Порівняльний аналіз ефективності повітряних  та геотермальних теплових насосів встановлених в Україні

Сергій  Данилів; Павло Гусєв

doi:10.25140/2411-5363-2025-4(42)-430-443

Автор(и)

Сергій Данилів Інститут загальної енергетики НАН України, Україна https://orcid.org/0009-0009-9842-5501
Павло Гусєв Інститут загальної енергетики НАН України, Україна https://orcid.org/0009-0003-1354-5181

DOI:

https://doi.org/10.25140/2411-5363-2025-4(42)-430-443

Ключові слова:

геотермальні теплові насоси; повітряні теплові насоси; СОР; SCOP; низькотемпературні системи опалення

Анотація

У статті представлено порівняльний аналіз двох основних типів теплових насосів: повітря/вода (ASHP) та геотермальних (GSHP) на основі даних систем, встановлених в Україні. В рамках дослідження отримано дані продуктивності та ефективності теплових насосів. Окремо проаналізовано вплив типу системи опалення/охолодження на параметри продуктивності теплонасосного обладнання. Також, розглянуто вплив змін клімату на ефективність роботи обох типів теплових насосів. Як результат дослідження, виділено ключові фактори, які слід враховувати в майбутньому під час планування систем з тепловими насосами. Крім цього, надано рекомендації щодо вибору типу теплових насосів, враховуючи прогнозовані кліматичні зміни та умови експлуатації.

Дослідження показало, що середній SCOP геотермальних ТН становив 4.8, а повітряних - 3.8. Ключовим чинником ефективності виявилася температура теплоносія: низькотемпературні системи підвищують SCOP на 20-30 %. Кліматичні зміни, що призводять до зростання середньої температури опалювального сезону, сприяють ширшому впровадженню повітряних теплових насосів. Внаслідок збільшення тривалості жарких періодів, зростає навантаження на системи охолодження, що додає переваги геотермальним тепловим насосам, завдяки можливості облаштування системи природного охолодження будівель (NC - natural cooling).

Посилання

International Energy Agency. (n.d.). Energy system of Ukraine. https://www.iea.org/countries/ ukraine/efficiency-demand.

Karp, I. M., Nikitin, Ye. Ye., Pyanykh, K. Ye., Sigal, O. I., Dubovskyi, S. V., Heletukha, H. H., Tarnovskyi, M. V., Dutka, O. V., Zubenko, V. I., Komkov, I. S., Oliinyk, Ye. M., Paderno, D. Yu., Pyanykh, K. K., Sylakin, O. E., Stepanov, M. V., & Fedorenko, V. M. (2020). Stan ta shliakhy rozvytku system tsentralizovanoho teplopostachannia v Ukraini (Kn. 1). Naukova Dumka; National Academy of Sciences of Ukraine, Institute of Gas, Institute of Engineering Thermophysics.

Lämmle, M., Metz, J., Kropp, M., Wapler, J., Oltersdorf, T., Günther, D., Herkel, S., & Bongs, C. (2023). Heat pump systems in existing multifamily buildings: A meta-analysis of field measurement data focusing on the relationship of temperature and performance of heat pump systems. Energy Technology, 11(6), Article 2300379. https://doi.org/10.1002/ente.202300379.

Bayer, D. R., & Pruckner, M. (2024). Data-driven heat pump retrofit analysis in residential buildings: Carbon emission reductions and economic viability. Applied Energy, 373, 123823. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.123823.

Mukhtar, M., Ameyaw, B., Yimen, N., Zhang, Q., Bamisile, O., Adun, H., & Dagbasi, M. (2021). Building retrofit and energy conservation/efficiency review: A techno-environ-economic assessment of heat pump system retrofit in housing stock. Sustainability, 13(2), 983. https://doi.org/10.3390/su13020983.

Klute, S., Budt, M., van Beek, M., & Doetsch, C. (2024). Steam generating heat pumps – Overview, classification, economics, and basic modeling principles. Energy Conversion and Management, 299, 117882. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117882.

Eurobserv’ER. (2024, October). Heat Pumps Barometer. https://www.eurobserv-er.org/ category/all-heat-pumps-barometers.

European Heat Pump Association. (2024). European heat pump market and statistics report 2024. https://www.ehpa.org/wp-content/uploads/2024/08/Executive-summary_EHPA-heat-pump-market-and-statistic-report-2024-2.pdf.

Stanytsina, V., Horskyi, V., Danyliv, S., Zaporozhets, A., Kovtun, S., Maevsky, O., Garbuz, I., & Artemchuk, V. (2025). Comparative analysis of levelized cost of heat in implemented and calculated heat supply systems with heat pumps in Ukraine. Energies, 18(5), 1110. https://doi.org/ 10.3390/en18051110

REF.org.ua. (2023). Ринкові дослідження потенціалу зменшення впливу ОРР та ФПГ для теплових насосів і торгівельного холодильного обладнання в Україні. https://ref.org.ua/upload/ iblock/d20/Doslidzhennya-ukrayins`kogo-rynku-u-sektori-RACHP.pdf

Salhein, K., Salheen, S. A., Annekaa, A. M., Hawsawi, M., Alhawsawi, E. Y., Kobus, C. J., & Zohdy, M. (2025). A comprehensive review of geothermal heat pump systems. Processes, 13(7), 2142. https://doi.org/10.3390/pr13072142

Boychenko, S., & Maidanovych, N. (2024). A century-long tendency of change in surface air temperature on the territory of Ukraine. Geofizychnyi Zhurnal, 46(2), 53–79. https://doi.org/10.24028/ gj.v46i2.297227

Eurostat. (2024, June). Heating and cooling degree days – Statistics. https://ec.europa.eu/ eurostat/statistics-explained/SEPDF/cache/92378.pdf

Погода в аеропортах України. https://ua.ivao.aero/resources/weather/airports

Kutbay Sezen, A., & Gungor, A. (2022). Performance analysis of air source heat pump according to outside temperature and relative humidity with mathematical modeling. Energy Conversion and Management, 263, 115702. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115702

Дерій, В., Тесленко, О., & Соколовська, І. (2024). Фінансові перешкоди впровадженню теплових насосів в централізованому теплопостачанні. Системні дослідження в енергетиці, (3 (79), 4-12. https://doi.org/10.15407/srenergy2024.03.004.

Arghand, T., Javed, S., & Dalenbäck, J.-O. (2023). Combining direct ground cooling with ground-source heat pumps and district heating: Energy and economic analysis. Energy, 270, 126944. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.126944.

StatBase. (n.d.). Number of hot days (T > 30°C) | Ukraine. https://statbase.org/data/ukr-number-of-hot-days-max-30c.

Міністерство регіонального розвитку та будівництва України. (2010). ДСТУ Б В.2.5-44:2010. Проектування систем опалення будівель з тепловими насосами. Київ.

Арсеньєв, В. М., & Мелейчук, С. С. (2018). Теплові насоси: основи теорії і розрахунку: навчальний посібник. Суми: Сумський державний університет.

Bogdanov, D., Satymov, R., & Breyer, C. (2024). Impact of temperature dependent coefficient of performance of heat pumps on heating systems in national and regional energy systems modelling. Applied Energy, 371, 123647. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.123647.

Sarbu, I., & Sebarchievici, C. (2015). A study of the performances of low-temperature heating systems. Energy Efficiency, 8, 609–627. https://doi.org/10.1007/s12053-014-9312-4.

Білодід, В. Д., & Станиціна, В. В. (2020). Оцінка ефективності вироблення теплової енергії теплонасосними станціями на основі теплоти низькотемпературних підземних вод за методологією повних енергетичних витрат. Системні дослідження в енергетиці, 3(62), 46–52. https://doi.org/10.15407/pge2020.03.046.

Krakovska, S. V., Palamarchuk, L. V., & Shpytal, T. M. (2019). Climatic projections of heating season in Ukraine up to the middle of the 21st century. Geofizicheskiy Zhurnal, 41(6), 144–164. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v41i6.2019.190072.