Обзор применения систем геотермальных тепловых насосов в зданиях

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).

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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».

11. Васильев Г. П. Эффективность и перспектива использования тепловых насосов в городском хозяйстве Москвы // Энергосбережение. 2007. № 8. C. 63–65. EDN: RWBMEX.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. Васильев Г. П. Применение ГТСТ в России // Энергия: экономика, техника экология. 2009. № 7. С. 22–29. EDN: KUSHGD.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. Фёдоров А. В. Применение геотермальных тепловых насосов для отопления коммерческих и инфраструктурных объектов // Главный энергетик. 2021. № 11. С. 4–11. EDN: BTTIWV.

24. 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.

25. 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).

26. 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.

27. 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.

28. 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.

29. Каталог оборудования для геотермальных тепловых насосов. URL: https://www.brosk.ru/heat/catalog (дата обращения: 15.06.2024).