EVALUATION OF THE HEAT POTENTIAL OF THE UPPER LAYERS OF THE EARTH ON THE TERRITORY OF UKRAINE
The analysis of the main provisions of the EU normative documents and legislative acts of Ukraine concerning the assignment ofheat pumps to equipment that uses renewable energy sources and the choice of criteria for such assignment is carried out. Consideredthe minimum allowable value of the average...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/184 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103219320487936 |
|---|---|
| author | Morozov, Yu. Velychko, V. Kushnir, I. |
| author_facet | Morozov, Yu. Velychko, V. Kushnir, I. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Yu. Morozov",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "V. Velychko",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "I. Kushnir",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Morozov, Yu. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:12Z |
| description | The analysis of the main provisions of the EU normative documents and legislative acts of Ukraine concerning the assignment ofheat pumps to equipment that uses renewable energy sources and the choice of criteria for such assignment is carried out. Consideredthe minimum allowable value of the average calculated seasonal coefficient of usefulness (efficiency). The calculated values ofthe efficiency of energy systems of the EU and Ukraine are presented for comparison. These indicators correspond to heat pumps,which are used as a source of low-temperature energy for the heat of the upper layers of the Earth. An analysis of the hydrogeologicaland geothermal conditions of the upper layers of the Earth with a depth of 300 m for the purpose of their use for geothermal heatsupply with the use of heat pumps. Data were taken into account for the area of development of public land and the area of Ukraine'scities. The temperatures of the surface layers of the Earth to a depth of 300 m were taken on the basis of data of their actual measurement.The data on the water content on the territory of Ukraine up to a depth of 300 m is given, which should be taken into accountwhen developing the technologies of the systems of extraction of heat of the upper layers of the Earth, which should be as closeas possible to the systems with water sealing, which allows the safe use of the resources of the surface layers of the Earth. The issueof increasing the lifespan of the system for the production of low-potential heat is considered, it is considered expedient to carry outits work by restoring the natural temperature field. It is proposed to carry out the restoration of the natural temperature fieldthrough the use of accumulated heat in air-conditioning systems with the use of reversible heat pumps in the non-heated period of theyear. The initial data and assumptions for estimating the thermal potential of the upper layers of the Earth, which can be used forgeothermal heat supply with the use of heat pumps, are considered. The potential of the heat of the upper layers of the Earth, takinginto account the area of the suburban area of the cities of Ukraine at a depth of 300 m, is estimated at 26,8 million tons of conditionalfuel (187.8 million Gcal). |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2018.4(55).84-92 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 84
УДК 504.43; 621.577.2
ОЦІНКА ТЕПЛОВОГО ПОТЕНЦІАЛУ ВЕРХНІХ ШАРІВ ЗЕМЛІ
НА ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ
Ю.П. Морозов, доктор технічних наук, В.В. Величко, І.О. Кушнір
Інститут відновлюваної енергетики НАН України,
02094 вул. Гната Хоткевича 20А, м. Київ
Проведено аналіз основних положень нормативних документів ЄС та законодавчих актів України в частині віднесення
теплових насосів до обладнання, яке використовує відновлювані джерела енергії та вибору критерію такого віднесення.
Розглянуто мінімально допустиме значення середнього розрахункового сезонного коефіцієнту корисної дії (ККД). Наведено
для порівняння розрахункові значення ККД енергосистем ЄС та України. Цим показникам відповідають теплові насоси, які
використовують в якості джерела низькотемпературної енергії теплоту верхніх шарів Землі. Проведено аналіз гідрогеоло-
гічних і геотермічних умов верхніх шарів Землі глибиною до 300 м з метою їх використання для геотермального теплопо-
стачання з застосуванням теплових насосів. Були враховані дані щодо площі забудови земель громадського призначення та
площі міст України. Температури поверхневих шарів Землі до глибини 300 м були прийняті на підставі даних їх фактичного
заміру. Наведені дані щодо вмісту води на території України до глибини 300 м, які необхідно враховувати при розробці
технологій систем видобування теплоти верхніх шарів Землі, які повинні бути максимально наближені до систем з герме-
тизацією водяного контуру, що дозволяє безпечно використовувати ресурси поверхневих шарів Землі. Розглянуто питання
збільшення терміну експлуатації системи видобування низькопотенційної теплоти, вважається за доцільне здійснювати
її роботу шляхом відновлення природного температурного поля. Запропоновано здійснювати відновлення природного тем-
пературного поля за рахунок використання накопиченої теплоти в системах кондиціонування повітря із застосуванням
реверсивних теплових насосів в неопалювальний період року. Розглянуто вихідні дані та припущення для оцінки теплового
потенціалу верхніх шарів Землі, який може використовуватись для геотермального теплопостачання з застосуванням
теплових насосів. Оцінено потенціал теплоти верхніх шарів Землі з урахуванням площі приміської зони міст України на
глибині до 300 м, який складає 26,8 млн. т у.п (187,8 млн. Гкал). Бібл. 17, табл. 4, рис. 1.
Ключові слова: вертикальна свердловина, гірський масив, верхні шари Землі, тепловий насос, тепловий потенціал.
EVALUATION OF THE HEAT POTENTIAL OF THE UPPER LAYERS
OF THE EARTH ON THE TERRITORY OF UKRAINE
Yu. Morozov, Doctor of Technical Sciences, V. Velychko, I. Kushnir
Institute of Renewable Energy of NAS of Ukraine,
02094, 20A Hnata Khotkevycha, Kyiv, Ukraine
The analysis of the main provisions of the EU normative documents and legislative acts of Ukraine concerning the assignment of
heat pumps to equipment that uses renewable energy sources and the choice of criteria for such assignment is carried out. Consid-
ered the minimum allowable value of the average calculated seasonal coefficient of usefulness (efficiency). The calculated values of
the efficiency of energy systems of the EU and Ukraine are presented for comparison. These indicators correspond to heat pumps,
which are used as a source of low-temperature energy for the heat of the upper layers of the Earth. An analysis of the hydrogeologi-
cal and geothermal conditions of the upper layers of the Earth with a depth of 300 m for the purpose of their use for geothermal heat
supply with the use of heat pumps. Data were taken into account for the area of development of public land and the area of Ukraine's
cities. The temperatures of the surface layers of the Earth to a depth of 300 m were taken on the basis of data of their actual meas-
urement. The data on the water content on the territory of Ukraine up to a depth of 300 m is given, which should be taken into ac-
count when developing the technologies of the systems of extraction of heat of the upper layers of the Earth, which should be as close
as possible to the systems with water sealing, which allows the safe use of the resources of the surface layers of the Earth. The issue
of increasing the lifespan of the system for the production of low-potential heat is considered, it is considered expedient to carry out
its work by restoring the natural temperature field. It is proposed to carry out the restoration of the natural temperature field
through the use of accumulated heat in air-conditioning systems with the use of reversible heat pumps in the non-heated period of the
year. The initial data and assumptions for estimating the thermal potential of the upper layers of the Earth, which can be used for
geothermal heat supply with the use of heat pumps, are considered. The potential of the heat of the upper layers of the Earth, taking
into account the area of the suburban area of the cities of Ukraine at a depth of 300 m, is estimated at 26,8 million tons of condi-
tional fuel (187.8 million Gcal). Refences 17, tables 4, fig. 1.
Keywords: vertical well, mountain range, upper layers of the earth, heat pump, thermal potential.
© Ю.П.Морозов, В.В.Величко, І.О.Кушнір, 2018
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 85
Ю. Морозов
Yu. Morozov
Відомості про автора: зав. відділом геотер-
мальної енергетики Інституту відновлюваної
енергетики НАН України, доктор технічних
наук, старший науковий співробітник.
Освіта: Національний технічний університет
України «Київський політехнічний інститут
імені Ігоря Сікорського».
Наукова сфера: відновлювана енергетика,
геотермальна енергетика, використання теп-
ла довкілля.
Публікації: більше 160.
ORCID: 0000-0003-1632-9735
Контакти: тел./факс +38 (044) 206-28-09
e-mail: geotherm@ukr.net
Author information: Head of the Department
of Geothermal Energy of the Institute of
Renewable Energy of the National Academy of
Sciences of Ukraine, doctor of technical
sciences, senior researcher.
Education: National Technical University of
Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Insti-
tute”.
Research area: renewable energy, geothermal
energy, use of warm environment.
Publications: more than 160.
ORCID: 0000-0003-1632-9735
Contacts: phone/fax +38 (044) 206-28-09
e-mail: geotherm@ukr.net
В. Величко
V. Velychko
Відомості про автора: науковий співробіт-
ник відділу геотермальної енергетики Інсти-
туту відновлюваної енергетики НАН Украї-
ни.
Освіта: Київський Національний універси-
тет будівництва та архітектури, факультет
теплогазопостачання, вентиляції та охорони
навколишнього середовища.
Наукова сфера: відновлювана енергетика,
геотермальна енергетика, використання теп-
ла довкілля.
Публікації: 53.
ORCID: 0000-0001-9979-0994
Контакти: тел./факс +38 (044) 206-28-09
e-mail: geotherm@ukr.net
Author information: researcher
at Geothermal Energy Department,
Institute of Renewable Energy of
National Academy of Sciences of
Ukraine.
Education: Kyiv National University of Civil
Engineering and Architecture, Faculty of heat
and gas supply, ventilation and environmental
protection.
Research area: renewable energy,
geothermal energy, environmental heat
use.
Publications: 53.
ORCID: 0000-0001-9979-0994
Contacts: phone/fax +38 (044) 206-28-09
e-mail: geotherm@ukr.net
І. Кушнір
I. Kushnir
Відомості про автора: провідний інженер
відділу геотермальної енергетики Інституту
відновлюваної енергетики НАН України.
Освіта: Херсонський національний техніч-
ний університет, факультет кібернетики та
системної інженерії.
Наукова сфера: відновлювана енергетика,
геотермальна енергетика, використання теп-
ла довкілля.
Публікації: 17.
ORCID: 0000-0002-7763-7080
Контакти: тел./факс +38 (044) 206-28-09
e-mail: geotherm@ukr.net
Author information: leading engineer at the
Geothermal Energy Department of the Institute
of Renewable Energy of the National Academy
of Sciences of Ukraine.
Education: Kherson National Technical
University, Faculty of Cybernetics and System
Engineering.
Research area: renewable energy, geothermal
energy, use of heat environment.
Publications: 17.
ORCID: 0000-0002-7763-7080
Contacts: phone/fax +38 (044) 206-28-09
e-mail: geotherm@ukr.net
Перелік використаних позначень та скорочень:
ЄС – Європейський союз; F – площа земної поверхні, що припускає устрій геоте-
рмального поля для вилучення теплоти Землі, м2 ;
ККД – коефіцієнт корисної дії; H – глибина свердловини під геотермальні зонди, м;
η – коефіцієнт корисної дії енергетичної системи з
виробництва електричної енергії;
Сv – середня об’ємна теплоємність товщі верхніх шарів,
ккал /м3·°С;
SPF0 – мінімально допустиме значення середнього розра-
хункового сезонного коефіцієнту корисної дії;
∆t – припустиме зниження температурного потенціалу
верхніх шарів Землі, °С.
V – об’єм товщі верхніх шарів Землі, м3;
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 86
Згідно з директивою 2009/28/ЄС геотермаль-
ною є енергія, яка була накопичена у вигляді теп-
лової енергії під твердим шаром земної поверхні,
тобто вся кількість теплоти, яка міститься нижче
поверхні Землі, є геотермальною енергією [1].
Геотермальна енергія або теплота Землі по-
діляється на повсюдно-розповсюджені та геотер-
мальні родовища [2].
Повсюдно-розповсюджені геотермальні ре-
сурси – це верхні шари Землі. Їх можна викорис-
товувати в якості джерела теплової енергії шля-
хом застосування теплових насосів, які набува-
ють розповсюдження в Україні, стаючи звичним
видом теплоджерел для систем теплопостачання.
Аналіз даних імпорту теплових насосів усіх типів
в Україну за 2001–2015 рр. дозволяє орієнтовно
оцінити їхню накопичену теплову потужність
рівнем 1500 МВт [3].
Основні положення нормативних докумен-
тів ЄС, що стосуються теплових насосів, знай-
шли відображення в законодавчих актах Украї-
ни, зокрема, Законі України від 01.11.2016
№1711–VII «Про внесення змін в Закон України
«Про альтернативні джерела енергії» в частині
віднесення теплових насосів до обладнання, яке
використовує відновлювані джерела енергії».
Основні зміни внесені до статті 10 Закону Укра-
їни «Про альтернативні джерела енергії». Нова
редакція статті 10 містить загальні умови відне-
сення теплових насосів до обладнання віднов-
люваної енергетики: «Отриману за допомогою
теплових насосів аеротермальну, геотермальну
та гідротермальну енергію слід вважати отрима-
ною з відновлюваних джерел за умови, що кін-
цевий вихід енергії значно перевищує спожи-
вання первинної енергії, яка необхідна для при-
воду теплових насосів».
Критерієм віднесення теплового насосу до
установок відновлюваної енергетики Директи-
вою [1] встановлюється мінімально допустиме
значення середнього розрахункового сезонного
коефіцієнту корисної дії (ККД) зазначених теп-
лових насосів (SPF0), який дорівнює:
SPF0 = 1,15/η, (1)
де η – коефіцієнт корисної дії енергетичної сис-
теми з виробництва електричної енергії, що озна-
чає співвідношення між загальним сукупним ви-
робництвом електроенергії та первинним спожи-
вачем енергії для виробництва електроенергії та
розраховується за даними енергетичного балансу
28 країн-членів ЄС за 2010 р., що базується на
даних Євростату (додаток VII).
Розрахункове значення ККД енергосистем
ЄС станом на 2010 рік становило 45,9%, що від-
повідає значенню SPF0 для теплових насосів з
електричним приводом на рівні 2,5. Розрахунки
електричного ККД енергетичної системи України
за методикою Eurostat, наведеною в [3], та відпо-
відно до даних енергетичного балансу України за
2010 рік, опублікованого Державною службою
статистики України [4], дають значення SPF0 на
рівні 3,2. Цим показникам відповідають теплові
насоси, які використовують як джерела низькоте-
мпературної енергії теплоту верхніх шарів Землі.
Глибина верхнього шару Землі, який викори-
стовується в якості геотермального ресурсу, є
величиною змінною і може коливатися в значних
межах. За даними [5, 6] глибина верхнього теп-
лоакумулюючого геологічного шару може стано-
вити від 200 до 500 м.
У відповідності до властивостей та напрям-
ків використання, всі земельні ресурси України
поділяються на такі цільові категорії:
− землі сільськогосподарського призначення;
− землі лісового фонду;
− землі забудови: землі населених пунктів
(міст, селищ міського типу, селищ), землі проми-
словості, транспорту, зв’язку, енергетики, оборо-
ни та іншого призначення;
− землі водного фонду;
− землі рекреаційного та оздоровчого при-
значення;
− землі природоохоронного, природно-
заповідного та історико-культурного призначення;
− землі запасу та інше.
Загальний земельний фонд України складає
60362,8 тис. га. Переважно, це землі сільськогос-
подарського призначення (71,1%), які надаються
для виробництва продукції, здійснення сільсько-
господарської науково-дослідної та навчальної
діяльності, розміщення відповідної виробничої
інфраструктури (табл. 1) [7, 8].
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 87
Таблиця 1. Площа забудованих земель України
Table 1. The area of built-up lands of Ukraine
Площа земель
Вид земель Всього,
тис. га
Відсоток до загальної площі
України, %
Землі забудовані, у тому числі:
1) під житловою забудовою 422,5 0,7
2) землі промисловості 229,2 0,4
3) землі під відкритими розробками, кар’єрами,
шахтами та відповідними спорудами 154,1 0,3
4) землі комерційного використання 37,4 0,1
5) землі громадського призначення 291,8 0,5
6) землі змішаного використання 24,2 0,1
7) землі, які використовуються для транспорту та
зв’язку 491,3 0,8
Всього 1650,5 2,9
Верхні шари Землі умовно можна поділити
на три шари [9].
Перший шар, де температура ґрунту змінюєть-
ся під час сезонного коливання температури повіт-
ря і впливу сонячної радіації, має глибину коли-
вань, яка на території України становить 3–6 м.
Другий шар, де температура ґрунту є умовно
постійною і її коливання по висоті не перевищує
декілька градусів, має глибину шару до 200–
500 м [5, 6].
Третій шар – той, в якому температура гірсь-
ких порід починає збільшуватися за глибиною.
У цій роботі ми зосередили увагу на тепло-
вому потенціалі верхніх шарів Землі, в якому те-
мпература гірських порід є умовно стабільною,
тобто другий шар з наведеної класифікації.
Наведемо приклади гідрогеологічних харак-
теристик районів України до глибини 300 м.
Наявність підземних вод є вирішальним фак-
тором вибору конкретних технологій видобуван-
ня тепла з верхніх шарів Землі.
Серед характеристик підземних вод
розглянемо основні: літологічний склад
водовмісних порід, глибина залягання, дебіт
свердловин при відповідному пониженні
статичного рівня підземних вод, мінералізація,
основний хімічний склад підземних вод [10–14].
Зона Деснянського Полісся. Глибина заля-
гання водоносного горизонту від 90 м на заході
до 150 м і більше на сході. Води напірні. Дебіти
свердловин змінюються від 0,8 до 10,5 л /с.
В зоні Гірського Криму водоносний горизонт
залягає на глибинах від 100–300 м до 500–800 м.
Дебіти свердловин складають 1–10 л/с, і більше.
Закарпатська зона інтенсивного водного обмі-
ну охоплює товщу, потужність якої понад 300 м,
Дебіти свердловин змінюються в широкому діапа-
зоні від 0,1 до 32 л /с у межах Чоп-Мукачевськой
западини, де залягає зона прісних вод потужністю
до 300 м. Дебіти свердловин 10–25 л/с.
Зона складчастого Донбасу, Дністровсько-
Бугська зона, зона степового Криму та Передкар-
патскький артезіанський басейн не містять знач-
ну кількість підземних вод на глибинах до 300 м.
Розмір зони, на яку поширюється викорис-
тання теплоти верхніх шарів Землі, приймається
від умовного радіусу міст України. Наприклад
для Києва, радіус якого складає 16,6 км, зона, на
яку поширюється використання теплоти верхніх
шарів Землі, становить 1,5 км, для міст менших
за чисельністю проживаючих – до 0,5 км.
Площу міст України наведено в таблиці 2.
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 88
Таблиця 2. Площа міст України
Table 2. The Area of Ukrainian Cities
№
п/п
Назва Площа, км2
1 Київ 839,0
2 Дніпро 570,7
3 Кривий Ріг 410,0
4 Донецьк 385,0
5 Харків 306,0
6 Миколаїв 260,0
7 Маріуполь 243,9
8 Запоріжжя 240,0
9 Одеса 236,9
10 Львів 182,01
Сумарна площа всіх міст України складає
17392,77 км2.
Колективом Інституту геофізики ім. С.І.Су-
ботіна НАН України було проведено заміри
температур верхніх шарів Землі до глибини
300 м в районах Дніпрово-Донецької западини,
на схилі Українського щита, в Карпатах, Закар-
патському прогині та Криму [15], які викорис-
тано для розрахунку теплового потенціалу за
допомогою теплових насосів. Дані показників
температур на глибині до 300 м наведено
в таблиці 3.
Таблиця 3. Показники температури на глибинах до 300 м на території України
Table 3. Indicators of temperature down to a depth of 300 m on the territory of Ukraine
№
свердловини
Глибина, м Температура, °С
1 180 10,50
2 250 24,80
3 300 28,07
4 220 20,67
6 180 19,36
7 300 18,40
8 300 28,19
9 300 22,45
10 180 10,62
11 300 27,07
12 300 19,85
13 300 20,56
16 200 19,82
17 300 23,30
18 250 16,18
19 300 23,32
20 300 18,68
21 300 23,62
Вважаємо, що охолодження глибинних ша-
рів Землі відбувається до температури не ниж-
че 0 °С [16]. Це обумовлено необхідністю до-
тримуватися режиму охолодження ґрунтів за
сезонною зміною температур на глибинах бі-
льше 3 м, а також тим, що на глибинах до 300 м
за гідрогеологічних умов на території України
містяться верхні та ґрунтові води. Дані щодо
ізотерм на глибині 25 м на території України
наведено на рисунку 1.
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 89
Рис. 1. Дані щодо ізотерм на глибині 25 м на території України
Fig. 1. Data on isotherms at a depth of 25 m across the territory of Ukraine
Орієнтовно апроксимуємо температуру до глибини 300 м (таблиця 4).
Таблиця 4. Температури на глибинах 25 та 300 м
Table 4. Temperatures at depths of 25 and 300 m
Температура, °С
на глибині
№
п/п
Місто
25 м 300 м
Середня температура
по глибині, °С
1 2 3 4 5
1 Вінниця 9,2 16,08 12,64
2 Дніпро 10,4 17,28 13,84
3 Донецьк 9,9 16,78 13,34
4 Житомир 9 15,88 12,44
5 Запоріжжя 10,5 17,38 13,94
6 Івано-Франківськ 9,4 16,28 12,84
7 Київ 9,5 16,38 12,94
8 Кропивницький 9,9 16,78 13,34
9 Луганськ 9,5 16,38 12,94
10 Луцьк 8,8 15,68 12,24
11 Львів 9,3 16,18 12,74
12 Миколаїв 12 18,88 15,44
13 Одеса 12,5 19,38 15,94
14 Полтава 9,6 16,48 13,04
15 Рівне 8,9 15,78 12,34
16 Суми 8,8 15,68 12,24
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 90
1 2 3 4 5
17 Тернопіль 8,9 15,78 12,34
18 Ужгород 11 17,88 14,44
19 Харків 9 15,88 12,44
20 Херсон 2,5 9,38 5,94
21 Хмельницький 9 15,88 12,44
22 Черкаси 9,7 16,58 13,14
23 Чернівці 10 16,88 13,44
24 Чернігів 8,8 15,68 12,24
25 АР Крим (м. Сімферополь) 13 19,88 16,44
Для оцінки теплового потенціалу верхніх
шарів Землі приймалися такі вихідні дані та
припущення.
Житловий фонд будинків, що приймаються в
експлуатацію, щорічно складає 9,67 млн. м2 (за
даними 2010–2017 рр.) при загальному житлово-
му фонді України 977,9 млн. м2 (2016 р.) [17].
При цьому у міських поселеннях в середньому за
рік вводиться в експлуатацію 6,68 млн. м2 загаль-
ної площі на рік, у сільській місцевості –
2,99 млн. м2. Середня поверховість забудови по
країні для міських поселень приймається 3 пове-
рхи, для сільської місцевості – 1 поверх. Таким
чином, площу поверхні землі, що займається жи-
тловими будинками за рік, можна оцінити у
5,22 млн. м2. За нашими оцінками, за умови збе-
реження існуючого тренду введення нових буди-
нків, у наступні 20 років ними буде зайнято бли-
зько 104,4 млн. м2 земної поверхні.
Потенціал теплоти верхніх шарів Землі роз-
раховується за формулою [9]:
Q = V·Cv·∆t·10-6, Гкал (2)
де V = F·H – об’єм товщі верхніх шарів Землі,
м3; F – площа земної поверхні, що припускає
устрій геотермального поля для вилучення теп-
лоти Землі, м2 , H – глибина свердловини під гео-
термальні зонди, м, Сv – середня об’ємна тепло-
ємність товщі верхніх шарів, ккал /м3·°С; ∆t –
припустиме зниження температурного потенціа-
лу верхніх шарів Землі, °С.
Глибина ґрунтового масиву забудованих зе-
мель для використання низькопотенційної тепло-
ти ґрунту поверхневих шарів Землі за багатьма
дослідженнями складає 300 м, об’ємна теплоєм-
ність ґрунтового масиву 600 ккал /м3·°С, припус-
тиме зниження температурного потенціалу пове-
рхневих шарів Землі становить 10 °С.
За теперішнього стану розвитку теплонасос-
них технологій, термін використання теплового
потенціалу верхніх шарів землі може бути оціне-
ний у 20 років.
Якщо вважати, що площа земної поверхні, на
якій можливо облаштовувати геотермальні поля
для вилучення теплоти Землі, дорівнює площі,
що займає житловий будинок, то потенціал вико-
ристання теплоти верхніх шарів Землі складає
187,8 млн. Гкал (26,8 млн. т у.п.).
Висновки: 1. Запропоновано прогнозну оці-
нку енергетичного потенціалу видобування теп-
лоти за рахунок енергії верхніх шарів Землі на
об’єктах нового будівництва, який становить
26,8 млн. т у.п.
2. Аналіз показує, що на глибинах до 300 м
підземні шари в більшості районів України мають
водоносні горизонти, у зв’язку з цим системи видо-
бування теплоти верхніх шарів Землі повинні бути
максимально наближені до систем з герметизацією
водяного контуру, при якій можливе екологічно
безпечне використання верхніх шарів Землі.
3. З метою запобігання негативного впливу
на верхні шари та грунт в розрахунках прийнято,
що охолодження верхніх шарів Землі здійсню-
ється до температури 4 °С.
4. З метою збільшення терміну експлуатації
системи видобування низькопотенційної теплоти
вважаємо за доцільне здійснювати її роботу шля-
хом відновлення природного температурного по-
ля. Відновлення природного температурного поля
можливо здійснити за рахунок використання на-
копиченої теплоти в системах кондиціонування
повітря із застосуванням реверсивних теплових
насосів в міжопалювальний та літній періоди.
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 91
1. Директива Європейського Парламенту та Ради
2009/28/ЄС від 23 квітня 2009 року Про заохочення до вико-
ристання енергії, виробленої з відновлюваних джерел тощо.
/ Офіційний вісник європейського союзу 5.6.2009. L140/16-
L140/62.
2. Морозов Ю.П. Добыча геотермальных ресурсов и ак-
кумулирование теплоты в подземных горизонтах: [Моногра-
фия] / Ю.П. Морозов. – Киев: Наукова думка, 2017. – 198 с.
3. Басок Б., Дубовской С. Методологические особенно-
сти оценки располагаемой мощности тепловых насосов в Ук-
раине // Насосы и оборудование. – 2017. – №3 (104). – С. 42–44.
4. Мінімальне допустиме значення середнього розра-
хункового сезонного коефіцієнту корисної дії / Державний
комітет статистики України [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: http://ukrstat.gov.ua. – Назва з екрану.
5. VDI (2000). Thermische Nutzung des Untergrundes –
Richtlinie VDI 4640, Blatt 1 – Grundlagen, Genehmigungen,
Umweltaspekte. Beuth Verlag, Berlin. (Використання теплоти
верхніх шарів Землі – Основні положення, вимоги, екологі-
чні аспекти).
6. VDI (2001). Thermische Nutzung des Untergrundes – Rich-
tlinie VDI 4640, Blatt 2 – Erdgekoppelte Warmepumpen. Beuth
Verlag, Berlin. (Використання теплоти верхніх шарів Землі –
Теплонасосні системи з підземними джерелами енергії).
7. Портал kadastrua. Сравнительная характеристика
современного использования земель в составе администра-
тивно территориальных образований Украины и Крыма
[Електронний документ]. Url: http://kadastrua.ru/ praktiches-
kie-raboty/51-sravnitelnaya-kharakteristika-ispolzovaniya-
zemel.html. Дата звернення 12.11.2015.
8. Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії. Райо-
ни України. [Електронний документ]. Url:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Райони_України. Дата звернення
12.11.2015.
9. Морозов Ю.П., Величко В.В. Оцінка енергетичного
потенціалу низькопотенційної теплоти ґрунту поверхневих
шарів землі на території України / Матеріали XVIІI міжна-
родної науково-практичної конференції «Відновлювана ене-
ргетика та енергоефективність у XXI столітті». – Київ, 27–29
вересня 2017 р. – С. 598–603.
10. Барило А.А., Кушнир И.А., Швец М.Ю. Райониро-
вание территории Украины с целью анализа возможности
использования подземных вод в теплонасосных установках /
Матеріали VІІ Міжнародної конференції «Відновлювана
енергетика ХХІ століття». – АР Крим. – 2006. – С. 231–232.
11. Отчет «Составление специальной гидро-
геологической карты грунтовых вод УССР масштаба
1:500000», 198 с.
12. Бабинец А.Е., Марус В.И., Кононова И.М. Мине-
ральные и термальные воды Советских Карпат. – К.: Науко-
ва думка. – 167 с.
13. Гидрогеология СССР. Москва: 1959. – 230 с.
14. Каменский Г.Н., Толстихина М.М., Толсти-
хин Н.И., Огняник Н.С. Постоянно действующая модель
степного Крыма для изучения гидрогеологических условий.
– К.: Наукова думка, 1980. – 138 с.
15. Теплове поле території України / В.В. Гордієнко,
І.В. Гордієнко, О.В. Завгородня, О.В. Усенко – К.: Знання
України, 2002. – 168 с.
16. Шульгин А.М. Температурный режим почвы [Текст]
/ А.М. Шульгин – Л.: Гидрометеоиздат, 1957. – 242 с.
17. Загальна площа та кількість квартир в прийнятих в
експлуатацію житлових будинках. Житловий фонд України /
Державний комітет статистики України [Електронний ре-
сурс]. – Режим доступу: http://ukrstat.gov.ua. – Назва з екрану.
ОЦЕНКА ТЕПЛОВОГО ПОТЕНЦИАЛА ВЕРХНИХ
СЛОЕВ ЗЕМЛИ НА ТЕРРИТОРИИ УКРАИНЫ
Ю.П. Морозов, доктор технических наук, В.В. Величко,
И.А. Кушнир
Институт возобновляемой энергетики НАН Украины,
02094 ул. Гната Хоткевича, 20А, г. Киев
Проведен анализ основных положений нормативных доку-
ментов ЕС и законодательных актов Украины в части от-
несения тепловых насосов к оборудованию, которое исполь-
зует возобновляемые источники энергии и выбора критерия
такого отнесения. Рассмотрены минимально допустимые
значения среднего расчетного сезонного коэффициента
полезного действия (КПД). Приведены для сравнения рас-
четные значения КПД энергосистем ЕС и Украиной. Этим
показателям соответствуют тепловые насосы, исполь-
зующие в качестве источника низкотемпературной энергии
теплоту верхних слоев Земли. Проведен анализ гидрогеоло-
гических и геотермических условий верхних слоев Земли глу-
биной до 300 м с целью их использования для геотермально-
го теплоснабжения с применением тепловых насосов. Были
учтены данные по площади застройки земель общественно-
го назначения и площади городов Украины. Температуры
поверхностных слоев Земли до глубины 300 м были приняты
на основании данных их фактического замера. Приведенные
данные по содержанию воды на территории Украины до
глубины 300 м, которые необходимо учитывать при разра-
ботке технологий систем добычи теплоты верхних слоев
Земли, должны быть максимально приближены к системам
с герметизацией водяного контура, позволяет безопасно
использовать ресурсы поверхностных слоев Земли. Рас-
смотрены вопросы увеличения срока эксплуатации системы
добычи низкопотенциальной теплоты, считается целесо-
образным осуществлять ее работу путем восстановления
природного температурного поля. Предложено осуществ-
лять восстановление природного температурного поля за
счет использования накопленной теплоты в системах кон-
диционирования воздуха с применением реверсивных тепло-
вых насосов в неотапливаемый период года. Рассмотрены
исходные данные и предположения для оценки теплового
потенциала верхних слоев Земли, который может исполь-
зоваться для геотермального теплоснабжения с примене-
нием тепловых насосов. Оценен потенциал теплоты верх-
них слоев Земли с учетом площади пригородной зоны горо-
дов Украины на глубине до 300 м, который составляет
26,8 млн. т у.т. (187,8 млн. Гкал). Библ. 17, табл. 4, рис. 1.
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 92
Ключевые слова: вертикальная скважина, горный массив,
верхние слои Земли, тепловой насос, тепловой потенциал.
REFERENCES
1. Directive 2009/28 / EC of the European Parliament and
of the Council of 23 April 2009 on the promotion of energy pro-
duced from renewable sources, etc. / Official Journal of the Eu-
ropean Union 5.6.2009. L140/16-L140/62.
2. Morozov Yu.P. Dobycha geotermal'nyh resursov i ak-
kumulirovanie teploty v podzemnyh gorizontah [Extraction of
geothermal resources and accumulation of heat in underground
horizons]. Kyiv: Nauk. Dumka, 2017, 198 p. [in Russian]
3. Basok B., Dubovskoy S. Metodologicheskie osobennosti
ocenki raspolagaemoj moshhnosti teplovyh nasosov v Ukraine
[Methodological features of estimation of the available power of
heat pumps in Ukraine]. Nasosy i oborudovanie [Pumps and
equipment]. 2017. no. 3 (104), pp. 42-44. [in Russian]
4. State Statistics Committee of Ukraine. Minimal'ne do-
pustyme znachennia seredn'oho rozra-khunkovoho sezonnoho
koefitsiientu korysnoi dii [Minimum permissible value of the
average disaggregated seasonal rate of return]. Retrieved june
23, 2018, from http://ukrstat.gov.ua. [in Ukrainian]
5. VDI (2000). Thermische Nutzung des Untergrundes –
Richtlinie VDI 4640, Blatt 1 – Grundlagen, Genehmigungen,
Umweltaspekte. Beuth Verlag, Berlin [in German]
6. VDI (2001). Thermische Nutzung des Untergrundes –
Richtlinie VDI 4640, Blatt 2 – Erdgekoppelte Warmepumpen.
Beuth Verlag, Berlin[in German]
7. Sravnitel'naja harakteristika sovremennogo is-
pol'zovanija zemel' v sostave administrativno territorial'nyh
obrazovanij Ukrainy i Kryma [Comparative characteristic of the
modern use of land in the administrative and territorial units of
Ukraine and the Crimea] Retrieved November 12, 2015, from
http://kadastrua.ru/prakticheskie-raboty/51-sravnitelnaya-
kharakteristika-ispolzovaniya-zemel.html. [in Russian]
8. Rajony Ukrainy. [Regions of Ukraine]. Wikipedia, the
free encyclopedia. Retrieved november 12, 2015, from
https://uk.wikipedia.org/wiki/Royony_Ukraine. [in Ukrainian]
9. Morozov Yu.P., Velichko V.V. Otsinka enerhetychnoho
potentsialu nyz'kopotentsijnoi teploty gruntu poverkhnevykh
shariv zemli na terytorii Ukrainy [Estimation of the energy po-
tential of low-potential soil heat of surface layers of land in
Ukraine]. Materials of the XVI²² International Scientific and
Practical Conference "Renewable Energy and Energy Efficiency
in the 21st Century". Kyiv, September 27-29, 2017. p.598-603.
[in Ukrainian]
10. Barilo A.A., Kushnir I.A., Shvets M.Yu. Rajonirovanie
territorii Ukrainy s cel'ju analiza vozmozhnosti ispol'zovanija
podzemnyh vod v teplonasosnyh ustanovkah [Regionalization of
territory of Ukraine for the purpose of analysis of the possibility
of using groundwater in heat pump plants]. Materials of the VII
International Conference "Renewable Energy of the 21st Cen-
tury", Crimea, 2006, pp. 231-232. [in Russian]
11. Sostavlenie special'noj gidro-geologicheskoj karty
gruntovyh vod USSR masshtaba 1:500000 [Preparation of a
special hydro-geological map of groundwater of the USSR scale
1: 500000], Report, 198 p. [in Russian]
12. Babinec A.E., Marus V.I., Kononova I.M.. Mineral'nye i
termal'nye vody Sovetskih Karpat [Mineral and thermal waters of
the Soviet Carpathians] Kiev, Nauk. Dumka, 167 p. [in Russian]
13. Gidrogeologija SSSR [Hydrogeology of the USSR].
Moscow, 1959, 230 p. [in Russian]
14. Kamensky G.N., Tolstikhin M.M., Tolstikhin N.I., Og-
nyanik N.S. Postojanno dejstvujushhaja model' stepnogo Kryma
dlja izuchenija gidrogeologicheskih uslovij [The permanent
model of the steppe Crimea for the study of hydrogeological
conditions]. Kiev, Nauk. Dumka, 1980, 138 p. [in Russian]
15. Gordienko V.V., Gordienko I.V., Zavgorodnia O.V.,
Usenko O.V. Teplove pole terytorii Ukrainy [Thermal field of
the territory of Ukraine]. Kyiv: Znannia Ukrainy, 2002, 168 p.
ISBN 966-79999-55-6. [in Ukrainian]
16. Shulgin A.Ì. Temperaturnyj rezhim pochvy [Temperature
regime of soil]. L.: Hydrometeoizdat, 1957, 242 p. [in Russian]
17. State Statistics Committee of Ukraine. Zahal'na ploscha
ta kil'kist' kvartyr v pryjniatykh v ekspluatatsiiu zhytlovykh bu-
dynkakh. Zhytlovyj fond Ukrainy [Total area and number of
apartments in residential buildings. Housing Fund of Ukraine].
Retrieved june 23, 2018, from http://ukrstat.gov.ua. [in Ukrainian]
SYNOPSYS
The paper presents an analysis of the hydrogeological and
geothermal conditions of the upper layers of the Earth down to a
depth of 300 m for the purpose of their use for geothermal heat
supply with the use of heat pumps. It takes into account the data
for the area of development of public land and the area of
Ukrainian cities. The temperatures of the deep layers of the Earth
down to a depth of 300 m were taken on the basis of the data of
their actual measurement. The data on the water content on the
territory of Ukraine down to a depth of 300 m, which must be
taken into account when developing the technologies of systems
for extracting heat from the upper layers of the Earth, is given.
The potential of the heat of the upper layers of the Earth is
estimated taking into account the area of the suburban zone of
the cities of Ukraine at a depth of 300 m, which is 26,8 million
tons of conditional fuel (187,8 million Gcal).
РЕФЕРАТ
Проведено аналіз гідрогеологічних і геотермічних умов вер-
хніх шарів Землі глибиною до 300 м з метою їхнього вико-
ристання для геотермального теплопостачання із застосу-
ванням теплових насосів. Були враховані дані щодо площі
забудови земель громадського призначення та площі міст
України. Температури глибинних шарів Землі до глибини
300 м були прийняті на підставі даних їхнього фактичного
заміру. Наведені дані щодо вмісту води на території України
до глибини 300 м, які необхідно враховувати при розробці
технологій систем видобування теплоти верхніх шарів Зем-
лі. Оцінено потенціал теплоти верхніх шарів Землі з ураху-
ванням площі приміської зони міст України на глибині
300 м, який складає 26,8 млн. т у.п (187,8 млн. Гкал).
Стаття надійшла до редакції 16.11.18
Остаточна версія 30.11.18
|
| id | veorgua-article-184 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:04:43Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/b0/76d6f97dd03ba3c625281bf3e68ee5b0.pdf |
| spelling | veorgua-article-1842026-07-18T06:32:12Z EVALUATION OF THE HEAT POTENTIAL OF THE UPPER LAYERS OF THE EARTH ON THE TERRITORY OF UKRAINE ОЦІНКА ТЕПЛОВОГО ПОТЕНЦІАЛУ ВЕРХНІХ ШАРІВ ЗЕМЛІ НА ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ Morozov, Yu. Velychko, V. Kushnir, I. vertical well, mountain range, upper layers of the earth, heat pump, thermal potential. вертикальна свердловина, гірський масив, верхні шари Землі, тепловий насос, тепловий потенціал. The analysis of the main provisions of the EU normative documents and legislative acts of Ukraine concerning the assignment ofheat pumps to equipment that uses renewable energy sources and the choice of criteria for such assignment is carried out. Consideredthe minimum allowable value of the average calculated seasonal coefficient of usefulness (efficiency). The calculated values ofthe efficiency of energy systems of the EU and Ukraine are presented for comparison. These indicators correspond to heat pumps,which are used as a source of low-temperature energy for the heat of the upper layers of the Earth. An analysis of the hydrogeologicaland geothermal conditions of the upper layers of the Earth with a depth of 300 m for the purpose of their use for geothermal heatsupply with the use of heat pumps. Data were taken into account for the area of development of public land and the area of Ukraine'scities. The temperatures of the surface layers of the Earth to a depth of 300 m were taken on the basis of data of their actual measurement.The data on the water content on the territory of Ukraine up to a depth of 300 m is given, which should be taken into accountwhen developing the technologies of the systems of extraction of heat of the upper layers of the Earth, which should be as closeas possible to the systems with water sealing, which allows the safe use of the resources of the surface layers of the Earth. The issueof increasing the lifespan of the system for the production of low-potential heat is considered, it is considered expedient to carry outits work by restoring the natural temperature field. It is proposed to carry out the restoration of the natural temperature fieldthrough the use of accumulated heat in air-conditioning systems with the use of reversible heat pumps in the non-heated period of theyear. The initial data and assumptions for estimating the thermal potential of the upper layers of the Earth, which can be used forgeothermal heat supply with the use of heat pumps, are considered. The potential of the heat of the upper layers of the Earth, takinginto account the area of the suburban area of the cities of Ukraine at a depth of 300 m, is estimated at 26,8 million tons of conditionalfuel (187.8 million Gcal). Проведено аналіз основних положень нормативних документів ЄС та законодавчих актів України в частині віднесеннятеплових насосів до обладнання, яке використовує відновлювані джерела енергії та вибору критерію такого віднесення.Розглянуто мінімально допустиме значення середнього розрахункового сезонного коефіцієнту корисної дії (ККД). Наведенодля порівняння розрахункові значення ККД енергосистем ЄС та України. Цим показникам відповідають теплові насоси, яківикористовують в якості джерела низькотемпературної енергії теплоту верхніх шарів Землі. Проведено аналіз гідрогеоло-гічних і геотермічних умов верхніх шарів Землі глибиною до 300 м з метою їх використання для геотермального теплопо-стачання з застосуванням теплових насосів. Були враховані дані щодо площі забудови земель громадського призначення таплощі міст України. Температури поверхневих шарів Землі до глибини 300 м були прийняті на підставі даних їх фактичногозаміру. Наведені дані щодо вмісту води на території України до глибини 300 м, які необхідно враховувати при розробцітехнологій систем видобування теплоти верхніх шарів Землі, які повинні бути максимально наближені до систем з герме-тизацією водяного контуру, що дозволяє безпечно використовувати ресурси поверхневих шарів Землі. Розглянуто питаннязбільшення терміну експлуатації системи видобування низькопотенційної теплоти, вважається за доцільне здійснюватиїї роботу шляхом відновлення природного температурного поля. Запропоновано здійснювати відновлення природного тем-пературного поля за рахунок використання накопиченої теплоти в системах кондиціонування повітря із застосуваннямреверсивних теплових насосів в неопалювальний період року. Розглянуто вихідні дані та припущення для оцінки тепловогопотенціалу верхніх шарів Землі, який може використовуватись для геотермального теплопостачання з застосуваннямтеплових насосів. Оцінено потенціал теплоти верхніх шарів Землі з урахуванням площі приміської зони міст України наглибині до 300 м, який складає 26,8 млн. т у.п (187,8 млн. Гкал). Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2018-12-03 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/184 10.36296/1819-8058.2018.4(55).84-92 Vidnovluvana energetika ; No. 4(55) (2018): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 84-92 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(55) (2018): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 84-92 Відновлювана енергетика; № 4(55) (2018): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 84-92 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/184/123 Copyright (c) 2018 Yu. Morozov, V. Velychko, I. Kushnir https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | vertical well mountain range upper layers of the earth heat pump thermal potential. Morozov, Yu. Velychko, V. Kushnir, I. EVALUATION OF THE HEAT POTENTIAL OF THE UPPER LAYERS OF THE EARTH ON THE TERRITORY OF UKRAINE |
| title | EVALUATION OF THE HEAT POTENTIAL OF THE UPPER LAYERS OF THE EARTH ON THE TERRITORY OF UKRAINE |
| title_alt | ОЦІНКА ТЕПЛОВОГО ПОТЕНЦІАЛУ ВЕРХНІХ ШАРІВ ЗЕМЛІ НА ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ |
| title_full | EVALUATION OF THE HEAT POTENTIAL OF THE UPPER LAYERS OF THE EARTH ON THE TERRITORY OF UKRAINE |
| title_fullStr | EVALUATION OF THE HEAT POTENTIAL OF THE UPPER LAYERS OF THE EARTH ON THE TERRITORY OF UKRAINE |
| title_full_unstemmed | EVALUATION OF THE HEAT POTENTIAL OF THE UPPER LAYERS OF THE EARTH ON THE TERRITORY OF UKRAINE |
| title_short | EVALUATION OF THE HEAT POTENTIAL OF THE UPPER LAYERS OF THE EARTH ON THE TERRITORY OF UKRAINE |
| title_sort | evaluation of the heat potential of the upper layers of the earth on the territory of ukraine |
| topic | vertical well mountain range upper layers of the earth heat pump thermal potential. |
| topic_facet | vertical well mountain range upper layers of the earth heat pump thermal potential. вертикальна свердловина гірський масив верхні шари Землі тепловий насос тепловий потенціал. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/184 |
| work_keys_str_mv | AT morozovyu evaluationoftheheatpotentialoftheupperlayersoftheearthontheterritoryofukraine AT velychkov evaluationoftheheatpotentialoftheupperlayersoftheearthontheterritoryofukraine AT kushniri evaluationoftheheatpotentialoftheupperlayersoftheearthontheterritoryofukraine AT morozovyu ocínkateplovogopotencíaluverhníhšarívzemlínateritorííukraíni AT velychkov ocínkateplovogopotencíaluverhníhšarívzemlínateritorííukraíni AT kushniri ocínkateplovogopotencíaluverhníhšarívzemlínateritorííukraíni |