RESEARCH OF THE GEOTHERMAL SYSTEM OF THERMO STABILIZATION OF A RESIDENTIAL BUILDING
The article presents an approach to reducing energy consumption for heating and cooling of buildings through the use of low-temperature geothermal potential. The aim of the study is to develop an economical heating and cooling system for buildings through the use of a low-temperature system based on...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/479 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103804354592768 |
|---|---|
| author | Gabrinets, V. Nakashydze , L. |
| author_facet | Gabrinets, V. Nakashydze , L. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": " V. Gabrinets",
"institution": "Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, Ukraine"
},
{
"author": "L. Nakashydze ",
"institution": "Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Gabrinets, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:20Z |
| description | The article presents an approach to reducing energy consumption for heating and cooling of buildings through the use of low-temperature geothermal potential.
The aim of the study is to develop an economical heating and cooling system for buildings through the use of a low-temperature system based on geothermal heat supply and accumulation and to experimentally verify the efficiency of its operation.
The objectives of the study are:
to develop an approach for reducing energy consumption for heating and cooling of buildings through the use of low-temperature geothermal potential;
to analyse the results of experimental measurement of the air flow temperature in the low-temperature geothermal heating system in different periods of the year;
to determine the heat consumption for maintaining the thermal regime of the premises inside the building (at the level of 20 °C) during the heating period.
The scheme of construction of such low temperature energy efficient energy supply system is based on the ground-air heat exchanger. This design solution saves the heat carrier used for heating of the building and electrical energy for air conditioning. At the same time, the air quality in the building improves.
The construction of the designed heating system is presented, in which a low-temperature system based on geothermal heating and cooling is successfully used.
The results of experimental measurement of the efficiency of this system in different periods of the year are given. It has been experimentally proved that the proposed design variant of the studied geothermal installation without additional energy consumption continuously functions effectively throughout the year.
In the spring and autumn period (March-April, October-November), the proposed system allows to ensure the temperature in the building within 18‒21 °C without additional energy consumption. This will allow to reduce gas consumption for this building by 200‒300 m3 during the year, that saves gas consumption in the range of 11‒17 %. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2024.3(78).140-148 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:39:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
140
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Геотермальна енергетика
УДК 621.3 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78)140-148
ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ТЕРМОСТАБІЛІЗАЦІЇ ЖИТЛОВОГО БУДИНКУ
Отримано 07 чер. 2024 р.; рекомендовано до публікації 16 вер. 2024 р.
Доступно онлайн 01 жов. 2024 р.
Габрінець В. О.1, Накашидзе Л. В.2
Автор для кореспонденції: Накашидзе Лілія,
e-mail: mmarina@ukr.net
У статті наведено підхід до зменшення енерговитрат на
опалення та охолодження споруд завдяки використанню
низькотемпературної геотермальної енергії.
Метою дослідження є розробка ощадливої системи опалення і кондиціювання споруди, яка функціонує
за рахунок використання низькотемпературної системи на основі геотермального підводу й акумулю-
вання теплоти, та експериментальна перевірка ефективності її функціонування.
Задачами дослідження є:
− розробка технологічного підходу до зменшення енерговитрат на опалення та кондиціювання споруд
завдяки використанню низькотемпературного геотермального потенціалу;
− проведення аналізу результатів експериментального вимірювання температури повітряного по-
току в низькотемпературній геотермальній системі обігріву та охолодження в різні періоди року;
− визначення теплових витрат на підтримку теплового режиму приміщень в середині споруди (на рі-
вні 20 °С) протягом опалювального періоду.
Схема побудови такої низькотемпературної енергоефективної системи енергозабезпечення базу-
ється на функціонуванні ґрунтово-повітряного теплообмінника. Завдяки такому конструктивному рі-
шенню можна заощадити теплоносій, що використовується під час опалення будівлі, а також елект-
ричну енергію на кондиціювання повітря. Водночас покращується якість повітря в будинку.
Представлена схематична конструкція спроєктованої системи опалення, в якій успішно використано
низькотемпературну систему на основі геотермального підігріву та охолодження повітря.
Представлено результати експериментального вимірювання ефективності функціонування цієї сис-
теми в різні періоди року. Експериментально доведено, що запропонований конструктивний варіант
досліджуваної геотермальної установки без додаткових затрат енергії безперервно ефективно функ-
ціонує протягом року.
У весняно-осінній період (березень-квітень, жовтень-листопад) запропонована система дозволяє забез-
печити температуру в споруді в межах 18–21 °C без додаткових витрат енергії. Це дасть змогу змен-
шити використання газу для цієї споруди протягом року на 200–300 м3, що становить економію ви-
трат споживання газу в межах 11–17 %.
У літній період система дозволяє забезпечити температуру в споруді в межах 22–25 °C при денній
температурі 30‒35 °C .
Ключові слова: низькотемпературна система опалення, геотермальна енергія, теплові витрати, ефе-
ктивність теплозабезпечення, конвекція повітря.
1 д-р. техн. наук, проф.
https://orcid.org/0000-0002-6115-7162
2 д-р. техн. наук
https://orcid.org/0000-0003-3990-6718
1, 2 Дніпровський національний університет
імені Олеся Гончара, м. Дніпро, Україна
141
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Геотермальна енергетика
RESEARCH OF THE GEOTHERMAL SYSTEM OF THERMO STABILIZATION
OF A RESIDENTIAL BUILDING
Received Jun. 07, 2024; accepted Sep. 16, 2024
Available online Oct. 01, 2024
Gabrinets V.1, Nakashydze L.2
Author for correspondence: Nakashydze Liliia,
e-mail: foton_dnu@ukr.net
The article presents an approach to reducing energy consump-
tion for heating and cooling of buildings through the use of low-
temperature geothermal potential.
The aim of the study is to develop an economical heating and cooling system for buildings through the use of a
low-temperature system based on geothermal heat supply and accumulation and to experimentally verify the
efficiency of its operation.
The objectives of the study are:
− to develop an approach for reducing energy consumption for heating and cooling of buildings through the use
of low-temperature geothermal potential;
− to analyse the results of experimental measurement of the air flow temperature in the low-temperature geo-
thermal heating system in different periods of the year;
− to determine the heat consumption for maintaining the thermal regime of the premises inside the building (at
the level of 20 °C) during the heating period.
The scheme of construction of such low temperature energy efficient energy supply system is based on the ground-
air heat exchanger. This design solution saves the heat carrier used for heating of the building and electrical energy
for air conditioning. At the same time, the air quality in the building improves.
The construction of the designed heating system is presented, in which a low-temperature system based on geo-
thermal heating and cooling is successfully used.
The results of experimental measurement of the efficiency of this system in different periods of the year are given.
It has been experimentally proved that the proposed design variant of the studied geothermal installation without
additional energy consumption continuously functions effectively throughout the year.
In the spring and autumn period (March-April, October-November), the proposed system allows to ensure the
temperature in the building within 18‒21 °C without additional energy consumption. This will allow to reduce
gas consumption for this building by 200‒300 m3 during the year, that saves gas consumption in the range of
11‒17 %.
Keywords: low-temperature heating system, geothermal energy, heat consumption, heat supply efficiency, air
convection.
У сучасному світі важливою проблемою є теплозабезпе-
чення житлових та промислових об’єктів. В Україні на це
витрачається 35‒40 % усіх енергоресурсів. Це здебільшого
традиційні викопні енергоносії, як-от вугілля, нафта, газ.
Вони при спалюванні суттєво підвищують кількість СО2 в
атмосфері, а це своєю чергою посилює тепличний ефект.
Це одна з поважних причин, яка змусила країни ЄС пере-
ходити на відновлювані джерела енергії [1]. Серед цих
джерел особливе місце посідає геотермальна енергія. Її
особливість обумовлена такими чинниками:
− Загальнодоступність. Вона присутня в будь який точці
планети, її потенціал є невичерпним. Постійне енерго-
постачання на певному рівні. На відміну від інших ви-
дів відновлюваної енергії, її можна отримувати пос-
тійно – 24 години на добу 365 днів на рік незалежно
від зовнішніх факторів.
− Невичерпність. Геотермальна енергія ніколи не закін-
читься, на відміну від деяких невідновлюваних дже-
рел енергії. Поки існує планета Земля, геотермальна
енергія буде існувати.
− Низькі експлуатаційні витрати. Геотермальні устано-
вки вимагають мінімального обслуговування порів-
няно з іншими енергоустановками. Тож вони надійні
й дешеві в експлуатації.
− Екологічна чистота.
1 Dr. of Science, prof.
https://orcid.org/0000-0002-6115-7162
2 Dr. of Science
https://orcid.org/0000-0003-3990-6718
1, 2 Oles Honchar Dnipro National University,
Dnipro, Ukraine
142
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Геотермальна енергетика
Недоліками є низькі значення щільності теплових пото-
ків у більшості природних зон України.
За даними джерел літератури [1, 2], в Україні наявні бли-
зько 9,3 млн будинків з загальною площею 515,8 млн м2.
Для їх теплопостачання можна використовувати геотер-
мальне тепло з теоретичним запасом теплової енергії
112 521 тис. МВт·год/рік. Найбільші його значення, що при-
падають на Дніпропетровську, Донецьку, Київську, Львів-
ську та Харківську області, – 8529–11027 тис. МВт·год/рік, а
найменші, в Чернівецькій та Херсонській областях – 1535–
1855 тис. МВт·год/рік. Наявні потенційні ресурси геотер-
мальної теплової енергії перевищують потреби енергії
для опалення садибних та житлових будинків [3].
Отже, Україна має потенціал розвитку геотермальної
енергетики. Це обумовлено геологічними особливос-
тями її території. Так, наприклад, в Карпатах, шари Землі
з досить високою температурою перебувають на неве-
ликій глибині. В більшості регіонів для досягнення шарів
з високою температурою необхідно заглиблюватися на
досить велику глибину [1, 2]. Температурний режим ша-
рів Землі в кожному регіоні характеризується геотерміч-
ним градієнтом. Геотермічний градієнт – приріст темпе-
ратури на кожні 100 м при заглибленні в Землю нижче
зони постійних температур. У середньому він дорівнює
3 °C/100 м. Геотермічний градієнт залежить від геологіч-
ної будови, теплопровідності базових порід, циркуляції
підземних вод. Зона постійних температур ґрунту для Ук-
раїни лежить нижче глибини 10–15 м. Вище цих глибин
розташована зона добового та сезонного коливання темпе-
ратур. Добові коливання температури затухають на гли-
бині близько 1,5 м, це залежить від кліматичних умов
місцевості. Колектори для збору геотермального тепла
розташовують здебільшого в цій зоні. Для того, щоб під-
няти значення температури до потрібних 20–22 °C, засто-
совуються теплові насоси [3].
Тенденції та перспективи використання такого низько-
температурного джерела енергії, як геотермальна ене-
ргія, а також проблеми регулювання його потужності
розглядаються науковцями багатьох європейських
країн, Канади, США, Китаю тощо [4, 5]. Приділено увагу
стратегіям видобутку, використання та вдосконалення ге-
отермальної енергії, звичайним, гібридизованим та пок-
ращеним геотермальним системам [6]. Але в цих роботах
не розглядався аспект використання геотермальної
енергії за допомогою трансформаторів теплоти. Завдяки
такому підходу можливе здійснення процесів відведення
теплоти від менш нагрітого тіла і передача її до більш на-
грітого [6]. Експериментальні й технологічні дослі-
дження щодо використання геотермальної енергії в
стаціонарних системах теплозабезпечення представ-
лені в роботах вітчизняних науковців О. В. Зур’яна,
В. Г. Олійніченка, Ю. П. Морозова та ін. [9, 10].
Іноземними фахівцями C. S. Blázquez, D. Borge-Diez,
I. M. Nieto, A. F. Martín, D. González-Aguilera та ін. [11, 12]
проведено дослідження щодо проєктування геотермаль-
ної системи опалення та технічної оптимізації енергопо-
стачання геотермальних теплових насосів. У вказаних на-
укових працях зазначено, що основною особливістю
систем енергозабезпечення є підвищена чутливість
взаємозв’язку всіх конструктивних елементів системи.
Але в цих роботах не розглянуто аспект побудови систем
теплозабезпечення без використання теплових насосів.
У роботах науковців D. Romanov, B. Leiss, M. Soltani,
Farshad M. Kashkooli, A. R. Dehghani-Sanij, A. R. Kazemi,
N. Bordbar, M. J. Farshchi, M. Elmi, K. Gharali,
M. B. Dusseault [7, 8] представлені результати проведе-
них комплексних досліджень геотермальних систем опа-
лення та охолодження і розглянута проблема викорис-
тання геотермальної енергії на різних глибинах для
теплозабезпечення. Але ці дослідження спрямовані на
проєктування систем опалення стаціонарних об’єктів та
використання приповерхневого потенціалу геотермаль-
ного тепла.
Вітчизняні науковці О. В. Зур’ян, В. Г. Олійніченко,
О. Г. Погосов та ін. в роботах [9, 10] провели дослідження
фізичних процесів і впливу зовнішніх факторів на ефек-
тивність функціонування геотермальних систем при
отриманні теплової енергії, але ці дослідження не стосу-
вались систем горизонтальних геотермальних трансфор-
маторів теплоти.
Питання техніко-економічної оцінки горизонтальних ге-
отермальних теплових насосних систем проведено авто-
рами Y. Cui, J. Zhu, S. Twaha, J. Chu, H. Bai, K. Huang,
X. Chen, S. Zoras, Z. Soleimani та ін. представлено в робо-
тах [11, 12]. Але не розглянуто такий аспект, як техніко-
економічне використання геотермальних систем тепло-
забезпечення в заглиблених об’єктах.
У роботі [9] наведено теоретичний аналіз технологій по-
будови та особливостей використання природних аку-
муляторів теплової енергії в приповерхневих шарах Зе-
млі, як у ґрунті, так і у водоносних горизонтах. Виконано
загальний економічний аналіз інвестиційної привабли-
вості впровадження теплонасосних систем, що викорис-
товують як первинне джерело низькопотенціальну від-
новлювану енергію приповерхневих шарів Землі.
Проведено порівняльний аналіз ефективності викорис-
тання геотермального теплового колектора, до складу
якого входять вертикальні ґрунтові теплообмінники та гі-
дротермальний тепловий колектор, що складається з
двох свердловин. Перша свердловина призначена для
забору води, яка відіграє роль теплоносія для роботи те-
плонасосної системи, друга ‒ для повернення відпра-
цьованої води до водоносного горизонту.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ
Метою роботи є розробка ощадливого підігріву і охоло-
дження споруди за рахунок використання низькотемпе-
ратурної системи на основі геотермального підводу й
акумулювання теплової енергії та експериментальна пе-
ревірка ефективності її функціонування.
Задачами дослідження є:
− розробка (розвиток) підходу до зменшення енерго-
витрат на опалення та охолодження споруд завдяки
використанню низькотемпературного геотермаль-
ного потенціалу;
− проведення аналізу результатів експериментального
вимірювання температури повітряного потоку в
https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0
https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0
143
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Геотермальна енергетика
низькотемпературній геотермальній системі обігріву
в різні періоди року;
− визначення теплових витрат на підтримку теплового
режиму приміщень усередині споруди (на рівні 20 °C)
протягом року.
Схема побудови такої низькотемпературної енергоефек-
тивної системи енергозабезпечення базується на функці-
онуванні ґрунтово-повітряного теплообмінника. Завдяки
такому конструктивному рішенню можливе заоща-
дження теплоносія, що використовується при опаленні
будівлі, а також електричної енергії на кондиціювання
повітря. При цьому одночасно покращується якість пові-
тря в будинку.
На етапі формування конструкції враховано, що параме-
три повітряно-ґрунтового теплообмінника залежить від
низки чинників, як-от площа споруди, кратність повітро-
обміну, глибина розміщення, кліматична зона розмі-
щення об’єкта та ін. Також передбачається, що наявність
ґрунтового теплообмінника сприятиме підвищенню тем-
ператури повітря, яке потрапляє у систему. Підвищення
температури повітря забезпечується попереднім його
прогрівом за рахунок безкоштовного геотермального те-
пла, що поступає та зберігається ґрунтом протягом року.
Запропоноване конструктивне рішення дозволяє дотри-
муватись одного з основних нормативів для проєкту-
вання конструкції та роботи систем теплопостачання та
опалення, ДБН В.2.5-39:2008 «Теплові мережі» [13] та
ДБН В.2.5-67:2013 «Опалення, вентиляція та кондиціону-
вання» [14].
Відповідно до цих нормативних документів система опа-
лення має відповідати певним вимогам, що передбача-
ють такі аспекти:
− санітарно-гігієнічні, тобто стале забезпечення темпе-
ратури в приміщенні зі збереженням інших показни-
ків мікроклімату приміщень;
− ресурсозатратність та ін.
ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГО МАТЕРІАЛУ
У представленому експериментальному дослідженні ро-
зглянута інноваційна геотермальна установка, що являє
собою підземну конструкцію, розміщену під житловою
спорудою.
Запропонована конструкція є багатофункціональною і
використовується:
− для зберігання продуктів;
− як бомбосховище, що може мати додатковий вихід
за межами дому;
− як джерело низькотемпературної геотермальної ене-
ргії, що є фактично безкоштовним джерелом енергії;
− як акумулятор теплової енергії;
− для подавання нагрітого повітря в будинок в осінньо-
зимовий та весняний періоди;
− для подавання охолодженого повітря в будинок у лі-
тній періоди.
Запропонована геотермальна система термостабілізації
(ГСТ) складається з заглибленого приміщення (типу
льох). Його розміри 3×2,5×2,5 м. До цього заглибленого
приміщення приєднано канал з поперечним перерізом,
який має розміри 0,5×0,5 м і довжину L = 8,5 м. Один се-
гмент цього каналу розташований на глибіні 2 м і має ве-
ртикальний вихід на поверхню біля споруди (позиція 6
на рис. 1). Другий сегмент каналу (позиція 5 на рис. 1) ро-
зміщено під долівкою споруди та поєднується з льохом.
Ця конструкція забезпечує конвективний рух повітря з
вулиці в будинок, або в зворотному напрямку. Напрямок
руху повітря залежить від співвідношення температур
повітря навколишнього середовища та повітря в буди-
нку. Масив ґрунту навколо каналу та льоху виконує фун-
кцію акумулятора теплової енергії. Якщо температура
повітря в будинку вища за температуру на вулиці, то по-
вітря рухається в будинок через вхід у канал для підводу
повітря (позиція 6 на рис. 1), сам канал (позиція 5 на
рис 1) та льох (позиція 2 на рис. 1) через канал для під-
воду повітря з льоху (позиція 4 на рис. 1) в будинок (по-
зиція 1 на рис. 1). Такий потік повітря має місце взимку
та в більшість днів весною та восени. При цьому відбува-
ється розрядка ґрунтового акумулятора. Взимку при те-
мпературі зовнішнього повітря нижче ніж ‒10 °C зафіксо-
вано зниження температури повітря до 3‒4 °C на виході
з каналу (позиція 5 на рис. 1) та на вході в льох. Темпера-
тура поверхні землі в каналі на виході була 4‒5 °C. Пода-
льше прогрівання повітря здійснювалось в льосі (позиція
2 на рис. 1 ). Тут температура повітря на виході з льоху
(позиція 4 на рис.1) була протягом зими та весни стабіль-
ною і становила від 9 до 12 °C. У цьому разі такий потік
повітря в будинок вздовж каналу дозволяв зменшити ви-
трати газу на нагрівання повітря.
Коли влітку температура на вулиці стає більшою, ніж те-
мпература в будинку, повітря рухається з будинку на ву-
лицю, тобто в зворотному напрямку. В цей період відбу-
вається процес заряджання теплового акумулятора.
Наприклад, температура повітря на вулиці вдень була
33 °C, а в приміщенні 26 °C. У цьому разі потік повітря ру-
хався з будинку на вулицю. Його температура на виході
була 18 °C, тобто знижувалась на 8 °C. Відбувалася до-
бова зарядка теплового акумулятора. Така ситуація була
зафіксована протягом літнього періоду, частково ран-
ньою осінню та наприкінці весни. Тобто в цей період ві-
дбувається сезонна зарядка теплового акумулятора.
Вночі, коли температура на вулиці знижувалась до 16‒
20 °C напрямок повітряного потоку через ГСТ змінювався
на протилежний, тобто з вулиці в будинок. Таким чином,
в будинок з температурою 26 °C надходило охолоджене
повітря з температурою від 17 до 18 °C. Це давало мож-
ливість не використовувати електричну енергію на ро-
боту кондиціонера. Експериментальні вимірювання по-
казали, що для наявності такої конвекції температура
повітря в будинку має бути мінімум на 5 °C вище, ніж на
вулиці.
Схема запропонованого варіанту ГСТ представлена на
рис. 1.
144
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Геотермальна енергетика
Рис. 1. Схема будинку з застосуванням геотермальної системи термостабілізації (ГСТ): 1 – будинок, 2 – льох /
підвальне приміщення, 3 – ґрунт, 4 – канал для підведення повітря з льоху, 5 – канал для підведення повітря в
льох, 6 – вхід у канал для підведення повітря, 7 – засувка, яка регулює витрату повітря в каналі 5, 8 – простір
під долівкою
Fig. 1. Scheme building with geothermal system of thermostabilization (GST): 1 – building, 2 – cellar/basement,
3 – ground, 4 – air supply duct from the cellar, 5 – air supply duct to the cellar, 6 – entrance to the air supply duct,
7 – valve regulating air flow in channel 5, 8 – underfloor space
Експериментальним шляхом встановлено, що запропо-
нована низькотемпературна геотермальна система до-
зволяє здійснювати як добове, так і сезонне акумулю-
вання теплової енергії без додаткових затрат енергії.
Житлова споруда, яка була використана для проведення
експерименту, розташована в низині (орієнтовно нижче
найвищої точки м. Дніпро на 150 м). Таке топологічне ро-
зміщення позитивно впливає на температурний режим
ґрунту. При вимірюванні температури ґрунту встанов-
лено, що на глибині 2 м вона становить 14 °C влітку і 11 °C
взимку. В період спекотного літа 2024 року температура
ґрунту становила 17 °C . Високе значення температур ґру-
нту взимку пояснюється ходом ізотерм ґрунту по глибині
в місті розташування будинку, що показано на рис. 2.
Рис. 2. Ізотерми ґрунту за глибиною розташування
відповідно до розміщення споруди
Fig. 2. Ground isotherms by depth according to the building
location
Продемонстровані на рис. 2 ізотерми вказують на те, що
в низині місцевий геотермальний градієнт завжди біль-
ший, ніж на пагорбах. Тому забезпечується більша щіль-
ність геотермального теплового потоку та більші зна-
чення температур шарів ґрунту. Розташування будинку в
низині має також іншу перевагу. Літом в ясну погоду пі-
сля жаркого дня, коли находить вечір, у низину по пове-
рхні ґрунту сходить прохолодне повітря з температурою,
що на 3–5 градусів нижча, ніж на пагорбах. Це повітря
створюється внаслідок променевого теплообміну між
поверхнею землі та холодними шарами атмосфери, які
розташовані на висоті. Тому температура повітря в ни-
зині за таких умов завжди нижча на 2–4 градуси, ніж на
пагорбах. Це також знижує витрати електричної енергії
на кондиціювання повітря.
У запропонованій низькотемпературній системі обігріву
та кондиціонування рух повітря забезпечувався за раху-
нок дії вільної конвекції. Цьому процесу сприяло геоме-
тричне розташування нахилу каналу (передбачено його
розміщення вгору до поверхні землі). Отже, перепад ви-
сот між дном каналу (позиція 5 на рис. 1) та місцем ви-
ходу повітря в кімнату (позиція 4) становить 2,9 м. Такий
перепад висот дає змогу забезпечувати безперервний
потік повітря з вулиці в споруду чи навпаки протягом
року. Вимірювання показали, що потік повітря залежить
від різниці зовнішньої та внутрішньої температур пові-
тря. Що більше була ця різниця, то інтенсивніше відбува-
вся процес вільної конвекції та більшим був потік пові-
тря. Така конвекція стабільно забезпечувала свіже
повітря в будинку та знижувала витрати тепла на венти-
ляцію. Використання такого комбінування процесів
1
2
3
4
5
67
8
145
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Геотермальна енергетика
природного акумулювання та конвекції дозволило за-
безпечувати стабільне підвищення температури повітря
на виході в кімнату (позиція 4) в осінній та весняний пе-
ріоди в межах 5–10 °C.
У зимовий період температура повітря на виході з геоте-
рмальної установки зафіксована в межах 9–11 °C. Для пі-
дігріву повітря до 20 °C треба застосовувати газовий на-
грівач. Восени та весною температура повітря на виході
з геотермальної установки становила від 140С до 17 °C.
Тому восени та весною це дозволяло підтримувати ком-
фортну температуру приміщення, 20 °C, за рахунок дода-
ткового надходження теплової енергії від сонячного ви-
промінювання, яка потрапляла крізь вікна.
Отримані за результатами проведених експерименталь-
них вимірювань значення зміни температури на виході з
низькотемпературної геотермальної системи протягом
осінньо-зимового періоду залежно від температури зов-
нішнього повітря представлені на рис. 3.
Рис. 3. Зміна температури на виході з геотермальної системи протягом осінньо-зимового періоду залежно від
температури зовнішнього повітря
Fig. 3. Temperature change at the outlet of the geothermal system during the autumn-winter period depending on the
outside air temperature.
На основі отриманих в результаті експериментальних
вимірювань даних було проведено розрахунок теплових
витрат, які необхідні для підтримки теплового режиму в
приміщеннях будинку на рівні 20 °C протягом опалюва-
льного сезону. При цьому було враховано витрати на га-
ряче водопостачання та вентиляцію. Загальна спожи-
вана теплова потужність будинком ∑Q розраховувалась
відповідно (1). Вона становить:
∑Q = Qоб +Qг.в. +Qвент (1)
де Qоб – витрати тепла на обігрів будинку,
Qг.в. – витрати тепла на гаряче водопостачання,
Qвент – витрати тепла на вентиляцію.
Загальна споживана теплова потужність будинком отри-
мана вимірюванням витрати спожитого газу (∆V) за окре-
слений період при певному значенні температури зовні-
шнього повітря та розрахунком отриманої при цьому
теплової енергії (∑Qg) відповідно до співвідношення (2).
∑𝑄𝑔 = 𝑟 ⋅ 𝛥𝑉𝑔 (2)
де ∑Qg – кількість тепла, що виділяється при спалюванні
газу об’ємом Vg;
r – теплотворна здатність природного газу, яка прийма-
лась рівною 33,5 МДж/м3
Об’єм витрат газу визначався відповідно до фактичних
показів встановленого газового лічильника.
Для проведення розрахунків використовувались показ-
ники температури зовнішнього повітря, які були отри-
мані за результатами експериментальних вимірювань.
Для проведення розрахунків була використана методика,
відповідно до якої секундна споживана теплова потуж-
ність будинком ∑Q прирівнювалась до секундного виді-
лення теплоти при спалюванні секундної витрати газу.
Секундна витрата газу (Vs) визначалась відповідно до
співвідношення (3):
360024n
V
V
s
=
(3)
146
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Геотермальна енергетика
де n – кількість днів між зніманням показів газових лічи-
льників.
Відповідно до вибраної методики розраховані теплові ви-
трати ∑Qg прирівнювалися до споживаної теплової потуж-
ності ∑Q та розраховувались, як секундні теплові витрати
будинку в залежності від температури зовнішнього повітря.
(4)
Було розглянуто та проведено порівняння двох варіантів
системи теплопостачання: з використанням низькотем-
пературної геотермальної енергії та без неї (рис. 4).
Рис. 4. Залежність теплових витрат будинку від температури зовнішнього повітря при наявності геотер-
мальної споруди та без неї
Fig. 4. Dependence of heat consumption of a building on the outside air temperature with and without geothermal struc-
ture
У цьому дослідженні зроблено оцінку потужності геоте-
рмальної енергії (Qгео,), яка відбирається на нагрів буди-
нку, з урахуванням таких параметрів: теплова потужність
повітряного потоку, який рухається зі швидкістю (W) із ге-
отермальної системи в будинок; геометричні розміри
площі поперечного перерізу теплового каналу (S); пара-
метри зміни температури (∆Т = Тв-ТQ).
Розрахунок проводився відповідно до (5).
TcWSQ
pгеот
= (5)
Результати розрахунку теплової потужності системи, які
зроблені відповідно до співвідношення (5) залежно від
нагріву повітря ∆Т, представлені на рис. 5.
Рис. 5. Залежність теплової потужності низькотемпературної системи геотермального нагріву від зміни
температури нагріву повітря в ГСТ
Fig. 5. Dependence of the heat output of a low-temperature geothermal heating system on temperature changes of air in GST.
g
Q Q=
147
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Геотермальна енергетика
Дані, представлені на рис. 5, свідчать, що потужність ге-
отермальної установки явно недостатня для зимового
теплозабезпечення будинку. Але у весняно-осінній пе-
ріод вона дозволяє на 20–30 днів зменшити тривалість
опалювального періоду. Восени та весною температура
повітря на виході з геотермальної установки становила
від 14 до 17 °C. Тому в цей період можна було підтриму-
вати комфортну температуру приміщення, 20 °C, за раху-
нок додаткового надходження теплової енергії від соня-
чного випромінювання, яка потрапляла крізь вікна, або
за рахунок каміна.
У цей період додатково за певних температурних умов
відбувався також процес акумулювання теплової енергії
в ГСТ.
Особливістю запропонованої системи є те, що зафіксо-
вані зміни напрямку руху потоку повітря в різні періоди
року відбувались без додаткової витрати енергії та без
втручання людини. Такий принцип функціонування ГСТ у
режимах розрядки-акумулювання-зарядки дозволяє пе-
ревести наявний в споруді газовий нагрівач на менш ін-
тенсивний режим роботи, а також восени включати його
на 2 тижні пізніше, а весною виключати на два тижні ра-
ніше, тобто розпочинати опалювальний сезон з початку
листопада, а не з 15 жовтня, та завершувати його на по-
чатку березня, а не 15 квітня. Це головний фактор, який
істотно впливає на економію енергоносіїв. Можливість
не включати літом кондиціонер за наявності запропоно-
ваної ГСТ є другим фактором впливу на економію витрат
енергоносіїв. Третій фактор, що впливає на економію,
пов’язаний зі зниженням втрат тепла через долівку вна-
слідок підвищення температури повітря під долівкою на
5–10 °C. Використання запропонованої системи дає
змогу скоротити тривалість опалювального сезону на
25–30 днів.
Висновки
Під час проведення досліджень розроблено підходи до
зменшення енерговитрат на опалення та охолодження
споруд завдяки використанню низькотемпературного
геотермального потенціалу. Спроєктовано та побудо-
вано систему опалення, в якій успішно використано ни-
зькотемпературну систему на основі геотермального пі-
дводу теплоти та ґрунтового теплового акумулятора.
Здійснено експериментальні вимірювання ефективності
функціонування цієї системи в різні періоди року.
Проведено аналіз результатів експериментального вимі-
рювання температури повітряного потоку в низькотем-
пературній геотермальній системі обігріву в різні пері-
оди року. Експериментально встановлено, що
запропонований конструктивний варіант досліджуваної
геотермальної установки без додаткових затрат енергії
безперервно працює протягом року.
У весняно-осінній період (березень-квітень, жовтень-ли-
стопад) запропонована система дозволяє забезпечити
температуру в споруді в межах 18–21 °C без додаткових
витрат традиційної енергії. Функціонування запропоно-
ваної ГСТ дає змогу перевести наявний в споруді газовий
нагрівач на менш інтенсивний режим роботи. Загалом
використання ГСТ дозволило скоротити тривалість опа-
лювального сезону на 25–30 днів:
- У літній період завдяки цій установці можна підтриму-
вати в приміщенні потрібну температуру без застосу-
вання кондиціонера.
- У зимовий період система дає змогу зменшити теплові
витрати на вентиляцію та знизити втрати тепла через до-
лівку внаслідок підвищення температури повітря під до-
лівкою на 5–10 °C.
Усі ці фактори, які діють протягом року, дозволяють зме-
ншити на 11–17 % використання газу для цієї споруди,
що підтверджено експериментально.
Крім цього, наявність запропонованої ГСТ у разі повного
відключення газу та електричної енергії відверне зни-
ження температури в будинку нижче 4–6 °C при зовніш-
ній температурі в межах від –10 до –15 °C. Це дозволить
запобігти замерзанню водогонів у будинку. В разі сполу-
чення запропонованої конструкції з додатковим джере-
лом теплової енергії (наприклад, твердопаливний котел)
будуть забезпечені комфортні умови проживання в 1–2
кімнатах споруди. Це особливо важливо в період воєн-
них дій та за наявності дефіциту енергії.
ПОСИЛАННЯ
1. Енергетична безпека України: оцінка та напрямки за-
безпечення / за ред. Ю. В. Продана, Б. С. Стогнія. НАН
України, Нац. техн. ун-т України «Київський політехні-
чний інститут». Київ. 2008. 400 c.
2. Атлас енергетичного потенціалу відновлюваних і не-
традиційних джерел енергії України / НАН України,
Інститут відновлюваної енергетики, Держ. ком. Укра-
їни з енергозбереження. Київ. 2005. 45 с.
3. Шубенко В. О. Використання низькотемпературних
джерел енергії та їх перетворювачів / В. О. Шубенко,
С. М. Кухарець // Перспективи розвитку альтернатив-
ної енергетики на Поліссі України / відп. ред.
О. В. Скидан. Київ: Центр учбової літератури. 2014. С.
240–261.
http://ir.znau.edu.ua/handle/123456789/3962
4. Huang S. Low-cost optimization of geothermal heating
system with thermal energy storage for an office build-
ing/ S. Huang, X. Zhao, L. Wang, X. Bu, H.Li. Thermal Sci-
ence and Engineering Progress. Vol. 42. 1 July 2023,
101918. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101918
5. Islam M. T. Trends and prospects of geothermal energy
as an alternative source of power: A comprehensive re-
view / M. T. Islam, M. N. Nabi, M. A. Arefin, K. Mo-
stakim, F. Rashid, N. M. S. Hassan, S. M. A. Rahman,
S. McIntosh, B. J. Mullins, S. M. Muyeenj. Heliyon. 2022.
Dec; 8(12): e11836. Published online 2022. Nov. 25.
doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e11836
http://ir.znau.edu.ua/handle/123456789/3962
https://www.sciencedirect.com/journal/thermal-science-and-engineering-progress
https://www.sciencedirect.com/journal/thermal-science-and-engineering-progress
https://www.sciencedirect.com/journal/thermal-science-and-engineering-progress/vol/42/suppl/C
https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101918
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Islam%20MT%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Islam%20MT%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Nabi%20M%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Arefin%20M%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Mostakim%20K%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Mostakim%20K%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Rashid%20F%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Hassan%20N%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Rahman%20S%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=McIntosh%20S%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Mullins%20B%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Muyeen%20S%5BAuthor%5D
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9718987/
https://doi.org/10.1016%2Fj.heliyon.2022.e11836
148
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Геотермальна енергетика
6. Низькопотенційні джерела енергії: розрахунково-
графічна робота. [Електронний ресурс]: навчальний
посібник для студ. спеціальності 141 «Електроенерге-
тика, електротехніка та електромеханіка» / уклад.:
Ю. П. Вишневська, О. В. Козачук. КПІ ім. Ігоря Сікорсь-
кого. Електронні текстові дані (1 файл: 2,11 Мбайт).
Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського. 2023. 28 с.).
7. Romanov D. Geothermal energy at different depths for
district heating and cooling of existing and future
building stock /D. Romanov, B. Leiss. Renewable and
Sustainable Energy Reviews. Vol. 167, Oct. 2022.
112727. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112727
8. Soltani M. A. comprehensive study of geothermal
heating and cooling systems. Sustainable Cities and
Society. Vol. 44. Jan. 2019. P. 793–818.
https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.09.036Get rights
and content.
9. Зур’ян О. В., Олійніченко В. Г. Гідротермальна сис-
тема отримання теплової енергії, фізичні процеси,
ефективність. Вісник ВПІ. Вип. 4. Серп. 2021. С. 40–46,
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-157-4-40-46
10. Морозов Ю. П. Видобування геотермальної енергії:
монографія / Ю. П. Морозов. Київ: ІВЕ. 2022. 245 с.
11. Cui Y. Techno-economic assessment of the horizontal
geothermal heat pump systems: A comprehensive
review /Y. Cui, J. Zhu, S. Twaha, J. Chu, H. Bai, K. Huang,
X. Chen, S. Zoras, Z. Soleimani. Energy Conversion and
Management. Vol. 191. 1 July 2019. P. 208–236.
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.04.018
12. Islam M. T. Trends and prospects of geothermal energy
as an alternative source of power: A comprehensive re-
view /M. T. Islam, M. N. Nabi, M. A. Arefin, K. Mostakim,
F. Rashid, N. M. S. Hassan, S. M. A. Rahman, S. McIn-
tosh, B. J. Mullins, S. M. Muyeenj. Heliyon. 2022. Dec;
8(12): e11836. Published online 2022 Nov. 25.
doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e11836
13. ДБН В.2.5-39:2008 „Теплові мережі”. Київ: Мінрегі-
онбуд України. 2009. С. 56.
14. ДБН В.2.5-67:2013 „Опалення, вентиляція та кондиці-
онування”.
REFERENIS
1. Enerhetychna bezpeka Ukrainy: otsinka ta napriamky
zabezpechennia / za red. Yu. V. Prodana, B. S. Stohniia.
NAN Ukrainy, Nats. tekhn. un-t Ukrainy «Kyiv. politekhn.
instytut». Kyiv. 2008. 400 c.
2. Atlas enerhetychnoho potentsialu vidnovliuvanykh i ne-
tradytsiinykh dzherel enerhii Ukrainy / NAN Ukrainy, In-
stytut vidnovliuvanoi enerhetyky, Derzh. kom. Ukrainy z
enerhozberezhennia. K., 2005. 45 s.
3. Shubenko V. O. Vykorystannia nyzkotemperaturnykh
dzherel enerhii ta yikh peretvoriuvachiv / V. O. Shuben-
ko, S. M. Kukharets. Perspektyvy rozvytku alternatyvnoi
enerhetyky na Polissi Ukrainy / vidp. red. O. V. Skydan.
K.: Tsentr uchbovoi literatury. 2014. S. 240–261.
http://ir.znau.edu.ua/handle/123456789/3962
4. Huang S. Low-cost optimization of geothermal heating
system with thermal energy storage for an office build-
ing / S. Huang, X. Zhao, L. Wang, X. Bu, H. Li. Thermal Sci-
ence and Engineering Progress. Vol. 42. 1 July 2023.
101918. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101918
5. Islam M. T. Trends and prospects of geothermal energy
as an alternative source of power: A comprehensive re-
view / M. T. Islam, M. N. Nabi, M. A. Arefin, K. Mo-
stakim, F. Rashid, N. M. S. Hassan, S. M. A. Rahman,
S. McIntosh, B. J. Mullins, S. M. Muyeenj. Heliyon. 2022.
Dec; 8(12): e11836. Published online 2022. Nov. 25.
doi:10.1016/j.heliyon.2022.e11836
6. Nyzkopotentsiini dzherela enerhii: rozrakhunkovo-hra-
fichna robota. [Elektronnyi resurs]: navchalnyi posibnyk
dlia stud. spetsialnosti 141 «Elektroenerhetyka, el-
ektrotekhnika ta elektromekhanika» / uklad.:
Yu. P. Vyshnevska, O. V. Kozachuk. KPI im. Ihoria Sikor-
skoho. Elektronni tekstovi dani (1 fail: 2,11 Mbait). Kyiv:
KPI im. Ihoria Sikorskoho. 2023. 28 s.
7. Romanov D. Geothermal energy at different depths for
district heating and cooling of existing and future build-
ing stock / D. Romanov, B. Leiss. Renewable and Sustain-
able Energy Reviews. Vol. 167. Oct. 2022. 112727.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112727
8. Soltani M. A comprehensive study of geothermal heat-
ing and cooling systems. Sustainable Cities and Society.
Vol. 44. Jan. 2019. P. 793–818.
https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.09.036Get rights
and content
9. Zurian O. V., Oliinichenko V. H. Hidrotermalna systema
otrymannia teplovoi enerhii, fizychni protsesy, efektyv-
nist. Visnyk VPI. Vyp. 4. S. 40–46, Serp. 2021.
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-157-4-40-46
10. Morozov Yu. P. Vydobuvannia heotermalnoi enerhii:
monohrafiia / Yu. P. Morozov. Kyiv: IVE. 2022. 245 s.
11. Cui Y. Techno-economic assessment of the horizontal ge-
othermal heat pump systems: A comprehensive review
/Y. Cui, J. Zhu, S. Twaha, J. Chu, H. Bai, K. Huang,
X. Chen, S. Zoras, Z. Soleimani. Energy Conversion and
Management. Vol. 191. 1 July 2019. P. 208–236.
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.04.018
12. Islam M. T. Trends and prospects of geothermal energy
as an alternative source of power: A comprehensive re-
view / M. T. Islam, M. N. Nabi, M. A. Arefin, K. Mo-
stakim, F. Rashid, N. M. S. Hassan, S. M. A. Rahman,
S. McIntosh, B. J. Mullins, S. M. Muyeenj. Heliyon. 2022.
Dec; 8(12): e11836. Published online 2022. Nov. 25. doi:
10.1016/j.heliyon.2022.e11836
13. DBH В.2.5-39:2008 „Tehlovi mereji”. Київ:
Мінрегіонбуд України. 2009. С. 56.
14. DBH В.2.5-67:2013 „Opaleny, ventilyziy, kon-
dyzionuvannjy”.
https://www.sciencedirect.com/journal/renewable-and-sustainable-energy-reviews
https://www.sciencedirect.com/journal/renewable-and-sustainable-energy-reviews
https://www.sciencedirect.com/journal/renewable-and-sustainable-energy-reviews/vol/167/suppl/C
https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112727
https://www.sciencedirect.com/journal/sustainable-cities-and-society
https://www.sciencedirect.com/journal/sustainable-cities-and-society
https://www.sciencedirect.com/journal/sustainable-cities-and-society/vol/44/suppl/C
https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.09.036
https://s100.copyright.com/AppDispatchServlet?publisherName=ELS&contentID=S2210670718306838&orderBeanReset=true
https://s100.copyright.com/AppDispatchServlet?publisherName=ELS&contentID=S2210670718306838&orderBeanReset=true
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-157-4-40-46
https://www.sciencedirect.com/journal/energy-conversion-and-management
https://www.sciencedirect.com/journal/energy-conversion-and-management
https://www.sciencedirect.com/journal/energy-conversion-and-management/vol/191/suppl/C
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.04.018
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Islam%20MT%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Islam%20MT%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Nabi%20M%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Arefin%20M%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Mostakim%20K%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Rashid%20F%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Hassan%20N%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Rahman%20S%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=McIntosh%20S%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=McIntosh%20S%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Mullins%20B%5BAuthor%5D
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Muyeen%20S%5BAuthor%5D
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9718987/
https://doi.org/10.1016%2Fj.heliyon.2022.e11836
http://ir.znau.edu.ua/handle/123456789/3962
https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101918
https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112727
https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.09.036Get
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-157-4-40-46
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.04.018
|
| id | veorgua-article-479 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:14:01Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/ca/d1b0fb02487591c8b2437b478e242eca.pdf |
| spelling | veorgua-article-4792026-07-18T06:32:20Z RESEARCH OF THE GEOTHERMAL SYSTEM OF THERMO STABILIZATION OF A RESIDENTIAL BUILDING ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ТЕРМОСТАБІЛІЗАЦІЇ ЖИТЛОВОГО БУДИНКУ Gabrinets, V. Nakashydze , L. low-temperature heating system, geothermal energy, heat consumption, heat supply efficiency, air convec-tion. низькотемпературна система опалення, геотермальна енергія, теплові витрати, ефективність теплозабезпечення, конвекція повітря. The article presents an approach to reducing energy consumption for heating and cooling of buildings through the use of low-temperature geothermal potential. The aim of the study is to develop an economical heating and cooling system for buildings through the use of a low-temperature system based on geothermal heat supply and accumulation and to experimentally verify the efficiency of its operation. The objectives of the study are: to develop an approach for reducing energy consumption for heating and cooling of buildings through the use of low-temperature geothermal potential; to analyse the results of experimental measurement of the air flow temperature in the low-temperature geothermal heating system in different periods of the year; to determine the heat consumption for maintaining the thermal regime of the premises inside the building (at the level of 20 °C) during the heating period. The scheme of construction of such low temperature energy efficient energy supply system is based on the ground-air heat exchanger. This design solution saves the heat carrier used for heating of the building and electrical energy for air conditioning. At the same time, the air quality in the building improves. The construction of the designed heating system is presented, in which a low-temperature system based on geothermal heating and cooling is successfully used. The results of experimental measurement of the efficiency of this system in different periods of the year are given. It has been experimentally proved that the proposed design variant of the studied geothermal installation without additional energy consumption continuously functions effectively throughout the year. In the spring and autumn period (March-April, October-November), the proposed system allows to ensure the temperature in the building within 18‒21 °C without additional energy consumption. This will allow to reduce gas consumption for this building by 200‒300 m3 during the year, that saves gas consumption in the range of 11‒17 %. У статті наведено підхід до зменшення енерговитрат на опалення та охолодження споруд завдяки використанню низькотемпературної геотермальної енергії. Метою дослідження є розробка ощадливої системи опалення і кондиціювання споруди, яка функціонує за рахунок використання низькотемпературної системи на основі геотермального підводу й акумулювання теплоти, та експериментальна перевірка ефективності її функціонування. Задачами дослідження є: розробка технологічного підходу до зменшення енерговитрат на опалення та кондиціювання споруд завдяки використанню низькотемпературного геотермального потенціалу; проведення аналізу результатів експериментального вимірювання температури повітряного потоку в низькотемпературній геотермальній системі обігріву та охолодження в різні періоди року; визначення теплових витрат на підтримку теплового режиму приміщень в середині споруди (на рівні 20 °С) протягом опалювального періоду. Схема побудови такої низькотемпературної енергоефективної системи енергозабезпечення базується на функціонуванні ґрунтово-повітряного теплообмінника. Завдяки такому конструктивному рішенню можна заощадити теплоносій, що використовується під час опалення будівлі, а також електричну енергію на кондиціювання повітря. Водночас покращується якість повітря в будинку. Представлена схематична конструкція спроєктованої системи опалення, в якій успішно використано низькотемпературну систему на основі геотермального підігріву та охолодження повітря. Представлено результати експериментального вимірювання ефективності функціонування цієї системи в різні періоди року. Експериментально доведено, що запропонований конструктивний варіант досліджуваної геотермальної установки без додаткових затрат енергії безперервно ефективно функціонує протягом року. У весняно-осінній період (березень-квітень, жовтень-листопад) запропонована система дозволяє забезпечити температуру в споруді в межах 18–21 °C без додаткових витрат енергії. Це дасть змогу зменшити використання газу для цієї споруди протягом року на 200–300 м3, що становить економію витрат споживання газу в межах 11–17 %. У літній період система дозволяє забезпечити температуру в споруді в межах 22–25 °C при денній температурі 30‒35 °C . Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2024-09-30 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/479 10.36296/1819-8058.2024.3(78).140-148 Vidnovluvana energetika ; No. 3(78) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 140-148 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 3(78) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 140-148 Відновлювана енергетика; № 3(78) (2024): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 140-148 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2024.3(78) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/479/388 Copyright (c) 2024 V. Gabrinets, L. Nakashydze https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | low-temperature heating system geothermal energy heat consumption heat supply efficiency air convec-tion. Gabrinets, V. Nakashydze , L. RESEARCH OF THE GEOTHERMAL SYSTEM OF THERMO STABILIZATION OF A RESIDENTIAL BUILDING |
| title | RESEARCH OF THE GEOTHERMAL SYSTEM OF THERMO STABILIZATION OF A RESIDENTIAL BUILDING |
| title_alt | ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ТЕРМОСТАБІЛІЗАЦІЇ ЖИТЛОВОГО БУДИНКУ |
| title_full | RESEARCH OF THE GEOTHERMAL SYSTEM OF THERMO STABILIZATION OF A RESIDENTIAL BUILDING |
| title_fullStr | RESEARCH OF THE GEOTHERMAL SYSTEM OF THERMO STABILIZATION OF A RESIDENTIAL BUILDING |
| title_full_unstemmed | RESEARCH OF THE GEOTHERMAL SYSTEM OF THERMO STABILIZATION OF A RESIDENTIAL BUILDING |
| title_short | RESEARCH OF THE GEOTHERMAL SYSTEM OF THERMO STABILIZATION OF A RESIDENTIAL BUILDING |
| title_sort | research of the geothermal system of thermo stabilization of a residential building |
| topic | low-temperature heating system geothermal energy heat consumption heat supply efficiency air convec-tion. |
| topic_facet | low-temperature heating system geothermal energy heat consumption heat supply efficiency air convec-tion. низькотемпературна система опалення геотермальна енергія теплові витрати ефективність теплозабезпечення конвекція повітря. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/479 |
| work_keys_str_mv | AT gabrinetsv researchofthegeothermalsystemofthermostabilizationofaresidentialbuilding AT nakashydzel researchofthegeothermalsystemofthermostabilizationofaresidentialbuilding AT gabrinetsv doslídžennâgeotermalʹnoísistemitermostabílízacíížitlovogobudinku AT nakashydzel doslídžennâgeotermalʹnoísistemitermostabílízacíížitlovogobudinku |