно утилізувати. Загалом всі природні ДНТ для використання тепловими насосами є акумуляторами сонячної енергії, яка накопичилась у них у результаті опромінення (ін- соляції) Сонцем. Енергія інсоляції (опромінення Сонцем), яка в середньому становить 1,4 кВт/м2 на добу, формує накопичення низькопотенційної теплоти у повітрі, в ґрунті безпосередньо поблизу його поверхні та у відкритих водоймах [3]. Метою роботи є обґрунтування вибору ДНТ для теплонасосних установок систем централізо- ваного теплопостачання (СЦТ). 2. Методи та матеріали ДНТ, які використовуються у теплонасосних установках (ТНУ), класифікують за ознаками носія теплової енергії, а саме: аеротермальні (газоподібний теплоносій); геотермальні (тепло- носієм є верхній шар ґрунту або гірських порід, зазвичай до 100 м глибиною); гідротермальні (теплоносієм є рідина); геліотермальні (сонячне випромінювання). У країнах Європи для роботи ТНУ використо- вують аеротермальні, гідротермальні, геотермаль- ні та техногенні джерела (скидна теплота) низько- потенційної теплоти. У разі використання скидної теплоти як ДНТ та електроенергії з відновлюваль- них джерел для приводів ТН створюється важли- вий технологічний важіль для декарбонізації те- плових процесів. Встановлено сім основних типів джерел тепло- ти, що використовуються великими електрични- ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2022, 1-2(68-69): 30–41 doi: https://doi.org/10.15407/pge2022.01-02.030 УДК 621.643.053 Володимир Дерій*, к.т.н., ст. наук. співр., https://orcid.org/0000-0002-5689-4897 Ірина Соколовська, к.т.н., https://orcid.org/0000-0003-1959-9837 Олександр Тесленко, к.т.н., https://orcid.org/0000-0002-3772-5991 Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна; e-mail: info@ienergy.kiev.ua * Автор-кореспондент: derii.volodymyr@gmail.com ОГЛЯД ДЖЕРЕЛ НИЗЬКОПОТЕНЦІЙНОЇ ТЕПЛОТИ ДЛЯ ТЕПЛОНАСОСНИХ УСТАНОВОК СИСТЕМ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ Анотація. Розглянуто використання джерел низькопотенційної теплоти теплонасосни- ми установками систем теплопостачання в розвинутих країнах Європи. Встановлено, що як джерела низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок використовуються технологічні води, природні водойми, вентиляційні викиди будівель та споруд, морська вода, теплота холодильних установок, підземні води, димові гази котелень та ТЕЦ, стічні води, теплота акумуляторів сонячної енергії, геотермальна теплота. Показано, що для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання України найбільш доцільно використовувати теплоту: вентиляційних викидів будівель, приєднаних до цих систем, стічних вод, ґрунтів та ґрунтових вод, повітря, димових газів котелень та ТЕЦ, рі- чок, технологічних вод, викидів та скидів промислових підприємств. Скидна вентиляційна теплота супермаркетів, торгово-розважальних центрів та метрополітенів буде викорис- тана не для систем централізованого теплопостачання, а для власних потреб цих органі- зацій. Використання теплоти ґрунтів та ґрунтових вод не знайде широкого застосування в системах централізованого теплопостачання через щільність міських забудов. Ключові слова: джерело низькопотенційної теплоти, системи централізованого те- плопостачання, теплова енергія, тепловий насос. © В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО, 2022 31 Огляд джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) ми ТНУ в країнах Європи для потреб теплопос- тачання (табл. 1). ДНТ характеризуються низкою теплотехнічних показників: доступністю, тем- пературним потенціалом, щільністю теплового потоку та енергетичним потенціалом. У табл. 1 наведено деякі якісні характеристики ДНТ, в табл. 2 – переваги й недоліки технологій ТНУ, а також можливий їх вплив на довкілля та засте- реження у разі їх використання, а в табл. 3 на- ведено температурні характеристики основних ДНТ, тепловий потенціал та способи відбирання низькопотенційної енергії. Зовнішнє повітря, як це видно з табл. 3, є за- гальнодоступним ДНТ, має широкий темпера- турний діапазон використання, витрати на впро- вадження повітряних ТНУ набагато менші, ніж витрати на впровадження інших видів ТНУ. Недо- ліками є падіння СОР зі зниженням температури зовнішнього повітря; зниження термодинамічної ефективності ТНУ внаслідок підвищення різни- ці температур конденсації й кипіння в зимовий період; необхідність дефростації (розморожуван- ня) випарника у разі утворення на його поверхні «крижаної шуби», що погіршує теплообмін між Таблиця 1. Джерела теплоти, які використовуються в країнах Європи для ТНУ, та їхні характеристики [4] Тип джерела теплоти Потужність, МВт Відсоток від загальної потужності Кіль- кість блоків Середня потужність блоку, МВт Темпе- ратурний діапазон, °C Темпе- ратура Стабіль- ність/ без- печність Близькість до міських районів Стічні води 891 56% 54 17 10–20 В В В Вода з навколишнього середовища 390 24% 34 11 2–15 С В В Промислова відпрацьована теплота 129 8% 28 5 12–46 В Н С Геотермальна теплота 97 4% 19 5 9–55 В В Н Димові гази 40 2% 7 6 34–60 В С С Централізоване охолодження 30 <2% 4 7 0–9 Н С В Акумулювання сонячної теплоти 4 <1% 3 1 10–35 В В С Всього 1580 – 149 – 0–60 – – – В – висока, С – середня, Н – низька Таблиця 2. Якісні характеристики теплонасосних технологій [5] Технологія ТН Вартість Середній СОР*) Вплив на довкілля Переваги Недоліки ТН, що використовує теплоту повітря + 3 • Вплив на довкілля в холодних регіонах • Витік холодоагенту може спричинити забруднення • Шумове забруднення • Проблеми із забрудненням менші, ніж в інших випадках • Просте управління • Низька вартість обслуговування • Високий СОР • Низьке споживання первинної енергії • Обмерзання випарника • COP залежить від температури навколишнього середовища. ТН, що використовує теплоту води ++ 4,3 Може спричинити: • забруднення води, • осідання породи та • ініціювати геологічні катастрофи • Високоефективний • Не впливають умови навколишнього середовища • Може використовувати утилізовану теплоту з річок та озер • Потрібні водойми або резервуари • Потрібен дозвіл регулюючих органів для встановлення. 32 В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) повітрям і холодоагентом. Кількість необхідних циклів дефростації залежить від вологості пові- тря та його температури нижче 0 °С (рис. 1), мак- симальна кількість циклів – за температури мінус 5–0 оС. Використання повітряної ТНУ є неефек- тивним за високої вологості та низької температу- ри повітря [6, 7]. У книзі [8] та на сайті Державного агентства з енергоефективності та енергозбереження України [9] розміщено інформацію щодо технічно досяжно- Технологія ТН Вартість Середній СОР*) Вплив на довкілля Переваги Недоліки ТН, що використовує теплоту ґрунту +++ 3,5 • Неконтрольовані флюїди для передачі теплоти є небезпечними • Поверхневі води можуть потрапляти в свердловину • Може порушити температуру підземних вод • Високоефективний та демонструє великий потенціал енергозбереження • Дуже надійне джерело теплоти • Може працювати в регіонах з екстремальною зимою • Потрібна ретельна оцінка місцевої гео- логії та вимог • COP може змен- шуватися протягом опалювального сезону через досяг- нення граничного значення темпера- тури ґрунту. Геотермаль- ний ТН ++++ 4 Зменшує викиди за низького терміну окупності • Високий СОР • Використовує величезне джерело теплоти • Найбільш придатний для великих галузей промисло- вості та централізованого теплопостачання Може знадобитися додаткова система обігріву для кращої продуктивності. Сорбційний ТН ++++ 1,8 Робочі флюїди не спричинюють руйнування озону Утилізація відпрацьованого тепла зі стічних вод та соляного розчину Низький СОР ТН, що використовує сонячну енергію ++ до ++++ Вище ніж СОР окремого ТН • Значні екологічні переваги • Може зменшити викиди на 50% • Фінансово та енергетично вигідне рішення • Сонячна енергія допомагає ТН в досягненні більш висо- кого COP • Зниження споживання елек- троенергії • Потрібен додатковий механізм управління для оптимальної роботи • Дуже специфічне місце розташування та застосування. продовження табл. 2 Таблиця 3. Температурні характеристики ДНТ [6] Джерело тепла Тепловий потенціал Температурний діапазон, °С Спосіб відбирання низькопотенційної енергії Зовнішнє повітря Необмежений –10/+15 Безпосередньо у випарник теплових насосів або з проміжним теплоносієм Скидне використане повітря Обмежений 15/25 –||– Підґрунтові води Обмежений 4/10 –||– Озерна вода Обмежений 0/10 –||– Річкова вода Обмежений 0/10 –||– Морська вода Обмежений 3/8 –||– Ґрунт Необмежений 0/10 З проміжним теплоносієм у контурі випарників Ґрунтові води Необмежений >10 Безпосередньо у випарник теплових насосів або з проміжним теплоносієм Геотермальна вода Обмежений 20/50 –||– *) СОР – коефіцієнт перетворення 33 Огляд джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) го теплового потенціалу повітря по областях краї- ни. У роботі [10] наведено інформацію щодо еконо- мічно доцільного потенціалу повітря для України в цілому, який становить 3,5 млн т у. п. на рік. Рис. 1. Залежність частоти дефростації від відносної вологості φ і температури [6, 7] Ґрунтові (геотермальні) ДНТ можна використо- вувати за допомогою вертикальних і горизонталь- них теплообмінників. На глибині близько 15 м тем- пература ґрунту постійна протягом року [6, 11]. Розподіл температур ґрунту по глибині зале- жить, в основному, від типу ґрунту (пісок, гли- на, гравій і т.д.) і його вологості [6]. Зі збільшен- ням глибини динаміка зміни температури змен- шується. На глибині 3,2 м зафіксовано сезонну зміну температури ґрунту в діапазоні близько 7 °С. На глибині понад 8,6 м сезонні зміни тем- ператури ґрунту від 10 °С до 12 °С, тому ґрунто- ві води на цій глибині є досить потужним ДНТ. Граничне нижнє значення температури ґрунту визначає, що подальший відбір тепла від ґрунту призведе до збільшення глибини промерзання його верхніх шарів, що впливає на надійність споруд над місцем розташування колектора ТН. Для регіонів України з мінімальною температу- рою повітря в зимовий період мінус 20 °С міні- мально допустима температура ґрунту на гли- бині до 8 м має бути не нижче 5–7 °С [12]. Контур горизонтального колектора ТНУ, як правило, розташовують на глибині 1,2–1,5 м, тобто в зоні суттєвої зміни температури ґрунту протягом року, що впливає на продуктивність геотермальної ТНУ. Розташування колекторів на більшій глибині призводить до підвищення бу- дівельних витрат і є ефективним для регіонів з більш холодним і тривалим зимовим періодом. Ефективність роботи горизонтальних теплооб- мінників залежить від типу ґрунту, його воло- гості та кліматичної зони. Тепловіддачу різних ґрунтів наведено в табл. 4 [6, 13, 14]. Таблиця 4. Тепловіддача різних рунтів [6] Тип ґрунту Питомий тепловий потік, Вт/м2 Сухий піщаний 10–15 Вологий піщаний 15–20 Сухий глинистий 20–25 Вологий глинистий 25–30 Ґрунт, насичений ґрунтовими водами 30–35 Використання вертикальних теплових зондів потребує площу земельної ділянки, меншу у 10– 20 разів, ніж при використанні горизонтальних колекторів [7]. Для встановлення вертикальних теплових зондів бурять свердловин на глибину 50–200 м, самі зонди розташовують на відстані один від одного не менше 5–6 м, також можливо встановлення зондів у опори фундаментів буді- вель. Питомий тепловий потік залежить від типу ґрунту, Вт/м2: для піщаного сухого – 20; для пі- щаного вологого – 40; для кам’янистого волого- го – 60; для водоносних шарів ґрунту, які містять гравій – 80–100 [6, 15, 16]. Динаміка зміни температури ґрунту на різних глибинах, а також максимальні та мінімальні зна- чення температур ґрунту на його поверхні дозво- ляють визначити запаси енергії і в подальшому сформулювати вимоги до ТН. Компаніями «Ат- мосфера» [12] та GEOTEPLO [17] наведено екс- плуатаційні особливості теплонасосних систем та ДНТ щодо температурної стабільності ДНТ, буріння свердловин. Теоретичні розрахунки [12] показали, що для ефективного використання ТНУ для опалення приміщень необхідним є концентру- вання низькопотенційної теплоти. Ґрунтові води, які, переважно, є підземними потоками, можуть бути ефективними концентраторами низькопо- тенційної теплоти. На території України існують як м’які, так і тверді породи, зокрема на глибині декількох ме- трів у західних, центральних і деяких південних регіонах. Вартість буріння граніту в рази більша, ніж вартість буріння глини, й часто є співставною з вартістю ТН, що істотно збільшує термін окуп- ності обладнання. У таких випадках доцільно ви- користовувати ТН повітря–вода [17]. Саме тому їх часто встановлюють в західних регіонах. Вода як ДНТ для ТНУ широко використовуєть- ся на практиці[18]. Підземні води мають відносно незмінний те- пловий потенціал, що залежить від глибини, від- стані від поверхневих водотоків тощо. Наприклад, температура вод на глибині 10–15 м – 6–11 °С, на глибині 100 м – вище 10 °С [16]. 34 В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) Використання води з артезіанських свердловин є досить затратним через необхідність буріння свердловин та прокладки труб, проблему корозії й мінеральних відкладень на поверхні теплообмін- ників [18]. Відкриті водойми (озера, річки і моря) є надій- ним ДНТ, причому озера й річки вважають місце- вими ДНТ. У разі їх використання необхідно бра- ти до уваги сезонну мінливість обсягів, чистоти і температурних режимів водних ресурсів, а також враховувати вплив на довкілля [16, 18]. В Україні є шість основних річок, на берегах яких розташо- вані великі міста з наявною системою централізо- ваного теплопостачання: р. Дніпро (міста –Київ, Черкаси, Дніпро, Запоріжжя, Херсон), р. Дністер (міста Старий Самбір, Рибниця, Дрогобич), р. Пів- денний Буг (міста – Хмельницький, Винниця, Ми- колаїв), р. Сіверський Донець (міста Чугуїв, Ізюм, Лисичанськ, Святогорськ, Северодонецьк) та при- кордонна р. Дунай (міста – порти Ізмаїл та Рені). Теплоенергетичний потенціал річок визначається двома основними чинниками: температурою води та її витратою. Теоретичний теплоенергетичний потенціал води річок дорівнює кількості теплоти, яку можна отримати під час охолодження її річно- го стоку від середньорічної температури до нуля градусів Цельсія (без урахування теплоти фазового переходу під час замерзання (кристалізації) води). Використання теплових насосів для утилізації скидної антропогенної теплоти в містах на сьо- годні є перспективним напрямком щодо знижен- ня негативного впливу на довкілля та збільшення енергоефективності. Основними джерелами ДНТ у містах є системи вентиляції та кондиціювання житлових будинків, супермаркетів, центрів об- робки даних, тунелів електричних кабелів, ме- трополітенів. Крім того, можна використовувати скидну теплоту систем охолодження електричних підстанцій, промислових установок та каналіза- ційних стоків. Стічні води є перспективним ДНТ, але мало використовується через їх біологічну та корозійну агресивність і нерівномірне надходження в кана- лізаційну мережу. Використання стічних вод пе- редбачає також їх попереднє розділення з ураху- ванням температурних та хімічних показників, а також встановлення баків-акумуляторів для згла- джування пікових навантажень під час споживан- ня, наприклад, гарячої води. В теплообмінниках- утилізаторах допускається зниження температури стічних вод до значення, за якого температура змішаних стічних вод під час їх надходженні на очисні споруди буде не нижче, ніж значення, вста- новлені регламентами [16, 18]. У разі підземних вод, відкритих водойм і стіч- них вод низькопотенційна теплота відбирається безпосередньо у випарниках ТН або з проміжним теплоносієм [16]. Використана гаряча вода є цінним ДНТ. Її температура зимою становить близько 12 °С, а в літній період – 20 °С. В українських містах стічні води утворюються у величезній кількості. Так, на- приклад, кожної доби в місті Києві утворюється понад 1,4 млн м3, в Одесі – 400 тис. м3, у Вінниці 110 тис. м3. У цілому по Україні – понад 10 млн м3 за добу [19]. Енергетичний потенціал стічних вод України був досконало досліджений у [20], зокре- ма визначено економічно доцільний потенціал те- плової енергії стічних вод – 12726 МВт·год /рік. Як відомо, втрати теплової енергії в житло- вих, громадських та адміністративних будівлях через системи вентиляції можуть становити до 25% від загального обсягу споживання ними те- плової енергії [21]. Тому скидна теплота систем вентиляції будівель може бути одним із ДНТ для ТНУ, аналогічно, як і скидна низькопотенційна вентиляційна теплота супермаркетів та торгово- розважальних комплексів. Але слід зазначити, що переважна більшість супермаркетів та торго- во-розважальних центрів мають власні системи опалення та постачання гарячої води. Окрім того, згідно з ДБН В.2.5-67:2013 системи опалення, вентиляції та кондиціонування слід проєктувати з використанням теплоти вторинних енергетичних ресурсів, таких як повітря, що видаляють системи загальнообмінної вентиляції, кондиціонування повітря та місцевими відсмоктувачами. Для до- сягнення показників питомих тепловитрат у сис- темах механічної загальнообмінної вентиляції та системах кондиціонування повітря, згідно з ДБН В.2.6-31, рекомендується застосовувати теплоути- лізацію. Тож у багатьох супермаркетах та торгово- розважальних центрах уже встановлені теплоути- лізатори, які інтегровані в їх системи опалення та постачання гарячої води. Решта потенціалу скид- ної низькопотенційної вентиляційної теплоти су- пермаркетів та торгово-розважальних комплексів, скоріше за все, буде використана ними для влас- них потреб, а не СЦТ. Низькопотенційна теплота метрополітенів У ряді останніх досліджень аналізувався по- тенціал утилізації відпрацьованої теплоти із за- лізничних тунелів, зосереджуючи увагу на різ- них технологіях, які можуть бути застосовані для ефективного отримання енергії, що розсіюється у вигляді теплоти під час роботи підземних по- їздів [22]. У підземних тунелях метро збирається теплота, що виділяється поїздами, пасажирами та електронікою [23]. За даними авторів [24], на кінець 2017 р. 178 міст у 56 країнах світу мали системи метрополітену, які перевозили в серед- ньому 168 мільйонів пасажирів на день. З 2012 по 35 Огляд джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) 2017 рік щорічне обслуговування міських заліз- ничних систем зросло на 19,5%. За прогнозами ці транспортні системи зростатимуть з збільшенням міського населення у всьому світі, особливо в ме- гаполісах країн, що розвиваються. У роботі [25] обґрунтовано доцільність за- стосування теплових насосів для використання теплоти метро для опалення та охолодження бу- дівель протягом року та описано відповідні мате- матичні моделі. Зокрема, зазначено, що в тунелях температура повітря може досягати 35 °C і біль- ше, а температура ґрунту – 20–30 °C . На рис. 2 показано схеми утилізації теплоти з тунелів, плат- форм та ґрунту, що оточує тунелі. Короткий зміст низки досліджених техноло- гій, які передбачають утилізацію відпрацьованої теплоти з підземних залізничних тунелів, пред- ставлено в табл. 5 [22], у роботі [26] обґрунтовано та докладно описано принципи проектування сис- тем для використання теплоти тунелів. У Федеральній політехнічній школі Лозан- ни (Швейцарія) точно розрахували коефіцієнт конвективного теплообміну окремих тунелів, завдяки чому розробили геотермальну систему рекуперації теплоти, для чого в стінки тунелю вбудовують пластикові труби з теплоносієм, на- приклад, звичайною водою. Холодний теплоно- сій проходить по трубах, нагрівається теплотою тунелю і виходить на поверхню, де потрапляє в систему опалення будівель. Цю систему можна використовувати для обігрівання або охолоджен- ня будинків поблизу метро. Як показали тести, 60 тис. м2 тунелів виділяють енергію, достатню для опалення 1500 квартир площею 80 м2. Такі системи є дешевими, легко встановлюються і мо- жуть служити до 100 років, тільки ТН потрібно міняти кожні 25 років [23]. Мережа Bunhill 2 є першим практичним про- єктом у Європі зі застосування відпрацьованої те- плоти метро для централізованого теплозабезпе- чення 500 будинків району Іслінгтон, Лондон [22, 27, 28]. Центральним джерелом Bunhill 2 є вен- тиляційна шахта, яка використовується для відво- ду відпрацьованої теплоти, на покинутій станції метро City Road. ТН Ramboll (1 МВт, СОР = 3) вловлює цю надлишкову теплоту (18–28 °С) і під- вищує її температуру до 80 °С для подачі тепла і гарячої води в будинки. Разом з тепловим насо- сом розташовані два 237 кВте когенераційні газові двигуни, які постачають електроенергію для ТН та електромережі, що покращує технічні та еко- номічні показники системи. У схемі також реалі- зований теплоакумулятор. Система спроєктована так, що в літні місяці можна направляти холодне повітря в тунелі метро [27, 28]. Впровадження такої системи дає суттєве зниження навантажен- ня на довкілля, а також можливість стабілізації теплового режиму і параметрів внутрішнього мі- Рис. 2. Утилізація теплоти з тунелів та платформ (ліворуч) та рекуперація теплоти з ґрунту (праворуч) [25] 36 В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) кроклімату на станціях і в вестибюлях метропо- літену [27–29]. За даними адміністрації Великого Лондона, 38% потреб міста в опаленні можна за- довольнити завдяки використанню відпрацьова- ної теплоти. До 2050 р. розширення таких мереж СЦТ, як Bunhill 2, може призвести до збільшення цього значення до 63% [27]. У Мінську 44 ТН опалюють 22 станції метро- політену з 29 діючих. Сумарна теплова потужність встановлених ТН понад 700 кВт. Усі нововведені станції метрополітену з 2001 р. (9 станцій) проєк- туються з системами автономного теплопостачан- ня на базі ТН, які складаються з двох теплопунктів, розміщених у протилежних вестибюлях, в кожно- му з яких встановлений ТН як основне джерело теплової енергії. Розрахункова температура тепло- носія в контурі конденсатора 55/50 °С, у системі опалення теплопостачання здійснюється за постій- ним температурним графіком 55/45 °С (незалежно від температури зовнішнього повітря). Резервним джерелом теплопостачання є електрокотел [30]. У Києві ще у 2000 р співробітниками ІТТФ НАНУ було розроблено і впроваджено технологіч- ну схему утилізації надлишкового тепловиділення машинного залу ескалаторів за допомогою паро- компресійної ТНУ «повітря-повітря» TADIBAN «SKY-90». Розрахункова річна економія від знижен- ня споживання метрополітеном енергії від тепломе- режі на станції «Майдан Незалежності» в м. Києві становить 17 т у.т. [31]. На станції метро «Берестей- ська» встановлено тепловий насос «повітря-вода» CH-HP28CMFNM потужністю 28 кВт (СОР 3,8) для опалення та гарячого водопостачання [32, 33]. Скоріше за все використання низькопотенцій- ної теплоти метрополітенів в Україні буде анало- гічно мінському варіанту – для їх власних потреб. Відпрацьована теплота енергоємних галузей промисловості, таких як виробництво сталі, це- менту, паперу, скла, хімікатів тощо, являє собою поєднання високих температур димових газів, безперервної роботи та висококонцентрованих точкових джерел і є дуже привабливим джерелом для централізованого опалення, хоча в даний час використовується рідко, а його основний потенці- ал витрачається даремно. За даними [34] в Європі загальний потенціал надлишкової теплоти стано- Таблиця 5. Потенційні технології утилізації відпрацьованої теплоти з підземних залізничних тунелів [22] Технологія Розташування Джерело теплоти Температура джерела теплоти, °C Швидкість відбору теплоти Рівень переривання обслуговування Ґрунтові води, що використовуються в повітряних кондиціонерах платформ Лондон, Велика Британія Повітря 22–32 50 кВт/од. Середній Стіни з розміщеними в них елементами геотермального обігріву Відень, Австрія Повітря/ ґрунт >20 30 Вт/м2 площі контакту з землею Високий Фундаменти та підземні споруди Відень, Австрія Ґрунт >20 10–30 Вт/м2 площі контакту з землею Високий Абсорбційні труби, прикріплені до геотекстилю між обмуруваннями тунелів Штутгарт, Німеччина Повітря 6,5 20 Вт/м2 площі поверхні тунелю Високий Вбудовані абсорбційні труби в сегментах тунелів Лондон, Великобританія Турін, Італія Повітря Повітря/ ґрунт 17–36 14 від 7 Вт/м2 до 30 Вт/м2 площі поверхні тунелю 53 Вт/м2 площі поверхні тунелю Високий Високий Геотермальні теплові насоси біля тунелів Лондон, Великобританія Ґрунт 20–30 від 20 до 29 Вт/м довжини свердловини Низький Теплообмінники у вентиляційних шахтах Лондон, Великобританія Повітря 20–28 900 кВт/вал Низький 37 Огляд джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) вить 425 ПДж, доступного за температури 95 °C, і 960 ПДж, доступного за нижчої температури (25 °C), що становить приблизно 4 та 9% загаль- ного промислового попиту на кінцеву енергію у 2015 р. відповідно. 151 ПДж надлишкової теплоти можна використати в межах 10 км за температури 95 °C, що відповідає більшості існуючих СЦТ і становить близько 8% централізованого опалення в ЄС. У майбутньому прогнозується використання 415 ПДж теплоти за 95 °C і 940 ПДж за 25 °C, що може бути використано або в СЦТ з децентралізова- ними ТН, або в централізованих потужних ТН для забезпечення СЦТ за більш високих температур. Одним із доступних ДНТ для СЦТ можуть бути димові гази власних котелень та ТЕЦ. Під час вироблення теплової енергії 5–10% її втрача- ється з димовими газами [35, 36], що може бути використано ТНУ. Наведемо декілька прикладів практично вико- ристовуваних ДНТ потужними ТНУ в різних сек- торах економіки Європи [37, 38]: 1. Системи централізованого теплопостачання: у м. Берггаймі (Німеччина) два ТН по 293 кВт ви- користовують теплоту скидної води після градирні електростанції і один ТН 865 кВт – теплоту відвід- ної води з шахти; у м. Мянття-Вільппула (Фінлян- дія) для ТН 158 кВт та у Відні (Австрія) для ТН 255 кВт джерелом теплоти є зворотний трубопро- від СЦТ; відпрацьована теплота – з центру обробки даних для ТН 3,6 МВт у м. Мянцяля (Фінляндія), з паперової фабрики для ТН 5,3 МВт у м. Ск’єрн (Данія), з підприємства харчової промисловості для ТН 7~4 МВт (зима/літо) у м. Лілль-Скенсвед (Данія); теплота морської води – для ТН 13,2 МВт у муніципалітеті Драммен (Норвегія) та для ТН 16 МВт у Форнебу/Рольфсбукта (Норвегія); вода озе- ра Леман є джерелом теплоти для ТН 4,5 МВт в Ло- занні (Швейцарія); енергію стічних вод каналізації використовують два ТН (потужність нагрівання – 1,69 МВт, потужність охолодження – 1,748 МВТ) для забезпечення ЦТ Уйпешта, району Будапешта з більш ніж 100 000 жителів. 2. Опалення та охолодження будівель: у Буда- пешті (Угорщина) ТНУ використовує стічні води каналізації та забезпечує 3,8 МВт опалення й 3,3 МВт охолодження частини великого військового госпіталю НАТО; в Баварії (Німеччина) ТН 198 кВт використовує енергію від пофарбованих в чорний колір бетонних стін; відхідну теплоту системи охо- лодження обчислювального центру використову- ють у м. Гамбург (Німеччина) два ТН по 360 кВт для обігрівання 13-поверхової будівлі, а в Універ- ситеті Бургундії, м. Діжон (Франція) ТН 420 кВт для охолодження центру обробки даних, опалення будинків взимку, влітку тепло для вироблення га- рячої води для кухонь університетського ресторану та ін.; в аеропорту Копенгагена (Данія) ТН 620 кВт використовує теплоту димових газів газового кот- ла; у м. Гадебуш (Німеччина) два ТН по 300 кВт живляться технологічною теплотою, що постійно надходить від обладнання для оброблення металів, для опалення п’яти залів площею 13 700 м2 3. Технологічні процеси: на м’ясокомбінаті Colruyt Group (Бельгія) ТН 1 МВт використовує теплове навантаження від існуючого промислово- го холодильного машинного відділення для вироб- ництва гарячої води; у Пішельсдорфі (Австрія) ТН 400 кВт інтегрований у процес сушіння крохмалю, утилізуючи відпрацьовану теплоту від інших про- цесів сушіння; в Уттендорфі (Австрія) високотем- пературний ТН 400 кВт використовує відпрацьо- вану теплоту для забезпечення гарячого повітря для сушарки цегли; на фабриці ДСП швейцарської компанії Swiss Krono (Німеччина) відпрацьована пара електростанції використовується як джерело енергії для двох ТН по 4,51 МВ для забезпечення гарячою водою, яка використовується для попере- днього висушування деревної тріски. 4. Гібридні системи: - в Мілані (Італія) два ТН по 850 кВт, для яких джерелом теплоти є підземні води, забезпечують теплом мережу ЦТ і одночасно знижують надмір- но високий рівень ґрунтових вод; - компанія Nutrex застосовує ТН 194 кВт на виробництві оцту, яке складається з процесів бро- діння та пастеризаціі, ці два процеси є джерелом і поглиначем теплоти, а також забезпечує опалення лабораторії та будівлі; - в Ле́мпяаля (Фінляндія) на заводі хімічних речовин впроваджено інтелектуальну гібридну систему, в якій застосовано ТН 650 кВт, що вико- ристовує відпрацьовану теплоту, що відбирається в процесі полімеризації, для нагрівання води та опалення заводу і геотермальну теплоту (130 кВт) для опалення та охолодження; - у Вегелі (Нідерланди) на шоколадній фабриці MARS Nederland ТН 1,4 МВт використовує від- працьовану теплоту з холодильної установки для нагрівання води, яка надходить різним процесам і користувачам на підприємстві, а також у конди- ціонери; - у машинобудівному виробництві Vorbach ТНУ (потужність нагрівання – 107 кВт, потуж- ність охолодження – 84 кВт) використовуються на виробничих потужностях для повторного вико- ристання відпрацьованої теплоти від виробничих машин та опалення в офісному комплексі; - у м. Каухава (Фінляндія) ТН 600 кВт викорис- товує відпрацьовану теплоту фарбувального цеху для нагрівання технологічної води, промивної води фарбувальних ліній, осушення повітря в фарбу- вальному цеху (що дуже важливо для термінів ре- 38 В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) алізації продукції і є додатковою цінністю системи повторного використання відпрацьованої теплоти), а також подачі повітря та води до будівлі; - у м. Пієтарсаарі (Фінляндія) на м’ясокомбінаті рекуперації цієї відпрацьованої теплоти та для на- грівання промивної води до +55 °C. Встановлено ТН потужністю 1,09 МВт, які використовують те- плоту від охолоджувальних машин для нагрівання промивної води до +55 °C, для обігріву комбінату до +75 °C, для стерилізації ножів та інших інстру- менті +95 °C, також теплота використовується для сушіння приміщень після миття; - у сільськогосподарському процесі (Словенія) ТН 2,0 МВт використовує геотермальну енергію для опалення теплиць та охолодження сховища. 3. Результати Проведені дослідження показали, що ДНТ для теплонасосних установок є технологічні води, при- родні водойми, вентиляційні викиди будівель та спо- руд, морська вода, теплота холодильних установок, підземні води, димові гази котелень та ТЕЦ, стічні води, теплота акумуляторів сонячної енергії, гео- термальна теплота. Як показано на наведених вище прикладах, зазначені ДНТ використовуються ТНУ в різних секторах економіки європейських країн. 4. Обговорення результатів Аналіз ДНТ показав, що скидна вентиляцій- на теплота супермаркетів, торгово-розважальних центрів та метрополітенів буде використана не для СЦТ, а для власних потреб цих організацій. Через щільність міської забудови використання теплоти ґрунтів та ґрунтових вод для ТНУ СЦТ буде обмеженим. В ТНУ СЦТ України найбільш доцільним буде використання вентиляційних ви- кидів будівель, приєднаних до цих систем, стіч- них вод, повітря, димових газів котелень та ТЕЦ, річок, технологічних вод, викидів та скидів про- мислових підприємств. 5. Висновки Проведені дослідження показали, що в розви- нутих країнах Європи в якості джерел низькопотен- ційної теплоти для теплонасосних установок вико- ристовуються технологічні води, природні водойми, вентиляційні викиди будівель та споруд, морська вода, теплота холодильних установок, підземні води, димові гази котелень та ТЕЦ, стічні води, теплота акумуляторів сонячної енергії, геотермальна теплота. Показано, що для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання Укра- їни найбільш доцільно використовувати теплоту: вентиляційних викидів будівель, приєднаних до цих систем, стічних вод, ґрунтів та ґрунтових вод, повітря, димових газів котелень та ТЕЦ, річок, технологічних вод, викидів та скидів промисло- вих підприємств. Скидна вентиляційна теплота супермаркетів, тор- гово-розважальних центрів та метрополітенів буде використана не для систем централізованого тепло- постачання, а для власних потреб цих організацій. Використання теплоти ґрунтів та ґрунтових вод не знайде широкого застосування в системах централізованого теплопостачання через щіль- ність міських забудов. Посилання 1. Schlosser F., Jesper M., Vogelsang J., Walmsley T.G., Arpagaus C., Hesselbach J., 2020. Large-scale heat pumps: Applications, performance, economic fea- sibility and industrial integration, Renewable and Sus- tainable Energy Reviews, Elsevier, vol. 133(C). https:// doi.org/10.1016/j.rser.2020.110219. 2. Low-grade waste heat utilization in the European Union. URL: https://www.interreg-central.eu/Con- tent.Node/CE-HEAT/Low-grade-waste-heat-utiliza- tion-in-the-European-Union.html (дата звернення: 18.02.2022). 3. Кудря С.О. Нетрадиційні та відновлювані джере- ла енергії: підручник. К.: НТУУ «КПІ», 2012. 492 с. 4. David A., Mathiesen B.V., Averfalk H., Werner S., Lund H. Heat Roadmap Europe: Large-Scale Electric Heat Pumps in District Heating Systems. Energies, 2017, 10, 578. https://doi.org/10.3390/en10040578. URL: www.mdpi.com/journal/energies (дата звернен- ня: 15.02.2022). 5. Gaur A.S., Fitiwia D.Z., Curtisa J. Heat Pumps and Their Role in Decarbonising Heating Sector: A Comprehensive Review. Working Paper, No. 627, June 2019. URL: http://aei.pitt.edu/102238/1/WP627_0.pdf (дата звернення: 16.02.2022). 6. Стоянов П.Ф. Аналіз характеристик теплона- сосних установок. Холодильна техніка та тех- нологія. 2015. № 2(51). С. 53––58. https://doi. org/10.15673/0453-8307.2/2015.39292 7. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: пер. с англ./М.: Энергоиздат, 1982. 224 с. 8. Кудря С.О. Потенціал розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії. Підвищення енер- гоефективності та стимулювання використання відновлюваної енергії в агро- харчових та інших малих та середніх підприємствах (МСП) України. Агентство ООН з питань промислового розвитку. Київ, 2015. 48 с. 9. Енергія довкілля. Сайт Державного агентства з енергоефективності та енергозбереження України. URL : https://saee.gov.ua/ae/termo-energy (дата звер- нення: 05.06.2021). 10. Снєжкін Ю.Ф. Енергоефективні теплонасосні технології: стан та перспективи їх впровадження в Україні. Промышленная теплотехника. 2017. Т. 39, № 2. С. 18––24. 11. Горшков В.Г. Тепловые насосы. Аналитический обзор. Справочник промышленного оборудования. 2004. № 2. С. 47––80. 39 Огляд джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) 12. Компанія Атмосфера. Сфери застосуван- ня теплових насосів. Сайт Atmosfera™. URL: https://www.atmosfera.ua/uk/teplovi-nasosi/sferi- zastosuvannya-teplovix-nasosiv/ (дата звернення: 15.02.2022). 13. Руководство по проектированию. Тепловые насосы. Viessmann Werke GmbH & Co. 2011. 125 с. 14. Морозов Ю.П., Величко В.В., Кушнір І.О. Оцін- ка теплового потенціалу верхніх шарів Землі на те- риторії України. Відновлювана енергетика. 2018. № 4(55). С. 84––92. https://doi.org/10.36296/1819-8058. 15. Морозов Ю.П., Барило А.А., Чалаєв Д.М, До- бровольський М.П. Енергетична ефективність використання перших від поверхні водоносних горизонтів для тепло- і хладопостачання. Від- новлювана енергетика. 2019. № 2(57). С. 70––78. https://doi.org/10.36296/1819-8058. 16. Жидович И.С. Применение тепловых насосов в системах теплоснабжения и горячего водоснабже- ния многоквартирного жилого фонда на принципах энергосбережения. Минск, 2014. 32 с. URL: https:// heatpumpjournal.com.ua/wp-content/uploads/2018/04/ primenenie-tn-v-sisteme-teplosnabzhenija.pdf (дата звернення: 29.04.2021). 17. Компанія GEOTEPLO. Потенціал теплових на- сосів великої потужності. Сайт GEOTEPLO. URL: http://www.geoteplo.com.ua/ua/katalog/teplovie- nasosi-about/144-promislovi-teplovi-nasosi.html (дата звернення: 16.02.2022). 18. Кожушко О.Д., Кізєєв М.Д. Утилізація теплової енергії стічних вод та питної води в системах водо- постачання і каналізації населених пунктів. Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві. 2017. № 7. С. 96––100. 19. Уланов Н.М., Уланов М. М. Использование низкопотенциального тепла вод различного про- исхождения для теплоснабжения в ЖКХ и других отраслях экономики Украины. URL: http://www. journal.esco.co.ua/2012_8/art190.htm (дата звернен- ня: 05.05.2015). 20. Енергоефективність та відновлювальні джере- ла енергії/ під заг. ред. А.К. Шидловського. Київ: Українські енциклопедичні знання, 2007. 560 c. 21. Про необхідність впровадження енергоефек- тивних заходів. URL: https://www.minregion.gov. ua/press/news/pro-neobhidnist-vprovadzhennya- energoefektyvnyh-zahodiv-rozyasnennya-minregionu/ (дата звернення: 04.06.2021). 22. Lagoeiro H., Revesz A., Davies G., Maidment G., Curry D., Faulks G., Murawa M. Opportunities for Integrating Underground Railways into Low Carbon Urban Energy Networks: A Review. Applied Sciences, 2019, 9, 3332. URL: http://creativecommons.org/ licenses/by/4.0/ (дата звернення: 04.05.2021). 23. Мешкаєте поблизу метро? Ваш будинок мож- на опалювати з-під землі. URL: https://www.bbc. com/ukrainian/features-48990139 (дата звернення: 04.05.2021). 24. International Association of Pubic Transport (UITP). World Metro Figures 2018. 2018. URL: https:// www.uitp.org/world-metro-fi gures-2018 (accessed on 6 June 2019) (дата звернення: 05.05.2021). 25. Revesz A., Chaer I., Thompson J., Mavroulidou M., Gunn M., Maidment G. Ground source heat pumps and their interactions with underground railway tunnels in an urban environment – a review. URL:https://core. ac.uk/download/pdf/227104882.pdf (дата звернення: 23.04.2021). 26. Heinz Brandl. Geothermal Geotechnics for Urban Undergrounds. Procedia Engineering 165 (2016), Р. 747—764. 27. Отработанное тепло от лондонского метро со- греет сотни домов этой зимой. URL: https://www. vzavtra.net/stroitelnye-texnologii/otrabotannoe-teplo- ot-londonskogo-metro-sogreet-sotni-domov-etoj- zimoj.html (дата звернення: 23.04.2021). 28. Bunhill Heat and Power Islington. URL: https:// heatpumpingtechnologies.org/annex47/wp-content/ uploads/sites/54/2019/07/bunhill-heat-and-power.pdf (дата звернення: 13.04.2021). 29. Васильев Г.П., Горнов В.Ф., Шапкин П.В., Попов М.И., Бурмистров А.А. Теплонасосные системы те- плохладоснабжения объектов Московского метропо- литена. АВОК № 2’2018. URL: https://www.abok.ru/for_ spec/articles.php?nid=6859 (дата звернення: 07.05.2021). 30. Модернизация системы теплоснабжения Мин- ского метрополитена с внедрением тепловых насо- сов. Метро info. 2019. № 2. С. 16––18. URL: http:// www.asmetro.ru/upload/magazin/metro_0219.pdf (дата звернення: 06.05.2021). 31. Харлампиди Д.Х., Тарасова В.А. К вопросу применения воздушного теплонасосного цикла Брайтона для систем теплохладоснабжения станций метрополитенов. Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2012. № 04(98). С. 40––48. 32. Тепловой насос CH-HP28CMFNM на ст. метро Берестейская в Киеве. URL: https://teplomir.com.ua/ pf49387-teplovoj-nasos-hp28cmfnm.html (дата звер- нення: 04.05.2021). 33. Тепловой насос Cooper&Hunter CH- HP28CMFNM 28 кВт. URL: https://ek.ua/COOPER- HUNTER-CH-HP28CMFNM.htm (дата звернення: 29.04.2021). 34. Excess heat potentials of industrial sites in Europe. URL: https://www.seenergies.eu/2020/06/03/excess- heat-potentials-of-industrial-sites-in-europe/ (дата звернення: 29.04.2021). 35. Білодід В.Д. Оцінка можливостей підвищення енергетичної ефективності ТЕЦ шляхом викорис- тання теплонасосних установок. Проблеми загаль- ної енергетики. 2015. Вип. 2(41). С. 48––56. https:// doi.org/10.15407/pge2015.02.048. 36. Kulyk M.M, Bilodid V.D. Operational conditions of combined heat-and-power plants with heat pumps and the attainable utilization capacities of heat pumps at such plants in the Integrated Power System of Ukraine. The Problems of General Energy. 2014. Issue 1(36). P. 33––38. 37. Large scale heat pumps in Europe. URL: https:// planenergi.eu/activities/district-heating/heat-pumps/ 38. Large scale heat pumps in Europe – 2nd edition. URL: https://dryfi ciency.eu/allgemein/large-scale- heat-pumps-in-europe-2nd-edition/ (дата звернен- ня: 29.04.2021). 40 В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) References 1. Schlosser, F., Jesper, M., Vogelsang, J., Walms- ley, T.G., Arpagaus, C., & Hesselbach, J. (2020). Large- scale heat pumps: Applications, performance, econom- ic feasibility and industrial integration, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elsevier, vol. 133(C). https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110219. 2. Low-grade waste heat utilization in the European Union. URL: https://www.interreg-central.eu/Con- tent.Node/CE-HEAT/Low-grade-waste-heat-utili- zation-in-the-European-Union.html (Last accessed: 18.02.2022). 3. Kudria, S.O. (2012). Netradytsiini ta vidnovliuvani dzherela enerhii: pidruchnyk. K.: NTUU «KPI», 492 с. [in Ukrainian]. 4. David, A., Mathiesen, B.V., Averfalk, H., Werner, S., & Lund, H. (2017). Heat Roadmap Europe: Large- Scale Electric Heat Pumps in District Heating Systems. Energies, 10, 578. https://doi.org/10.3390/en10040578. URL: www.mdpi.com/journal/energies (Last accessed: 15.02.2022). 5. Gaur, A.S., Fitiwia, D.Z., Curtisa, J. (June 2019). Heat Pumps and Their Role in Decarbonising Heating Sector: A Comprehensive Review. Working Paper, 627. URL: http://aei.pitt.edu/102238/1/WP627_0.pdf (Last accessed: 16.02.2022). 6. Stoianov, P.F. (2015). Analiz kharakterystyk teplonasosnykh ustanovok. Kholodylna tekhnika ta tekhnolohiia, 2(51), 53—58. [in Russian]. https://doi. org/10.15673/0453-8307.2/2015.39292 7. Rey, D., & Makmaykl, D. (1982). Teplovyye nasosy: per. s angl. M.: Energoizdat. 1982. 224 p. [in Russian]. 8. Kudria, S.O. (2015). Potentsial rozvytku netradytsi- inykh i vidnovliuvanykh dzherel enerhii. Pidvyshchen- nia enerhoefektyvnosti ta stymuliuvannia vykorystannia vidnovliuvanoi enerhii v ahro- kharchovykh ta inshykh malykh ta serednikh pidpryiemstvakh (MSP) Ukrainy. Ahentstvo OON z pytan promyslovoho rozvytku. Kyiv. 48 p. [in Ukrainian]. 9. Enerhiia dovkillia. Sait Derzhavnoho ahentstva z en- erhoefektyvnosti ta enerhozberezhennia Ukrainy. URL : https://saee.gov.ua/ae/termo-energy (Last accessed: 05.06.2021) [in Ukrainian]. 10. Sniezhkin, Yu.F. (2017). Enerhoefektyvni teplonasosni tekhnolohii: stan ta perspektyvy yikh vprovadzhennia v Ukraini. Promyshlennaya teplotekh- nika, Vol. 39, No. 2. P. 18—24 [in Ukrainian]. 11. Gorshkov, V.G. (2004). Teplovyye nasosy. Anali- ticheskiy obzor. Spravochnik promyshlennogo oboru- dovaniya, 2, 47-80 [in Russian]. 12. Kompaniia Atmosfera. Sfery zastosuvannia teplo- vykh nasosiv. Sait Atmosfera™. URL: https://www. atmosfera.ua/uk/teplovi-nasosi/sferi-zastosuvann- ya-teplovix-nasosiv/ (Last accessed: 15.02.2022).. 13. Rukovodstvo po proyektirovaniyu. Teplovyye na- sosy. (2011). Viessmann Werke GmbH & Co, 125 p. [in Russian]. 14. Morozov, Yu.P., Velychko, V.V., & Kushnir , I.O. (2018). Otsinka teplovoho potentsialu verkhnikh shariv Zemli na terytorii Ukrainy. Vidnovliuvana en- OVERVIEW OF LOW GRADE HEAT SOURCES FOR HEAT PUMP PLANTS IN DISTRICT HEATING SYSTEMS Volodymyr Derii*, PhD (Engin.), Senior Research Scientist, https://orcid.org/0000- 0002-5689-4897 Irina Sokolovska, PhD (Engin.), https://orcid.org/0000-0003-1959-9837 Oleksandr Teslenko, PhD (Engin.), https://orcid.org/0000-0002-3772-5991 Institute of General Energy of NAS of Ukraine, 172, Antonovych Str., Kyiv, 03150, Ukraine; e-mail: info@ienergy.kiev.ua * Corresponding author: derii.volodymyr@gmail.com Abstract. The use of low grade heat sources by heat pump plants in heat supply systems in developed European countries is considered. It is established that process waters, natural reservoirs, ventilation emissions of buildings, sea water, heat of refrigeration units, groundwater, fl ue gases of boilers and thermal power plants, wastewater, heat of solar energy batteries, geothermal heat are used as low grade heat sources for heat pump plants. It is shown that for heat pump plants of district heating systems in Ukraine it is most expedient to use the heat of: ventilation emissions of buildings connected to these systems, wastewater, soils and groundwater, air, fl ue gases of boilers and CHP, rivers, process water, emissions and discharges of industrial enterprises. Exhaust ven- tilation heat of supermarkets, shopping malls and subways will be used not for district heating systems, but for the own needs of these organizations. The use of the heat of soils and groundwater will not be widely used in district heating systems due to the density of urban buildings Keywords: low grade heat source, district heating systems, thermal energy, heat pump. 41 Огляд джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69) erhetyka, 4(55), 84—92 [in Ukrainian]. https://doi. org/10.36296/1819-8058.2018.4(55).84-92 15. Morozov, Yu.P., Barylo, A.A., Chalaiev, D.M, & Dobrovolskyi, M.P. (2019). Enerhetychna efektyvnist vykorystannia pershykh vid poverkhni vodonosnykh horyzontiv dlia teplo- i khladopostachannia. Vidnovliu- vana enerhetyka, 2(57), 70—78 [in Ukrainian]. https:// doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).70-78 16. Zhidovich, I.S. (2014). Primeneniye teplovykh nasosov v sistemakh teplosnabzheniya i goryachego vodosnabzheniya mnogokvartirnogo zhilogo fonda na printsipakh energosberezheniya. Minsk. 32 p. URL: https://heatpumpjournal.com.ua/wp-content/ uploads/2018/04/primenenie-tn-v-sisteme-teplos- nabzhenija.pdf (Last accessed: 29.04.2021) [in Russian]. 17. Kompaniia GEOTEPLO. Potentsial teplovykh nasosiv velykoi potuzhnosti. Sait GEOTEPLO. URL: http://www.geoteplo.com.ua/ua/katalog/teplovie-naso- si-about/144-promislovi-teplovi-nasosi.html (Last ac- cessed: 16.02.2022) [in Ukrainian]. 18. Kozhushko, O.D., & Kizieiev, M.D. (2017). Utyl- izatsiia teplovoi enerhii stichnykh vod ta pytnoi vody v systemakh vodopostachannia i kanalizatsii naselenykh punktiv. Suchasni tekhnolohii ta metody rozrakhunkiv u budivnytstvi, 7, 96—100 [in Ukrainian]. 19. Ulanov, N.M., & Ulanov M.M.(2012). Ispolzo- vaniye nizkopotentsialnogo tepla vod razlichnogo proiskhozhdeniya dlya teplosnabzheniya v ZhKKh i drugikh otraslyakh ekonomiki Ukrainy. URL: http:// www.journal.esco.co.ua/2012_8/art190.htm (Last ac- cessed: 05.05.2015) [in Russian]. 20. Shydlovskyi, A.K. (Ed.). (2007). Enerhoefektyvnist ta vidnovliuvalni dzherela enerhii. Kyiv: Ukrainski ent- syklopedychni znannia, 560 p. [in Ukrainian]. 21. Pro neobkhidnist vprovadzhennia enerhoefek- tyvnykh zakhodiv. URL: https://www.minregion.gov. ua/press/news/pro-neobhidnist-vprovadzhennya-en- ergoefektyvnyh-zahodiv-rozyasnennya-minregionu/ (Last accessed: 04.06.2021) [in Ukrainian]. 22. Lagoeiro, H., Revesz, A., Davies, G., Maid- ment, G., Curry, D., Faulks, G., & Murawa, M. (2019). Opportunities for Integrating Underground Railways into Low Carbon Urban Energy Networks: A Review. Applied Sciences, 9, 3332. URL: http://creativecom- mons.org/licenses/by/4.0/ (Last accessed: 04.05.2021). 23. Meshkaiete poblyzu metro? Vash budynok mozh- na opaliuvaty z-pid zemli. URL: https://www.bbc. com/ukrainian/features-48990139 (Last accessed: 04.05.2021) [in Ukrainian]. 24. International Association of Pubic Transport (UITP). World Metro Figures 2018. 2018. URL: https:// www.uitp.org/world-metro-fi gures-2018 (accessed on 6 June 2019) (Last accessed: 05.05.2021). 25. Revesz, A., Chaer, I., Thompson, J., Mavrou- lidou, M., Gunn, M., & Maidment, G. (2015). Ground source heat pumps and their interactions with un- derground railway tunnels in an urban environ- ment – a review. URL: https://core.ac.uk/download/ pdf/227104882.pdf (Last accessed: 23.04.2021). 26. Heinz Brandl. (2016). Geothermal Geotechnics for Urban Undergrounds. Procedia Engineering, 165, 747—764. 27. Otrabotannoye teplo ot londonskogo metro so- greyet sotni domov etoy zimoy. URL: https://www. vzavtra.net/stroitelnye-texnologii/otrabotannoe-tep- lo-ot-londonskogo-metro-sogreet-sotni-domov-etoj-zi- moj.html (Last accessed: 23.04.2021) [in Russian]. 28. Bunhill Heat and Power Islington. URL: https:// heatpumpingtechnologies.org/annex47/wp-content/ uploads/sites/54/2019/07/bunhill-heat-and-power.pdf (Last accessed: 13.04.2021). 29. Vasilyev, G.P., Gornov, V.F.. Shapkin, P.V., Pop- ov, M.I., & Burmistrov, A.A. (2018). Teplonasosnyye sistemy teplokhladosnabzheniya obyektov Moskovsk- ogo metropolitena. AVOK №2’2018. URL: https:// www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6859 (Last accessed: 07.05.2021) [in Russian]. 30. Modernizatsiya sistemy teplosnabzheniya Minsk- ogo metropolitena s vnedreniyem teplovykh nasosov. (2019). Metro info, 2, 16—18. URL: http://www.as- metro.ru/upload/magazin/metro_0219.pdf (Last ac- cessed: 06.05.2021) [in Russian]. 31. Harlampidi, D.H., & Tarasova, V.A. (2012). K vo- prosu primeneniya vozdushnogo teplonasosnogo tsikla Braytona dlya sistem teplohladosnabzheniya stantsiy metropolitenov. Energosberezhenie. Energetika. Ener- goaudit, 4(98), 40—48 [in Russian]. 32. Teplovoy nasos CH-HP28CMFNM na st. metro Beresteyskaya v Kiyeve. URL: https://teplomir.com. ua/pf49387-teplovoj-nasos-hp28cmfnm.html (Last ac- cessed: 04.05.2021) [in Russian]. 33. Teplovoy nasos Cooper&Hunter CH-HP28CMFNM 28 kVt. URL: https://ek.ua/COOPER-HUNTER-CH-HP- 28CMFNM.htm (Last accessed: 29.04.2021) [in Russian]. 34. Excess heat potentials of industrial sites in Eu- rope. URL: https://www.seenergies.eu/2020/06/03/ excess-heat-potentials-of-industrial-sites-in-europe/ (Last accessed: 29.04.2021). 35. Bilodid, V.D. (2015). Assessing the possibilities for improving energy effi ciency of TPPs based on fl ue gas heat exchangers and using heat pump installations. The Problems of General Energy, 2(41), 48—56 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/pge2015.02.048. 36. Kulyk, M.M, & Bilodid, V.D. (2014). Operation- al conditions of combined heat-and-power plants with heat pumps and the attainable utilization capacities of heat pumps at such plants in the Integrated Power System of Ukraine. The Problems of General Ener- gy,1(36), 39—45. 37. Large scale heat pumps in Europe. URL: https:// planenergi.eu/activities/district-heating/heat-pumps/ 38. Large scale heat pumps in Europe – 2nd edition. URL: https://dryfi ciency.eu/allgemein/large-scale- heat-pumps-in-europe-2nd-edition/ (Last accessed: 29.04.2021). Надійшла до редколегії: 21.02.2022
id systemreorg-article-550
institution System Research in Energy
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-07-19T01:17:46Z
publishDate 2022
publisher General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv systemreorg/85/c2382ab56281f5f6462a1ceda1f60f85.pdf
spelling systemreorg-article-5502026-07-18T12:57:42Z Overview of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems Огляд джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання Derii V.O. Sokolovska I.S. Teslenko O.I. low grade heat source, district heating systems, thermal energy, heat pump джерело низькопотенційної теплоти, системи централізованого теплопостачання, теплова енергія, тепловий насос The use of low grade heat sources by heat pump plants in heat supply systems in developed European countries is considered. It is established that process waters, natural reservoirs, ventilation emissions of buildings, sea water, heat of refrigeration units, groundwater, flue gases of boilers and thermal power plants, wastewater, heat of solar energy batteries, geothermal heat are used as low grade heat sources for heat pump plants. It is shown that for heat pump plants of district heating systems in Ukraine it is most expedient to use the heat of: ventilation emissions of buildings connected to these systems, wastewater, soils and groundwater, air, flue gases of boilers and CHP, rivers, process water, emissions and discharges of industrial enterprises. Exhaust ventilation heat of supermarkets, shopping malls and subways will be used not for district heating systems, but for the own needs of these organizations. The use of the heat of soils and groundwater will not be widely used in district heating systems due to the density of urban buildings Розглянуто використання джерел низькопотенційної теплоти теплонасосними установками систем теплопостачання в розвинутих країнах Європи. Встановлено, що як джерела низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок використовуються технологічні води, природні водойми, вентиляційні викиди будівель та споруд, морська вода, теплота холодильних установок, підземні води, димові гази котелень та ТЕЦ, стічні води, теплота акумуляторів сонячної енергії, геотермальна теплота. Показано, що для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання України найбільш доцільно використовувати теплоту: вентиляційних викидів будівель, приєднаних до цих систем, стічних вод, ґрунтів та ґрунтових вод, повітря, димових газів котелень та ТЕЦ, річок, технологічних вод, викидів та скидів промислових підприємств. Скидна вентиляційна теплота супермаркетів, торгово-розважальних центрів та метрополітенів буде використана не для систем централізованого теплопостачання, а для власних потреб цих організацій. Використання теплоти ґрунтів та ґрунтових вод не знайде широкого застосування в системах централізованого теплопостачання через щільність міських забудов. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2022-05-28 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/550 10.15407/pge2022.01-02.030 System Research in Energy; No. 1-2 (68-69 (2022): The Problems of General Energy; 30-41 Системні дослідження в енергетиці; № 1-2 (68-69 (2022): Проблеми загальної енергетики; 30-41 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/550/484 Copyright (c) 2022 Derii V.O., Sokolovska I.S., Teslenko O.I. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle low grade heat source
district heating systems
thermal energy
heat pump
Derii V.O.
Sokolovska I.S.
Teslenko O.I.
Overview of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems
title Overview of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems
title_alt Огляд джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання
title_full Overview of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems
title_fullStr Overview of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems
title_full_unstemmed Overview of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems
title_short Overview of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems
title_sort overview of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems
topic low grade heat source
district heating systems
thermal energy
heat pump
topic_facet low grade heat source
district heating systems
thermal energy
heat pump
джерело низькопотенційної теплоти
системи централізованого теплопостачання
теплова енергія
тепловий насос
url https://systemre.org/index.php/journal/article/view/550
work_keys_str_mv AT deriivo overviewoflowgradeheatsourcesforheatpumpplantsindistrictheatingsystems
AT sokolovskais overviewoflowgradeheatsourcesforheatpumpplantsindistrictheatingsystems
AT teslenkooi overviewoflowgradeheatsourcesforheatpumpplantsindistrictheatingsystems
AT deriivo oglâddžerelnizʹkopotencíjnoíteplotidlâteplonasosnihustanovoksistemcentralízovanogoteplopostačannâ
AT sokolovskais oglâddžerelnizʹkopotencíjnoíteplotidlâteplonasosnihustanovoksistemcentralízovanogoteplopostačannâ
AT teslenkooi oglâddžerelnizʹkopotencíjnoíteplotidlâteplonasosnihustanovoksistemcentralízovanogoteplopostačannâ

Схожі ресурси