avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2025-9-2-48-60QQDPGQavroen-90Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGОбзор применения систем геотермальных тепловых насосов в зданияхReview of the application of geothermal heat pump systems in buildingsДеебАлиDeebAli

Дееб Али - аспирант кафедры «Гидроэнергетика и возобновляемые источники энергии».

111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1

Deeb Ali - Postgraduate at the Hydropower and Renewable Energy Department, National Research University “Moscow Power Engineering Institute”.

Moscow, Krasnokazarmennaya St., 14, bld. 1, 111250

alideb20001@gmail.comДорошинА. Н.DoroshinA. N.

Дорошин Александр Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидроэнергетика и возобновляемые источники энергии».

111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1

AuthorID (РИНЦ) 751790

Aleksandr N. Doroshin - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Hydropower and Renewable Energy Department, National Research University “Moscow Power Engineering Institute”.

Moscow, Krasnokazarmennaya St., 14, bld. 1, 111250

AuthorID (RSCI) 751790

DoroshinAN@mpei.ruДибМухаммадDeebMuhammad

Диб Мухаммад - кандидат технических наук, ассистент кафедры «Электромеханика, электрические и электронные аппараты».

111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1

AuthorID (SCOPUS) 57216623195

Deeb Muhammad - Candidate of Technical Sciences, Assistant of the Electromechanics, Electrical and Electronic Apparatuses Department, National Research University “Moscow Power Engineering Institute”.

Moscow, Krasnokazarmennaya St., 14, bld. 1, 111250

AuthorID (SCOPUS) 57216623195

muhamaddeeb002@gmail.comНациональный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University “Moscow Power Engineering Institute”Russian Federation202530062025924860Copyright © Дееб А., Дорошин А.Н., Диб М., 20252025Дееб А., Дорошин А.Н., Диб М.Deeb A., Doroshin A.N., Deeb M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/90

Геотермальные тепловые насосы представляют собой энергоэффективную и экологически безопасную технологию, применимую как при строительстве новых объектов, так и при модернизации существующих зданий. Их работа основана на использовании возобновляемой тепловой энергии Земли, что снижает воздействие на окружающую среду. В статье рассматриваются теоретические и практические аспекты применения геотермальных тепловых насосов в системах отопления зданий различного назначения. Основное внимание уделено анализу конструктивных решений, принципов функционирования, а также факторов, влияющих на эффективность систем, таких как теплопроводность грунта и климатические особенности региона. Рассмотрены различные типы геотермальных систем: горизонтальные, вертикальные и открытые контуры. Также приведены примеры реализованных проектов в климатически различных регионах России (Москва, Мурманская область, Камчатка, Сочи). В статье подчеркивается необходимость комплексной оценки экономической целесообразности внедрения систем с учетом долгосрочных показателей эффективности и региональных условий (климатические условия — геологические и гидрологические характеристики; экономические факторы — стоимость электроэнергии или топлива, стоимость рабочей силы и строительных материалов, а также государственная финансовая поддержка).

Geothermal heat pumps are an energy-efficient and environmentally friendly technology applicable both in the construction of new facilities and in the modernization of existing buildings. They operate using renewable thermal energy from the Earth, which reduces the impact on the environment. The article considers theoretical and practical aspects of using geothermal heat pumps in heating systems of buildings for various purposes. The main attention is paid to the analysis of design solutions, operating principles, as well as factors affecting the efficiency of the systems, such as thermal conductivity of the soil and climatic features of the region. Various types of geothermal systems are considered: horizontal, vertical and open loops. Also provided are examples of implemented projects in climatically diverse regions of Russia (Moscow, Murmansk region, Kamchatka, Sochi). The article emphasizes the need for a comprehensive assessment of the economic feasibility of implementing systems, taking into account long-term performance indicators and regional conditions (Climatic conditions — geological and hydrological characteristics — economic factors such as the cost of electricity or fuel, the cost of labor and building materials, as well as government financial support).

геотермальный тепловой насосгрунтовый контуркоэффициент теплопроводности грунтаоткрытый контургоризонтальное бурениевертикальное бурениекоэффициент эффективности теплового насосатребуемая тепловая нагрузкаgeothermal heat pumpground loopground heat transfer coefficientopen loophorizontal drillingvertical drillingheat pump efficiency coefficientrequired heat loadReferencesHaj Assad M. E., Nooman Amalaha M., Ramadan A. [et al.]. Geothermal heat pumps: principles and applications. 2022 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET). 2022. P. 1–8. DOI: 10.1109/ASET53988.2022.9734907.Haj Assad M. E., Nooman Amalaha M., Ramadan A. [et al.]. Geothermal heat pumps: principles and applications. 2022 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET). 2022. P. 1–8. DOI: 10.1109/ASET53988.2022.9734907.Gao K., Zhao L., Wang C. [et al.]. Economic analysis of combined cooling, heating and power system coupled with heat pump based on energy PLAN. 2020 Chinese Automation Congress (CAC). 2020. P. 7268–7272. DOI: 10.1109/CAC51589.2020.9327901.Gao K., Zhao L., Wang C. [et al.]. Economic analysis of combined cooling, heating and power system coupled with heat pump based on energy PLAN. 2020 Chinese Automation Congress (CAC). 2020. P. 7268–7272. DOI: 10.1109/CAC51589.2020.9327901.Tetiana R., Myroslava K., Ivan S. The efficiency of nanofluid use in the heat supply system of a house with a geothermal heat pump. 2021 IEEE 11th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP). 2021. P. 1–4. DOI: 10.1109/NAP51885.2021.9568625.Tetiana R., Myroslava K., Ivan S. The efficiency of nanofluid use in the heat supply system of a house with a geothermal heat pump. 2021 IEEE 11th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP). 2021. P. 1–4. DOI: 10.1109/NAP51885.2021.9568625.Lucia U., Simonetti M., Chiesa G., Grisolia G. Ground-source pump system for heating and cooling: Review and thermodynamic approach. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 70. P. 867–874. DOI: 10.1016/j.rser.2016.11.268.Lucia U., Simonetti M., Chiesa G., Grisolia G. Ground-source pump system for heating and cooling: Review and thermodynamic approach. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 70. P. 867–874. DOI: 10.1016/j.rser.2016.11.268.Naveed Ahmed, Mohsen Assadi, Abdelazim Abbas Ahmed, Reyhaneh Banihabib. Optimal design, operational controls, and data-driven machine learning in sustainable borehole heat exchanger coupled heat pumps: Key implementation challenges and advancement opportunities. Energy for Sustainable Development. 2023. Vol. 74. P. 231–257. DOI: 10.1016/j.esd.2023.04.004.Naveed Ahmed, Mohsen Assadi, Abdelazim Abbas Ahmed, Reyhaneh Banihabib. Optimal design, operational controls, and data-driven machine learning in sustainable borehole heat exchanger coupled heat pumps: Key implementation challenges and advancement opportunities. Energy for Sustainable Development. 2023. Vol. 74. P. 231–257. DOI: 10.1016/j.esd.2023.04.004.Фролов В. П., Щербаков С. Н., Фролов М. В., Шелгинский А. Я. Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения // Новости теплоснабжения. 2004. № 7 (47). С. 34–39.Frolov V. P., Shcherbakov S. N., Frolov M. V., Shelginskiy A. Ya. Effektivnost’ ispol’zovaniya teplovykh nasosov v tsentralizovannykh sistemakh teplosnabzheniya [Efficiency of using heat pumps in centralized heating systems]. Novosti Teplosnabzheniya. 2004. No. 7 (47). P. 34–39. (In Russ.).El Haj Assad M., AlMallahi M. N., AlShabi M., Delnava H. Heating and cooling by geothermal energy. 2022 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET). 2022. P. 1–7. DOI: 10.1109/ASET53988.2022.9734943.El Haj Assad M., AlMallahi M. N., AlShabi M., Delnava H. Heating and cooling by geothermal energy. 2022 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET). 2022. P. 1–7. DOI: 10.1109/ASET53988.2022.9734943.Lloyd D. B.The smart guide to geothermal: how to harvest Earth's free energy for heating and cooling. PixyJack Press, 2011. P. 100. ISBN-10: 9780977372485; ISBN-13: 978-0977372485.Lloyd D. B.The smart guide to geothermal: how to harvest Earth's free energy for heating and cooling. PixyJack Press, 2011. P. 100. ISBN-10: 9780977372485; ISBN-13: 978-0977372485.Pavlov A. A., Lavrenov A. A. Prospects for the implementation of innovative technologies in geothermal energy production. 2024 XXVII International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM). 2024. P. 393–396. DOI: 10.1109/SCM62608.2024.10554136.Pavlov A. A., Lavrenov A. A. Prospects for the implementation of innovative technologies in geothermal energy production. 2024 XXVII International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM). 2024. P. 393–396. DOI: 10.1109/SCM62608.2024.10554136.Об утверждении Стратегии развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации на период до 2030 года с прогнозом до 2035 года: Распоряжение Правительства РФ от 31.10.2022 № 3268-р (ред. от 21.10.2024). Доступ из справочно-правовой системы «КонсультантПлюс».Ob utverzhdenii Strategii razvitiya stroitel’noy otrasli i zhilishchno-kommunal’nogo khozyaystva Rossiyskoy Federatsii na period do 2030 goda s prognozom do 2035 goda: Rasporyazheniye Pravitel’stva RF ot 31.10.2022 № 3268-r (red. ot 21.10.2024) (On Approval of the Strategy for construction industry and housing and communal services development in the Russian Federation for period up to 2030 with a forecast up to 2035: Order of the Government of the Russian Federation of 31.10.2022 No. 3268-r (ed. of 21.10.2024). Available at ConsultantPlus. (In Russ.).Васильев Г. П. Эффективность и перспектива использования тепловых насосов в городском хозяйстве Москвы // Энергосбережение. 2007. № 8. C. 63–65. EDN: RWBMEX.Vasilyev G. P. Effektivnost’ i perspektiva ispol’zovaniya teplovykh nasosov v gorodskom khozyaystve Moskvy [Efficiency and prospect of heat pumps usage in Moscow urban services]. Energosberezheniye. Energy Saving. 2007. No. 8. P. 63–65. EDN: RWBMEX. (In Russ.).Гершкович В. Ф. Исследование работы теплового насоса, использующего теплоту грунта и канализационных стоков, в системе горячего водоснабжения // Новости теплоснабжения. 2007. № 7 (83). URL: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=2465.Gershkovich V. F. Issledovaniye raboty teplovogo nasosa, ispol’zuyushchego teplotu grunta i kanalizatsionnykh stokov, v sisteme goryachego vodosnabzheniya [Investigation of the heat pump operation using ground heat and sewage effluent in a hot water supply system]. Novosti Teplosnabzheniya. 2007. No. 7 (83). URL: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=2465. (In Russ.).ГОСТ Р 54865–2011. Теплоснабжение зданий. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплогенерации с тепловыми насосами. Введ. 01–07–2012. Москва: Стандартинформ, 2012. 108 с.GOST P 54865–2011. Teplosnabzheniye zdaniy. Metodika rascheta energopotrebnosti i effektivnosti sistemy teplogeneratsii s teplovymi nasosami [Heat supply of buildings. Methods for calculation of energy requirements and efficiencies for heat generation with heat pump system]. 2012–07–01. Moscow, 2012. 108 p. (In Russ.).Алхасов А. Б., Бутузов В. А., Алиев Р. М., Бадавов Г. Б. Современное состояние исследований и эксплуатации систем геотермального теплоснабжения в Дагестане // Материалы VI Международной конференции «Возобновляемая энергетика: проблемы и перспективы» и XII школы молодых ученых «Актуальные проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов» имени Э. Э. Шпильрайна. Махачкала: OOO «АЛЕФ», 2020. С. 67–80. DOI: 10.33580/2313-5743-2020-8-1-67-80. EDN: BTPTYF.Alkhasov A. B., Butuzov V. A., Aliyev R. M., Badavov G. B. Sovremennoye sostoyaniye issledovaniy i ekspluatatsii sistem geotermal’nogo teplosnabzheniya v Dagestane [Current state of research and operation of geothermal heat supply systems in Dagestan]. Materialy VI Mezhdunarodnoy konferentsii «Vozobnovlyayemaya energetika: problemy i perspektivy» i XII shkoly molodykh uchenykh «Aktual’nyye problemy osvoyeniya vozobnovlyayemykh energoresursov» imeni E. E. Shpil’rayna. Renewable Energy: Problems and Prospects and Actual Problems of Renewable Energy Resources Development. Mahachkala, 2020. P. 67–80. DOI: 10.33580/2313-5743-2020-8-1-67-80. EDN: BTPTYF. (In Russ.).Сапрыкина Н. Ю. Исследование влияния на температуру грунта геотермальной системы теплоснабжения и кондиционирования в комплексе с тепловым насосом при долговременном нестационарном циклическом режиме работы // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2018. № 3 (25). С. 19–27. EDN: MLEGJX.Saprykina N. Yu. Issledovaniye vliyaniya na temperaturu grunta geotermal’noy sistemy teplosnabzheniya i konditsionirovaniya v komplekse s teplovym nasosom, pri dolgovremennom nestatsionarnom tsiklicheskom rezhime raboty [Investigation of the effect on the temperature of the soil of the geothermal system heat supply and air conditioning in complex with heat pump, with a long-term nonstationary cyclic operation mode]. Inzhenerno-stroitel’nyy vestnik Prikaspiya. Engineering and Construction Bulletin of the Caspian Region. 2018. No. 3 (25). P. 19–27. EDN: MLEGJX. (In Russ.).Leong W. H., Tarnawski V. R., Aittomäki A. Effect of soil type and moisture content on ground heat pump performance. International Journal of Refrigeration. 1998. Vol. 21, Issue 8. P. 595–606. DOI: 10.1016/S0140-7007(98)00041-3.Leong W. H., Tarnawski V. R., Aittomäki A. Effect of soil type and moisture content on ground heat pump performance. International Journal of Refrigeration. 1998. Vol. 21, Issue 8. P. 595–606. DOI: 10.1016/S0140-7007(98)00041-3.Wang F., You T., Yang H. Performance analysis and operation optimization of photovoltaic/thermal assisted energy-pile ground source heat pump system in cold regions. Renewable Energy. 2025. Vol. 244. P. 122722. DOI: 10.1016/j.renene.2025.122722.Wang F., You T., Yang H. Performance analysis and operation optimization of photovoltaic/thermal assisted energy-pile ground source heat pump system in cold regions. Renewable Energy. 2025. Vol. 244. P. 122722. DOI: 10.1016/j.renene.2025.122722.Васильев Г. П. Применение ГТСТ в России // Энергия: экономика, техника экология. 2009. № 7. С. 22–29. EDN: KUSHGD.Vasilyev G. P. Primeneniye GTST v Rossii [Application of geothermal heat pump heating systems in Russia]. Energiia: Ekonomika, tekhnika, ekologiia. 2009. No. 7. P. 22–29. EDN: KUSHGD. (In Russ.).Алимгазин А. Ш., Петин Ю. М., Султангузин И. А. [и др.]. Анализ возможностей применения тепловых насосов с использованием геотермальной теплоты артезианских скважин для автономного теплоснабжения объектов в Павлодарской области // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2020. T. 12, № 4 (48). C. 149–159. EDN: JCHUMN.Alimgazin A. Sh., Petin Yu. M., Sultanguzin I. A. [et al.]. Analiz vozmozhnostey primeneniya teplovykh nasosov s ispol’zovaniyem geotermal’noy teploty artezianskikh skvazhin dlya avtonomnogo teplosnabzheniya ob”yektov v pavlodarskoy oblasti [Analysis of the possibilities of application of heat pumps using geothermal heat of artesian wells for autonomous heat supply of objects in the Pavlodar region]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta. Kazan State Power Engineering University Bulletin. 2020. Vol. 12, no. 4 (48). P. 149–159. EDN: JCHUMN (In Russ.).Костенко С. А., Пискунов А. А., Ганин Н. А. Организация укладки подземного контура теплообменника при использовании низкотемпературной геотермальной системы для термостабилизации дорожного полотна на многоуровневых транспортных развязках // Инновации и инвестиции. 2021. № 3. C. 307–313. EDN: IDYRNF.Kostenko S. A., Piskunov A. A., Ganin N. A. Organizatsiya ukladki podzemnogo kontura teploobmennika pri ispol’zovanii nizkotemperaturnoy geotermal’noy sistemy dlya termostabilizatsii dorozhnogo polotna na mnogourovnevykh transportnykh razvyazkakh [Organization of laying an underground heat exchanger circuit using a low-temperature geothermal system for thermal stabilization of the roadway at multi-level traffic intersections]. Innovatsii i investitsii. Innovation & Investment. 2021. No. 3. P. 307–313. EDN: IDYRNF. (In Russ.).Краснов Д. К. Особенности применения геотермальных тепловых насосов в индивидуальном жилищном строительстве // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2023. № 12-1 (87). С. 52–55. DOI: 10.24412/2500-1000-2023-12-1-52-55. EDN: GZRDCW.Krasnov D. K. Osobennosti primeneniya geotermal’nykh teplovykh nasosov v individual’nom zhilishchnom stroitel’stve [Features of the use of geothermal heat pumps in individual housing construction]. Mezhdunarodnyy zhurnal gumanitarnykh i estestvennykh nauk. International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2023. No. 12-1 (87). P. 52–55. DOI: 10.24412/2500-1000-2023-12-1-52-55. EDN: GZRDCW. (In Russ.).Псаров С. А., Шумилин Е. В., Каменчуков А. В. Методика определения суммарной длины вертикальных скважин для геотермальных тепловых насосов // Международный научно-исследовательский журнал. 2020. № 11-1 (101). С. 61–66. DOI: 10.23670/IRJ.2020.101.11.009. EDN: TFOOUU.Psarov S. A., Shumilin E. V., Kamenchukov A. V. Metodika opredeleniya summarnoy dliny vertikal’nykh skvazhin dlya geotermal’nykh teplovykh nasosov [Method for determining the total length of vertical wells for geothermal heat pumps]. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel’skiy zhurnal. International Research Journal. 2020. No. 11-1 (101). P. 61–66. DOI: 10.23670/IRJ.2020.101.11.009. EDN: TFOOUU. (In Russ.).Фёдоров А. В. Применение геотермальных тепловых насосов для отопления коммерческих и инфраструктурных объектов // Главный энергетик. 2021. № 11. С. 4–11. EDN: BTTIWV.Fedorov A. V. Primeneniye geotermal’nykh teplovykh nasosov dlya otopleniya kommercheskikh i infrastrukturnykh ob”yektov [Application of geothermal heat pumps for heating commercial and infrastructure facilities]. Glavnyy energetik. 2021. No. 11. P. 4–11. EDN: BTTIWV. (In Russ.).Паюсова Е. С., Клименко М. Г., Троценко А. А. Использование тепловых насосов в качестве альтернативного источника отопления в Мурманской области // Дневник науки. 2023. № 10 (82). EDN: NPIGAO.Payusova E. S., Klimenko M. G., Trotsenko A. A. Ispol’zovaniye teplovykh nasosov v kachestve al’ternativnogo istochnika otopleniya v Murmanskoy oblasti [The use of heat pumps as an alternative source of heating in the Murmansk Region]. Dnevnik Nauki. 2023. No. 10 (82). EDN: NPIGAO. (In Russ.).Султангузин И. А., Потапова А. А. Высокотемпературные тепловые насосы большой мощности для систем теплоснабжения // РосТепло.ру. 2023. URL: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=2363 (дата обращения: 15.06.2024).Sultanguzin I. A., Potapova A. A. Vysokotemperaturnyye teplovyye nasosy bol’shoy moshchnosti dlya sistem teplosnabzheniya [High-temperature, high-capacity heat pumps for heat supply systems]. RosTeplo.ru. 2023. URL: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=2363 (accessed: 15.06.2024). (In Russ.).Kwon Y., Nam Y., Bae S., Chae H. Economic and performance analysis of ground source heat pump system for high-rise residential buildings considering practical applications. Energy Reports. 2023. Vol. 10. P. 4359–4373. DOI: 10.1016/j.egyr.2023.10.086.Kwon Y., Nam Y., Bae S., Chae H. Economic and performance analysis of ground source heat pump system for high-rise residential buildings considering practical applications. Energy Reports. 2023. Vol. 10. P. 4359–4373. DOI: 10.1016/j.egyr.2023.10.086.Hassan Q. Energy optimization of photovoltaic-thermal-coupled ground-source heat pumps across Iraqi climates. Case Studies in Thermal Engineering. 2025. Vol. 72. 106387. DOI: 10.1016/j.csite.2025.106387.Hassan Q. Energy optimization of photovoltaic-thermal-coupled ground-source heat pumps across Iraqi climates. Case Studies in Thermal Engineering. 2025. Vol. 72. 106387. DOI: 10.1016/j.csite.2025.106387.Стенников В. А., Жарков С. В., Соколов П. А. Исследование эффективности геотермального теплоснабжения на примере г. Цэцэрлэг // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012. № 10. С. 245–252. EDN: PHOZVH.Stennikov V. A., Zharkov S. V., Sokolov P. A. Issledovaniye effektivnosti geotermal’nogo teplosnabzheniya na primere g. Tsetserleg [Studying efficiency of geothermal heat supply by example of Tsetserleg city]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2012. No. 10. P. 245–252. EDN: PHOZVH. (In Russ.).Каталог оборудования для геотермальных тепловых насосов. URL: https://www.brosk.ru/heat/catalog (дата обращения: 15.06.2024).Katalog oborudovaniya dlya geotermal’nykh teplovykh nasosov [Catalogue of equipment for geothermal heat pumps]. URL: https://www.brosk.ru/heat/catalog (accessed: 15.06.2024).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.