USE OF GEOTHERMAL COOLING BY AIR CONDITIONING SYSTEMS AS A MEANS OF REDUCING THE LOAD ON POWER SUPPLY SYSTEMS IN THE WARM SEASON
This article analyses the use of geothermal cooling systems by air conditioning systems as a means of reducing the load on the power supply systems during the warm season. This load can be reduced by using more energy efficient technologies such as geothermal cooling systems. For this purpose, geoth...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/514 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103889081630720 |
|---|---|
| author | Lysak , O. |
| author_facet | Lysak , O. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "O. Lysak ",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Lysak , O. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:21Z |
| description | This article analyses the use of geothermal cooling systems by air conditioning systems as a means of reducing the load on the power supply systems during the warm season. This load can be reduced by using more energy efficient technologies such as geothermal cooling systems. For this purpose, geothermal cooling systems were analysed depending on the source of cold, the scheme of cold extraction and the scheme of en-suring the temperature mode of the cooling medium in the building's cooling system. The analysis showed that the lowest energy consumption occurs when the temperature of the cold source of the geothermal cool-ing system is lower than the temperature of the cooling medium in the building's cooling system. This would eliminate the need for a chiller and significantly reduce energy consumption in the system. This type of cooling is called 'geocooling'. To compare the energy efficiency of different systems, the energy efficiency ratio (EER) is used, which is the ratio between the amount of cooling produced by the cooling system and the electrical energy consumed by the cooling system. It shows that the use of geo-cooling technology can reduce electricity consumption by 90% compared to the use of air-cooled chillers, and by 77-80% in the case of chillers with geo-thermal cooling systems. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2025.1(80).116-123 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:39:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
116
Відновлювана енергетика. №1/2025 | Геотермальна енергетика
УДК 504.062.2; 697.975 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.1(80)116-123
ВИКОРИСТАННЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ХОЛОДОПОСТАЧАННЯ СИСТЕМАМИ КОНДИЦІОНУВАННЯ
ПОВІТРЯ ЯК ЗАСІБ ЗНИЖЕННЯ НАВАНТАЖЕННЯ НА СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ В
ТЕПЛИЙ ПЕРІОД РОКУ
Отримано 06 груд. 2024 р.; рекомендовано до публікації 14 бер. 2025 р.
Доступно онлайн 01 квіт. 2025 р.
Лисак О. В.
Автор для кореспонденції: Лисак Олег,
e-mail: oleg.v.lysak@gmail.com
Анотація. У цій статті проаналізовано використання геотермальних систем холодопостачання
системами кондиціонування повітря як засіб зниження навантаження на системи електропоста-
чання в теплий період року. Знизити це навантаження можливо за рахунок використання більш ене-
ргоощадних технологій, таких як системи геотермального холодопостачання. Для цього було про-
аналізовано системи геотермального холодопостачання залежно від джерела холоду, схеми відбору
холоду та схеми забезпечення температурного режиму холодоносія в системі холодопостачання
будівлі. Аналіз показав, що витрати електроенергії будуть найменшими, якщо температура дже-
рела холоду системи геотермального холодопостачання буде меншою за температуру холодоносія
в системі холодопостачання будівлі. Це дозволить не використовувати холодильну машину та зна-
чно знизити витрати електроенергії в системі. Такий режим охолодження отримав назву «геоохо-
лодження». Для порівняння енергоефективності різних схем застосовано коефіцієнт енергоефекти-
вності (EER), який показує співвідношення між обсягом холоду, виробленого системою
холодопостачання, та електричною енергією, витраченою на роботу системи холодопостачання.
Показано, що застосування технології «геоохолодження» дає змогу знизити витрати електроенер-
гії у порівнянні з використанням повітряних холодильних машин на 90 %, а в разі використання холо-
дильних машин з застосуванням геотермальних систем холодопостачання − на 77…80 %.
Ключові слова: електроенергія, геотермальне холодопостачання, холодопостачання, геоохолодження.
USE OF GEOTHERMAL COOLING BY AIR CONDITIONING SYSTEMS AS A MEANS OF REDUCING THE
LOAD ON POWER SUPPLY SYSTEMS IN THE WARM SEASON
Received Dec. 06, 2024; accepted Mar. 14, 2025
Available online Apr. 01, 2025
Lysak O.
Author for correspondence: Lysak Oleh,
e-mail: oleg.v.lysak@gmail.com
Abstract. This article analyses the use of geothermal cooling systems by air conditioning systems as a means
of reducing the load on the power supply systems during the warm season. This load can be reduced by using
more energy efficient technologies such as geothermal cooling systems. For this purpose, geothermal cooling
systems were analysed depending on the source of cold, the scheme of cold extraction and the scheme of en-
suring the temperature mode of the cooling medium in the building's cooling system. The analysis showed
that the lowest energy consumption occurs when the temperature of the cold source of the geothermal cool-
ing system is lower than the temperature of the cooling medium in the building's cooling system. This would
eliminate the need for a chiller and significantly reduce energy consumption in the system. This type of cooling
is called 'geocooling'. To compare the energy efficiency of different systems, the energy efficiency ratio (EER)
is used, which is the ratio between the amount of cooling produced by the cooling system and the electrical
energy consumed by the cooling system. It shows that the use of geo-cooling technology can reduce electricity
канд. техн. наук
https://orcid.org/0000-0002-4934-0685
Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, м. Київ, Україна
Cand. of Tech. Science
https://orcid.org/0000-0002-4934-0685
Institute of Renewable Energy of the NAS of
Ukraine, Kyiv, Ukraine
117
Відновлювана енергетика. №1/2025 | Геотермальна енергетика
consumption by 90% compared to the use of air-cooled chillers, and by 77-80% in the case of chillers with geo-
thermal cooling systems.
Keywords: electricity, geothermal cooling, cooling supply, geocooling
Вступ
За останні два десятиліття істотно зросли енергетичні ви-
трати на забезпечення холодопостачання будівель з ме-
тою охолодження приміщень [1]. Згідно з даними [2], у
період з 1990 до 2016 року частка енергоспоживання жи-
тлових та комерційних будівель, спрямована на охоло-
дження приміщень, від загального енергоспоживання
зросла від 13 до 18,5 % − в абсолютних значеннях у той
самий період кількість використаної для охолодження
приміщень електроенергії потроїлась, досягнувши зна-
чення 2020 ТВт·год. Оскільки середньосвітовий рівень
поширення систем кондиціонування повітря (СКП) для
охолодження приміщень є досить низьким [1, 3], то існує
значний потенціал для зростання їх використання й, від-
повідно, підвищення енергетичних витрат на забезпе-
чення охолодження приміщень. І таке зростання рівня за-
безпечення охолодження приміщень пов’язане не лише
зі створенням комфортних умов, але й з уникненням ри-
зиків для здоров’я людини внаслідок спеки [4, 5].
Сьогодні для холодопостачання СКП з метою охоло-
дження приміщень переважно застосовують холоди-
льні машини (ХМ) − або теплові насоси (ТН) у режимі
охолодження − з повітряним охолодженням [3], які, од-
нак, не є найефективнішим варіантом. До того ж корис-
тувачі переважно вибирають такі моделі СКП, енергое-
фективність яких перебуває в нижньому діапазоні
представлених на ринку СКП [2].
Тому особливої актуальності набуває розробка більш
енергоефективних схем холодопостачання СКП у порів-
нянні з холодопостачанням від ХМ з повітряним охоло-
дженням. Зокрема, більш енергоефективними систе-
мами холодопостачання вважаються системи
геотермального холодопостачання [6].
Мета і задачі
Метою цієї роботи є оцінка рівня зниження наванта-
ження на системи електропостачання в теплий період
року за рахунок використання СКП геотермального хо-
лодопостачання замість холодопостачання з викорис-
танням ХМ з повітряним охолодженням. Для спро-
щення далі в роботі термін «геотермальне
охолодження» використовується саме в контексті енер-
гозабезпечення СКП в теплий період року.
Для досягнення мети поставлено такі задачі:
• навести огляд основних типів систем геотермаль-
ного холодопостачання;
• проаналізувати вибрані типи систем геотермального
холодопостачання з огляду на витрати електроенер-
гії для забезпечення їх роботи;
• оцінити зниження навантаження на системи елект-
ропостачання в теплий період року за рахунок вико-
ристання СКП геотермального холодопостачання рі-
зних типів замість холодопостачання з використан-
ням ХМ з повітряним охолодженням.
Огляд основних типів систем геотермального холодо-
постачання
Для порівняння різних типів систем геотермального хо-
лодопостачання потрібно їх класифікувати за певними
критеріями. В цьому аналізі розглянемо класифікації: за
джерелом холоду, за схемою відбору холоду та за схе-
мою забезпечення температурного режиму холодоно-
сія в системі холодопостачання будівлі – з подальшим
висновком по цих методах класифікації.
Класифікація за джерелом холоду необхідна для того,
щоби відрізняти джерела холоду з одними характер-
ними умовами від інших. Згідно з [7] термальна енергія
Землі поділяється на три типи (рис. 1):
• аеротермальна енергія, де джерелом холоду є по-
вітря;
• гідротермальна енергія, де джерелом холоду є по-
верхня водойми;
• геотермальна енергія, де джерелом холоду є ґрунт
та підземні води.
Втім, такої класифікації дотримуються не завжди: на-
приклад, у [8] під терміном «геотермальні системи» ра-
зом розглядались як геотермальні, так й гідротермальні
системи попри те, що вони використовують різні дже-
рела холоду. Тобто особливості роботи геотермальних
та гідротермальних систем мають більше спільного, ніж
аеротермальні системи, що спричиняє таке поєднання.
Рис. 1. Три типи термальної енергії Землі
Fig. 1. Three types of thermal energy of the Earth
118
Відновлювана енергетика. №1/2025 | Геотермальна енергетика
Класифікація за схемою відбору холоду необхідна для
того, щоби розрізнити ці схеми залежно від способу за-
безпечення роботи системи холодопостачання та пода-
льшим аналізом впливу схеми відбору холоду на показ-
ники енергоспоживання системи холодопостачання,
зокрема з огляду на температуру джерела холоду. На
основі аналізу робіт [7–9], що містили класифікації гео-
термальних систем холодопостачання, було виділено
такі чотири основні схеми відбору холоду (рис. 2):
• схема з використанням водоносного горизонту
(рис. 2, a);
• схема з використанням вертикальних свердловин
(рис. 2, b);
• схема з використанням горизонтального теплооб-
мінника (рис. 2, c);
• схема з використанням теплообмінника у відкритій
водоймі (рис. 2, d).
a b
c
Рис. 2. Принципові схеми систем геотермального холодопостачання:
а − схема з використанням водоносного горизонту;
b − схема з використанням вертикальних свердловин;
c − схема з використанням горизонтального теплообмінника;
d − схема з використанням теплообмінника у відкритій водоймі
Fig. 2. Schematic diagrams of geothermal cooling systems:
а − scheme using an aquifer;
b − scheme using vertical boreholes;
c − scheme using a horizontal heat exchanger;
d − scheme with a heat exchanger in surface water
Варто відзначити, що четверта схема (рис. 2, d) є прик-
ладом вищезгаданого випадку поєднання огляду геоте-
рмальних та гідротермальних джерел, бо хоч вона є гід-
ротермальною, але в [8] внесена саме до переліку
геотермальних систем (рис. 2, d).
Представлений список з чотирьох систем не є вичерп-
ними, бо розглянуті системи мають різні варіанти вико-
нання. Однак з огляду на те, що в літературі переважно
використовуються узагальнені зображення систем гео-
термального холодопостачання, подальший аналіз
буде обмежено узагальненими схемами.
119
Відновлювана енергетика. №1/2025 | Геотермальна енергетика
Класифікація за схемою забезпечення температурного
режиму холодоносія в системі холодопостачання будівлі
необхідна для того, щоби визначити необхідний набір об-
ладнання для забезпечення холодопостачання будівлі.
Вибір обладнання залежить від температури джерела
холоду, від того, чи є температура джерела холоду
tдж, °C, вищою чи нижчою за температуру холодоносія в
системі холодопостачання будівлі, який має охолоди-
тись від початкової температури tхл1, °C, до кінцевої тем-
ператури tхл2, °C (рис. 3):
1. якщо температура джерела холоду tдж, °C, переви-
щує температуру холодоносія tхл, °C, у системі
холодопостачання будівлі, то використовується ХМ
(або ТН у режимі холодопостачання);
2. якщо температура джерела холоду tдж, °C, є меншою
за температуру холодоносія tхл, °C, у системі холодо-
постачання будівлі, то достатньо використовувати
теплообмінник.
З метою розрізнення на рис. 3 індекс температури дже-
рела холоду tдж, °C, показано залежно від того, більшою
чи меншою за температуру холодоносія tхл, °C, є ця тем-
пература у системі холодопостачання будівлі. Нижній
індекс «дж» замінено для температури, вищої за темпе-
ратуру холодоносія, на «зовн», а для температури, ниж-
чої за температуру холодоносія, − на «g».
Рис. 3. Вибір схеми забезпечення температурного режиму холодоносія в системі холодопостачання будівлі
Fig. 3. Selection of the scheme for ensuring the temperature modes of the cooling medium in the building cooling system
Для позначення схеми з використанням теплообмін-
ника та геотермального холодопостачання використо-
вуються два терміни [10]: «геоохолодження» (англ.
geocooling) та «вільне охолодження» (англ. free cooling).
Оскільки термін «вільне охолодження» часто застосову-
ється у контексті систем, що використовують як дже-
рело холоду повітря (аеротермальне джерело холоду)
[11], у цій роботі надається перевага терміну «геоохоло-
дження» (geocooling), що підкреслює використання гео-
термального джерела холоду, а не аеротермального.
При цьому потрібно відзначити, що хоча використання
технології «геоохолодження» збільшилося за останнє
десятиліття, зокрема через обмеження в певних країнах
щодо застосування холодильних машин з повітряним
охолодженням, у спеціалізованій літературі опис систем
з використанням технології «геоохолодження» не є
надто глибоким [12].
Як висновок щодо систем геотермального холодопо-
стачання вкажемо, що найбільш ефективними вважа-
ються такі системи, в яких температура зовнішнього хо-
лодоносія є нижчою за температуру холодоносія в
системі холодопостачання [10–12]. Цим системам для ге-
нерації холоду достатньо забезпечити підведення
зовнішнього холодоносія до теплообмінника та відве-
дення від нього, тобто електроенергія витрачатиметься
на забезпечення роботи насоса (для водяних систем) або
вентилятора (для повітряних систем). У протилежному
випадку, коли температура зовнішнього холодоносія є
вищою за температуру холодоносія в системі холодопо-
стачання, потрібно використовувати ХМ, що значно під-
вищує енергоспоживання через додаткові витрати елек-
троенергії на забезпечення роботи компресора.
Саме тому для подальшого аналізу вибрано такі прин-
ципові схеми систем геотермального холодопоста-
чання, температура яких як джерела холоду не зале-
жить від температури зовнішнього повітря в теплий
період року та є нижчою за температуру холодоносія [7–
9]: систему з використанням водоносного горизонту й
систему з використанням вертикальних свердловин.
Аналіз вибраних системи геотермального холодопо-
стачання з огляду на витрати електроенергії для забез-
печення їх роботи
Для оцінки енергоефективності систем холодопоста-
чання використовують коефіцієнт, який характеризує
співвідношення між згенерованою кількістю холоду та
120
Відновлювана енергетика. №1/2025 | Геотермальна енергетика
кількістю електроенергії, спожитою системою генерації
холоду. В літературі цей термін можуть позначати як ко-
ефіцієнт перетворення теплоти (англ. coefficient of per-
formance, COP) [13], так і як коефіцієнт енергоефектив-
ності (англ. energy efficiency ratio, EER) [14]. Для
подальшого аналізу використовуватиметься саме тер-
мін EER, для того, щоб уникнути плутанини з характери-
стикою COP для систем теплопостачання, як це було
зроблено в [14]. Значення EER визначимо як:
b ,EER Q W= (1)
де Qb – кількість холоду, спожитого будівлею, Вт (за
умови, що відсутні втрати в системі – і тоді йдеться про
обсяг холоду, вироблений системою холодопоста-
чання); W – споживання електроенергії для забезпе-
чення роботи системи холодопостачання, Вт:
= +hp cp ,W W W (2)
де Whp – споживання електроенергії ХМ (або ТН у ре-
жимі холодопостачання), Вт; Wcp – споживання електро-
енергії насосами циркуляційної системи холодопоста-
чання. В режимі «геоохолодження», коли Whp = 0 Вт,
рівняння (2) набуває такої форми:
= cp .W W (3)
Розглянута характеристика EER використовується для
оцінки ефективності системи в конкретний момент часу.
Для оцінки енергоефективності систем холодопоста-
чання протягом усього теплого періоду року потрібно
використовувати сезонний коефіцієнт енергоефектив-
ності (англ. seasonal energy efficiency ratio, SEER), який
характеризує співвідношення не в конкретний момент
часу, а протягом усього теплого періоду року [15]. Є й
інші характеристики для оцінки сезонної ефективності
систем холодопостачання: наприклад, сезонний коефі-
цієнт продуктивності (англ seasonal performance factor,
SPF), який дозволяє оцінити ефективність як окремої пі-
дсистеми, так і всієї системи загалом [15, 16].
При цьому потрібно враховувати, що здебільшого вико-
ристовують комбіновані системи геотермального те-
пло- та холодопостачання, між якими є взаємний вплив
через використання одного середовища як джерела те-
плоти й холоду. Оскільки тепло- та холодоспоживання
систем не є однаковими, то в підсумку виникатиме дис-
баланс. Наприклад, в [14] наводився приклад того, як в
разі перевищення теплоспоживання над холодоспожи-
ванням сезонний коефіцієнт енергоефективності SEER
щорічно зростав на 8,7 % протягом чотирьох років, а
аналогічний показник сезонного коефіцієнта перетво-
рення теплоти (англ. seasonal coefficient of performance,
SCOP) для системи теплопостачання знижувався щорі-
чно на 4 % за аналогічний період в чотири роки. Зміна
клімату, пов’язана з глобальним потеплінням, коли теп-
лоспоживання зменшуватиметься, а холодоспоживан-
ня зростатиме [17], приведе до зменшення цього дисба-
лансу [18].
З метою спрощення подальшого аналізу використаємо
саме характеристику EER (табл. 1) залежно від типу ви-
користовуваної системи.
Таблиця 1. Значення EER для систем геотермального
холодопостачання
Table 1. EER values for geothermal cooling systems
Тип
охолодження
Дже-
рело
Рік
праці
EER
З використанням вертикальних свердловин
Холодильна
машина
[19] 2024 6
[20] (1) 2020 3,2…4,4
[14] 2015 8
Geocooling [19] 2024 30
З використанням водоносного горизонту
Холодильна
машина
[19] 2024 7
[21] (2) 2024 10 (5…73)
Geocooling [19] 2024 30
[21] (2) 2024 40 (12…165)
З використанням повітряного охолодження
Холодильна
машина
[19] 2024 2,75…3
[20] (3) 2020 2,20…3,4
[22] 2023 2,5
Примітка: (1) значення наведено для перепаду темпера-
тури зовнішнього холодоносія у випарнику 30/7 °C та ді-
апазону потужності 0…20 кВт; (2) мода з розподілу та
розподіл (наведений в дужках діапазон), отримані ме-
тодом Монте-Карло; (3) значення наведено за темпера-
тури холодоносія 7 °C та використання холодильної ма-
шини (з інвертором) з діапазоном потужності 0…30 кВт.
Оцінка зниження навантаження на системи електро-
постачання внаслідок переходу від повітряних до гео-
термальних систем холодопостачання
Для оцінки зниження навантаження на системи елект-
ропостачання внаслідок переходу від повітряних систем
до геотермальних систем холодопостачання використо-
вуємо співвідношення Ei, %, що характеризує відсоток
зниження навантаження на систему електропостачання
у порівнянні з системою використанням ХМ з повітря-
ним охолодженням:
( )( )air1 EER EER 100%, %,i iE = − (4)
121
Відновлювана енергетика. №1/2025 | Геотермальна енергетика
де EERi − коефіцієнт енергоефективності i-ї системи; EE-
Rair − коефіцієнт енергоефективності системи, що вико-
ристовує повітря як джерело холодопостачання. Для ро-
зрахунків EERi були вибрані такі значення з табл. 1: для
ХМ з повітряним охлодженням EERair = 3; для ХМ з вико-
ристанням вертикальних свердловин EERbh = 6; для ХМ
з використанням водоносного горизонту EERaq = 7; для
систем, що працюють у режимі «геоохолодження» (не-
залежно від джерела), EERgeo = 30.
Рис. 4. Економія електроенергії в порівнянні з холо-
дильними машинами з повітряним охолодженням, %
Fig. 4. Energy savings compared to air-cooled chillers, %
Результати розрахунків, представлені на рис. 4, свідчать
про значне зниження витрат електроенергії під час пе-
реходу від ХМ з повітряним охолодженням до геотер-
мальних систем холодопостачання. Використання ХМ,
що застосовують вертикальні свердловини або водоно-
сний горизонт, дозволяє зменшити витрати електроене-
ргії вдвічі, тоді як перехід на систему «геоохолодження»
забезпечує зменшення енергоспоживання до 90 %.
Зниження споживання електроенергії в разі переходу
на використання «геоохолодження» замість викорис-
тання систем геотермального холодопостачання з вико-
ристанням ХМ визначатиметься як:
( )( )geo1 EER EER 100%, %,j jE = − (5)
де EERj − коефіцієнт енергоефективності j-ої системи ге-
отермального холодопостачання з використанням ХМ.
При аналогічних показниках, що застосовувались для рі-
вняння (4), зниження споживання електроенергії стано-
витиме 77…80 %. Це значення дещо перевищує дані з
аналізу, наведеного в [21], щодо зниження наванта-
ження на енергомережу в разі використання «геоохоло-
дження» замість системи з ХМ, де значення зниження
навантаження на енергетичну мережу становило 70 %.
При цьому обчислене методом Монте-Карло значення
моди зниження споживання електроенергії [21], отри-
мане в разі переходу від використання холодильної ма-
шини до «геоохолодження» (на прикладі застосування
водоносного горизонту), становить 40 % (при діапазоні
розбіжності даних 19…93 %).
Висновки:
Проведений аналіз показав, що наявний опис систем ге-
отермального холодопостачання СКП є достатньо узага-
льненим, без вказівок на конкретні характеристики сис-
тем. Саме тому необхідні подальші дослідження з
метою уточнення характеристик цих систем для підви-
щення точності попередньої оцінки їх коефіцієнта енер-
гоефективності EER та сезонних значень такого коефіці-
єнта для теплого періоду року.
Проведений аналіз показав істотну економію електрое-
нергії при холодопостачанні СКП в разі переходу на тех-
нологію «геоохолодження». Застосування цієї технології
дозволяє знизити витрати електроенергії у порівнянні з
випадком використання ХМ з повітряним охолоджен-
ням на 90 %, а в разі використання ХМ з застосуванням
геотермальних систем холодопостачання − на 77…80 %.
ПОСИЛАННЯ
1. Scoccimarro E. et al. Country-level energy demand for
cooling has increased over the past two decades.
Communications Earth & Environment. 2023. Vol. 4,
no. 1. DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-023-00878-3
2. The Future of Cooling – Analysis − IEA. IEA. URL:
https://www.iea.org/reports/the-future-of-cooling
(дата звернення: 05.11.2024).
3. Santamouris M. Cooling the buildings – past, present
and future. Energy and Buildings. 2016. Vol. 128.
P. 617–638.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.07.034
4. Laine H. S. et al. Meeting global cooling demand with
photovoltaics during the 21st century. Energy &
Environmental Science. 2019. Vol. 12, no. 9. P. 2706–
2716. DOI: https://doi.org/10.1039/c9ee00002j
5. Romanello M. et al. The 2021 report of the Lancet
Countdown on health and climate change: code red for
a healthy future. The Lancet. 2021. Vol. 398, no. 10311.
P. 1619–1662. DOI: https://doi.org/10.1016/s0140-
6736(21)01787-6
6. Duarte W. M. et al. Comparative study of geothermal
and conventional air conditioner: A case of study for
office applications. Journal of Building Engineering.
2023. Vol. 65. P. 105786. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105786
7. Figueira J. S. et al. Shallow geothermal energy systems
for district heating and cooling networks: review and
technological progression through case studies.
Renewable Energy. 2024. Vol. 236. P. 121436. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121436
8. Soltani M. et al. A comprehensive study of geothermal
heating and cooling systems. Sustainable Cities and
Society. 2019. Vol. 44. P. 793–818. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.09.036
50
57
90
0 20 40 60 80 100
Холодильна машина з
використанням
свердловин
Холодильна машина з
використанням
водоносного горизонту
Використання
«геоохолодження»
(незалежно від джерела)
https://doi.org/10.1038/s43247-023-00878-3
https://www.iea.org/reports/the-future-of-cooling
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.07.034
https://doi.org/10.1039/c9ee00002j
https://doi.org/10.1016/s0140-6736(21)01787-6
https://doi.org/10.1016/s0140-6736(21)01787-6
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105786
https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121436
https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.09.036
122
Відновлювана енергетика. №1/2025 | Геотермальна енергетика
9. García Gil et al. Shallow geothermal energy. Cham:
Springer International Publishing, 2022. 344 p. DOI:
https://doi.org/10.1007/978-3-030-92258-0
10. Pahud D., Belliardi M., Caputo P. Geocooling potential
of borehole heat exchangers' systems applied to low
energy office buildings. Renewable Energy. 2012.
Vol. 45. P. 197–204. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.03.008
11. Перепелиця І. В., Зур'ян О. В. Прикладна методологія
комплексного застосування технологій free cooling і
тепловий насос. Відновлювана енергетика. 2024.
№ 1(76). С. 109–117. DOI:
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.1(76).109-117
12. Belliardi M. et al. A method to analyze the performance
of geocooling systems with borehole heat exchangers.
Results in a monitored residential building in Southern
Alps. Energies. 2021. Vol. 14, no. 21. P. 7407. DOI:
https://doi.org/10.3390/en14217407
13. Carroll P., Chesser M., Lyons P. Air Source Heat Pumps
field studies: a systematic literature review. Renewable
and Sustainable Energy Reviews. 2020. Vol. 134.
P. 110275. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110275
14. Luo J. et al. Heating and cooling performance analysis of
a ground source heat pump system in Southern
Germany. Geothermics. 2015. Vol. 53. P. 57–66. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2014.04.004
15. Kirschstein X. et al. Regeneration of shallow borehole
heat exchanger fields: a literature review. Energy and
Buildings. 2024. Vol. 317. P. 114381. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.114381
16. McKenna P., Turner W. J. N., Finn D. P. Geocooling with
integrated PCM thermal energy storage in a commercial
building. Energy. 2018. Vol. 144. P. 865–876. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.029
17. Bell N. O. et al. Future climate scenarios and their
impact on heating, ventilation and air-conditioning
system design and performance for commercial
buildings for 2050. Renewable and Sustainable Energy
Reviews. 2022. Vol. 162. P. 112363. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112363
18. Stemmle R. et al. Potential of low-temperature aquifer
thermal energy storage (LT-ATES) in Germany.
Geothermal Energy. 2022. Vol. 10, no. 1. DOI:
https://doi.org/10.1186/s40517-022-00234-2
19. Cazal J. L’AFPG publie une étude sur le rôle de la
géothermie dans la climatisation et le rafraichissement
- AFPG. AFPG. URL: https://www.afpg.asso.fr/lafpg-
publie-une-etude-sur-le-role-de-la-geothermie-dans-
la-climatisation-et-le-rafraichissement/ (date of access:
04.11.2024).
20. Mouzeviris G. A., Papakostas K. T. Comparative analysis
of air-to-water and ground source heat pumps
performances. International Journal of Sustainable
Energy. 2020. P. 1–16. DOI:
https://doi.org/10.1080/14786451.2020.1794864
21. Jackson M. D., Regnier G., Staffell I. Aquifer Thermal
Energy Storage for low carbon heating and cooling in
the United Kingdom: Current status and future
prospects. Applied Energy. 2024. Vol. 376. P. 124096.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124096
22. Elnagar E. et al. A qualitative assessment of integrated
active cooling systems: A review with a focus on system
flexibility and climate resilience. Renewable and
Sustainable Energy Reviews. 2023. Vol. 175. P. 113179.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113179
REFERENCES
1. Scoccimarro E. et al. Country-level energy demand for
cooling has increased over the past two decades.
Communications Earth & Environment. 2023. Vol. 4,
no. 1. DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-023-00878-3
2. The Future of Cooling – Analysis - IEA. IEA. URL:
https://www.iea.org/reports/the-future-of-cooling
(date of access: 05.11.2024).
3. Santamouris M. Cooling the buildings – past, present
and future. Energy and Buildings. 2016. Vol. 128.
P. 617–638.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.07.034
4. Laine H. S. et al. Meeting global cooling demand with
photovoltaics during the 21st century. Energy &
Environmental Science. 2019. Vol. 12, no. 9. P. 2706–
2716. DOI: https://doi.org/10.1039/c9ee00002j
5. Romanello M. et al. The 2021 report of the Lancet
Countdown on health and climate change: code red for
a healthy future. The Lancet. 2021. Vol. 398, no. 10311.
P. 1619–1662. DOI: https://doi.org/10.1016/s0140-
6736(21)01787-6
6. Duarte W. M. et al. Comparative study of geothermal
and conventional air conditioner: A case of study for
office applications. Journal of Building Engineering.
2023. Vol. 65. P. 105786. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105786
7. Figueira J. S. et al. Shallow geothermal energy systems
for district heating and cooling networks: review and
technological progression through case studies.
Renewable Energy. 2024. Vol. 236. P. 121436. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121436
8. Soltani M. et al. A comprehensive study of geothermal
heating and cooling systems. Sustainable Cities and
Society. 2019. Vol. 44. P. 793–818. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.09.036
9. García Gil et al. Shallow geothermal energy. Cham:
Springer International Publishing, 2022. 344 p. DOI:
https://doi.org/10.1007/978-3-030-92258-0
https://doi.org/10.1007/978-3-030-92258-0
https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.03.008
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.1(76).109-117
https://doi.org/10.3390/en14217407
https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110275
https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2014.04.004
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.114381
https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.029
https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112363
https://doi.org/10.1186/s40517-022-00234-2
https://www.afpg.asso.fr/lafpg-publie-une-etude-sur-le-role-de-la-geothermie-dans-la-climatisation-et-le-rafraichissement/
https://www.afpg.asso.fr/lafpg-publie-une-etude-sur-le-role-de-la-geothermie-dans-la-climatisation-et-le-rafraichissement/
https://www.afpg.asso.fr/lafpg-publie-une-etude-sur-le-role-de-la-geothermie-dans-la-climatisation-et-le-rafraichissement/
https://doi.org/10.1080/14786451.2020.1794864
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124096
https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113179
https://doi.org/10.1038/s43247-023-00878-3
https://www.iea.org/reports/the-future-of-cooling
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.07.034
https://doi.org/10.1039/c9ee00002j
https://doi.org/10.1016/s0140-6736(21)01787-6
https://doi.org/10.1016/s0140-6736(21)01787-6
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105786
https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121436
https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.09.036
https://doi.org/10.1007/978-3-030-92258-0
123
Відновлювана енергетика. №1/2025 | Геотермальна енергетика
10. Pahud D., Belliardi M., Caputo P. Geocooling potential
of borehole heat exchangers' systems applied to low
energy office buildings. Renewable Energy. 2012.
Vol. 45. P. 197–204. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.03.008
11. Perepelytsia I., Zurian O. Applied methodology of
complex application of free cooling and heat pump
technologies. Vidnovluvana energetika. 2024. No.
1(76). P. 109–117. DOI: https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2024.1(76).109-117 [in Ukrainian]
12. Belliardi M. et al. A method to analyze the performance
of geocooling systems with borehole heat exchangers.
Results in a monitored residential building in Southern
Alps. Energies. 2021. Vol. 14, no. 21. P. 7407. DOI:
https://doi.org/10.3390/en14217407
13. Carroll P., Chesser M., Lyons P. Air Source Heat Pumps
field studies: a systematic literature review. Renewable
and Sustainable Energy Reviews. 2020. Vol. 134.
P. 110275. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110275
14. Luo J. et al. Heating and cooling performance analysis of
a ground source heat pump system in Southern
Germany. Geothermics. 2015. Vol. 53. P. 57–66. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2014.04.004
15. Kirschstein X. et al. Regeneration of shallow borehole
heat exchanger fields: a literature review. Energy and
Buildings. 2024. Vol. 317. P. 114381. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.114381
16. McKenna P., Turner W. J. N., Finn D. P. Geocooling with
integrated PCM thermal energy storage in a commercial
building. Energy. 2018. Vol. 144. P. 865–876. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.029
17. Bell N. O. et al. Future climate scenarios and their
impact on heating, ventilation and air-conditioning
system design and performance for commercial
buildings for 2050. Renewable and Sustainable Energy
Reviews. 2022. Vol. 162. P. 112363. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112363
18. Stemmle R. et al. Potential of low-temperature aquifer
thermal energy storage (LT-ATES) in Germany.
Geothermal Energy. 2022. Vol. 10, no. 1. DOI:
https://doi.org/10.1186/s40517-022-00234-2
19. Cazal J. L’AFPG publie une étude sur le rôle de la
géothermie dans la climatisation et le rafraichissement
− AFPG. AFPG. URL: https://www.afpg.asso.fr/lafpg-
publie-une-etude-sur-le-role-de-la-geothermie-dans-
la-climatisation-et-le-rafraichissement/ (date of access:
04.11.2024). [in French]
20. Mouzeviris G. A., Papakostas K. T. Comparative analysis
of air-to-water and ground source heat pumps
performances. International Journal of Sustainable
Energy. 2020. P. 1–16. DOI:
https://doi.org/10.1080/14786451.2020.1794864
21. Jackson M. D., Regnier G., Staffell I. Aquifer Thermal
Energy Storage for low carbon heating and cooling in
the United Kingdom: Current status and future
prospects. Applied Energy. 2024. Vol. 376. P. 124096.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124096
22. Elnagar E. et al. A qualitative assessment of integrated
active cooling systems: A review with a focus on system
flexibility and climate resilience. Renewable and
Sustainable Energy Reviews. 2023. Vol. 175. P. 113179.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113179
https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.03.008
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.1(76).109-117
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.1(76).109-117
https://doi.org/10.3390/en14217407
https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110275
https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2014.04.004
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.114381
https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.029
https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112363
https://doi.org/10.1186/s40517-022-00234-2
https://www.afpg.asso.fr/lafpg-publie-une-etude-sur-le-role-de-la-geothermie-dans-la-climatisation-et-le-rafraichissement/
https://www.afpg.asso.fr/lafpg-publie-une-etude-sur-le-role-de-la-geothermie-dans-la-climatisation-et-le-rafraichissement/
https://www.afpg.asso.fr/lafpg-publie-une-etude-sur-le-role-de-la-geothermie-dans-la-climatisation-et-le-rafraichissement/
https://doi.org/10.1080/14786451.2020.1794864
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124096
https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113179
|
| id | veorgua-article-514 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:15:22Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/d4/ad4bbfecd4a00c9835ef3c83969785d4.pdf |
| spelling | veorgua-article-5142026-07-18T06:32:21Z USE OF GEOTHERMAL COOLING BY AIR CONDITIONING SYSTEMS AS A MEANS OF REDUCING THE LOAD ON POWER SUPPLY SYSTEMS IN THE WARM SEASON ВИКОРИСТАННЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ХОЛОДОПОСТАЧАННЯ СИСТЕМАМИ КОНДИЦІОНУВАННЯ ПОВІТРЯ ЯК ЗАСІБ ЗНИЖЕННЯ НАВАНТАЖЕННЯ НА СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ В ТЕПЛИЙ ПЕРІОД РОКУ Lysak , O. electricity, geothermal cooling, cooling supply, geocooling електроенергія, геотермальне холодопостачання, холодопостачання, геоохолодження. This article analyses the use of geothermal cooling systems by air conditioning systems as a means of reducing the load on the power supply systems during the warm season. This load can be reduced by using more energy efficient technologies such as geothermal cooling systems. For this purpose, geothermal cooling systems were analysed depending on the source of cold, the scheme of cold extraction and the scheme of en-suring the temperature mode of the cooling medium in the building's cooling system. The analysis showed that the lowest energy consumption occurs when the temperature of the cold source of the geothermal cool-ing system is lower than the temperature of the cooling medium in the building's cooling system. This would eliminate the need for a chiller and significantly reduce energy consumption in the system. This type of cooling is called 'geocooling'. To compare the energy efficiency of different systems, the energy efficiency ratio (EER) is used, which is the ratio between the amount of cooling produced by the cooling system and the electrical energy consumed by the cooling system. It shows that the use of geo-cooling technology can reduce electricity consumption by 90% compared to the use of air-cooled chillers, and by 77-80% in the case of chillers with geo-thermal cooling systems. У цій статті проаналізовано використання геотермальних систем холодопостачання системами кондиціонування повітря як засіб зниження навантаження на системи електропоста-чання в теплий період року. Знизити це навантаження можливо за рахунок використання більш ене-ргоощадних технологій, таких як системи геотермального холодопостачання. Для цього було про-аналізовано системи геотермального холодопостачання залежно від джерела холоду, схеми відбору холоду та схеми забезпечення температурного режиму холодоносія в системі холодопостачання будівлі. Аналіз показав, що витрати електроенергії будуть найменшими, якщо температура дже-рела холоду системи геотермального холодопостачання буде меншою за температуру холодоносія в системі холодопостачання будівлі. Це дозволить не використовувати холодильну машину та зна-чно знизити витрати електроенергії в системі. Такий режим охолодження отримав назву «геоохо-лодження». Для порівняння енергоефективності різних схем застосовано коефіцієнт енергоефекти-вності (EER), який показує співвідношення між обсягом холоду, виробленого системою холодопостачання, та електричною енергією, витраченою на роботу системи холодопостачання. Показано, що застосування технології «геоохолодження» дає змогу знизити витрати електроенер-гії у порівнянні з використанням повітряних холодильних машин на 90 %, а в разі використання холо-дильних машин з застосуванням геотермальних систем холодопостачання − на 77…80 %. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2025-03-31 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/514 10.36296/1819-8058.2025.1(80).116-123 Vidnovluvana energetika ; No. 1(80) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 116-123 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 1(80) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 116-123 Відновлювана енергетика; № 1(80) (2025): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 116-123 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2025.1(80) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/514/422 Copyright (c) 2025 O. Lysak https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | electricity geothermal cooling cooling supply geocooling Lysak , O. USE OF GEOTHERMAL COOLING BY AIR CONDITIONING SYSTEMS AS A MEANS OF REDUCING THE LOAD ON POWER SUPPLY SYSTEMS IN THE WARM SEASON |
| title | USE OF GEOTHERMAL COOLING BY AIR CONDITIONING SYSTEMS AS A MEANS OF REDUCING THE LOAD ON POWER SUPPLY SYSTEMS IN THE WARM SEASON |
| title_alt | ВИКОРИСТАННЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ХОЛОДОПОСТАЧАННЯ СИСТЕМАМИ КОНДИЦІОНУВАННЯ ПОВІТРЯ ЯК ЗАСІБ ЗНИЖЕННЯ НАВАНТАЖЕННЯ НА СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ В ТЕПЛИЙ ПЕРІОД РОКУ |
| title_full | USE OF GEOTHERMAL COOLING BY AIR CONDITIONING SYSTEMS AS A MEANS OF REDUCING THE LOAD ON POWER SUPPLY SYSTEMS IN THE WARM SEASON |
| title_fullStr | USE OF GEOTHERMAL COOLING BY AIR CONDITIONING SYSTEMS AS A MEANS OF REDUCING THE LOAD ON POWER SUPPLY SYSTEMS IN THE WARM SEASON |
| title_full_unstemmed | USE OF GEOTHERMAL COOLING BY AIR CONDITIONING SYSTEMS AS A MEANS OF REDUCING THE LOAD ON POWER SUPPLY SYSTEMS IN THE WARM SEASON |
| title_short | USE OF GEOTHERMAL COOLING BY AIR CONDITIONING SYSTEMS AS A MEANS OF REDUCING THE LOAD ON POWER SUPPLY SYSTEMS IN THE WARM SEASON |
| title_sort | use of geothermal cooling by air conditioning systems as a means of reducing the load on power supply systems in the warm season |
| topic | electricity geothermal cooling cooling supply geocooling |
| topic_facet | electricity geothermal cooling cooling supply geocooling електроенергія геотермальне холодопостачання холодопостачання геоохолодження. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/514 |
| work_keys_str_mv | AT lysako useofgeothermalcoolingbyairconditioningsystemsasameansofreducingtheloadonpowersupplysystemsinthewarmseason AT lysako vikoristannâgeotermalʹnogoholodopostačannâsistemamikondicíonuvannâpovítrââkzasíbznižennânavantažennânasistemielektropostačannâvteplijperíodroku |