ПОРІВНЯЛЬНА ОЦІНКА ГЕОТЕРМАЛЬНОЇ ВЕНТИЛЯЦІЇ ТА ТЕПЛОВОГО НАСОСА ҐРУНТ-ВОДА ДЛЯ ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТВАРИННИЦЬКИХ ПРИМІЩЕНЬ
DOI:
https://doi.org/10.32782/2220-8674-2026-16-1-7Ключові слова:
альтернативне енергозабезпечення, ґрунтово-повітряний теплообмінник, мікроклімат, енергоефективність, економічна ефективність, екологічна безпечністьАнотація
У статті здійснено порівняльну оцінку геотермальної вентиляції та теплового насоса ґрунт-вода як альтернативних систем енергозабезпечення тваринницьких приміщень. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю зниження енергоспоживання, скорочення експлуатаційних витрат і забезпечення нормативних параметрів мікроклімату в умовах зростання вартості енергоресурсів та посилення екологічних вимог до аграрного виробництва. Метою роботи є обґрунтування доцільності використання геотермальної вентиляції шляхом її порівняння з тепловим насосом ґрунт-вода за ключовими технічними, енергетичними, економічними, експлуатаційними та екологічними характеристиками. Методичною основою дослідження є аналітичний огляд літературних джерел з подальшим узагальненням результатів за сімома критеріями ефективності: охолодження повітря, нагрівання повітря, енергоефективність, економічна ефективність, термін служби, вплив конденсату на роботу системи та екологічність. Результати порівняння подано у вигляді графічної моделі, що дає змогу інтегрально відобразити сильні та слабкі сторони досліджуваних технологій. Встановлено, що геотермальна вентиляція має переваги за показниками енергоефективності, економічної ефективності, тривалості експлуатації та екологічної безпечності, що зумовлено пасивним принципом її функціонування, конструктивною простотою та відсутністю холодоагентів. Водночас тепловий насос ґрунт-вода забезпечує кращі результати щодо стабільного підтримання температурного режиму впродовж року та ефективнішого контролю процесів, пов’язаних з утворенням конденсату. Обґрунтовано, що для більшості тваринницьких приміщень геотермальна вентиляція є більш доцільним рішенням з огляду на нижчі витрати, простоту експлуатації та вищу екологічну безпечність, тоді як тепловий насос ґрунт-вода слід розглядати як ефективнішу, але більш капіталомістку альтернативу для об’єктів із підвищеними вимогами до гарантованого цілорічного підтримання мікроклімату.
Посилання
Vanbaelinghem L., Arulnathan V., Costantino A., Pelletier N. Comparative life cycle assessment of alternative heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) systems for poultry houses. Journal of Environmental Management. 2025. Vol. 383. Art. 125541. DOI: 10.1016/j.jenvman.2025.125541
Vanbaelinghem L., Costantino A., Grassauer F., Pelletier N. Alternative Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC) System Considerations for Reducing Energy Use and Emissions in Egg Industries in Temperate and Continental Climates: A Systematic Review of Current Systems, Insights, and Future Directions. Sustainability. 2024. Vol. 16. Art. 4895. DOI: 10.3390/su16124895
Aresti L., Florides G. A., Skaliontas A., Christodoulides P. Environmental Impact of Ground Source Heat Pump Systems: A Comparative Investigation From South to North Europe. Frontiers in Built Environment. 2022. Vol. 8. Art. 914227. DOI: 10.3389/fbuil.2022.914227
Casasso A., Sethi R. Assessment and Minimization of Potential Environmental Impacts of Ground Source Heat Pump (GSHP) Systems. Water. 2019. Vol. 11. Art. 1573. DOI: 10.3390/w11081573
Koshlak H. A Review of Earth-Air Heat Exchangers: From Fundamental Principles to Hybrid Systems with Renewable Energy Integration. Energies. 2025. Vol. 18. Art. 1017. DOI: 10.3390/en18051017
Congedo P. M., Baglivo C., Bonuso S., D’Agostino D. Numerical and experimental analysis of the energy performance of an air-source heat pump (ASHP) coupled with a horizontal earth-to-air heat exchanger (EAHX) in different climates. Geothermics. 2020. Vol. 87. Art. 101845. DOI: 10.1016/j.geothermics.2020.101845
Lu Q., Narsilio G. A., Aditya G. R., Johnston I. W. Economic analysis of vertical ground source heat pump systems in Melbourne. Energy. 2017. Vol. 125. P. 107–117. DOI: 10.1016/j.energy.2017.02.082
Mostafaeipour A., Goudarzi H., Khanmohammadi M., Jahangiri M., Sedaghat A., Norouzianpour H., Chowdhury S., Techato K., Issakhov A., Almutairi K., Hosseini Dehshiri S. J. Techno-economic analysis and energy performance of a geothermal earth-to-air heat exchanger (EAHE) system in residential buildings: A case study. Energy Science & Engineering. 2021. Vol. 9. P. 1807–1825. DOI: 10.1002/ese3.952
Diedrich C. H., Santos G. H. dos, Carraro G. C., Dimbarre V. V., Alves T. A. Numerical and Experimental Analysis of an Earth–Air Heat Exchanger. Atmosphere. 2023. Vol. 14. Art. 1113. DOI: 10.3390/atmos14071113
Pakari A., Ghani S. Performance evaluation of a near-surface earth-to-air heat exchanger with short-grass ground cover: an experimental study. Energy Conversion and Management. 2019. Vol. 201. Art. 112163. DOI: 10.1016/j.enconman.2019.112163
Yang D., Guo Y., Zhang J. Evaluation of the thermal performance of an earth-to-air heat exchanger (EAHE) in a harmonic thermal environment. Energy Conversion and Management. 2016. Vol. 109. P. 184–194. DOI: 10.1016/j.enconman.2015.11.050.
Benhammou M., Draoui B. Parametric study on thermal performance of earth-to-air heat exchanger used for cooling of buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 44. P. 348–355. DOI: 10.1016/j.rser.2014.12.030
Niu F., Yu Y., Yu D., Li H. Heat and Mass Transfer Performance Analysis and Cooling Capacity Prediction of Earth to Air Heat Exchanger. Applied Energy. 2015. Vol. 137. P. 211–221. DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.10.008
Arghand T., Javed S., Dalenbäck J.-O. Combining direct ground cooling with ground-source heat pumps and district heating: Energy and economic analysis. Energy. 2023. Vol. 270. Art. 126944. DOI: 10.1016/j.energy.2023.126944
Dai L., Li S., DuanMu L., Li X., Shang Y., Dong M. Experimental performance analysis of a solar assisted ground source heat pump system under different heating operation modes. Applied Thermal Engineering. 2015. Vol. 75. P. 325–333. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2014.09.061
Ozgener L. A review on the experimental and analytical analysis of earth to air heat exchanger (EAHE) systems in Turkey. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011. Vol. 15. P. 4483–4490. DOI: 10.1016/j.rser.2011.07.103
Benhammou M., Draoui B., Zerrouki M., Marif Y. Performance analysis of an earth-to-air heat exchanger assisted by a wind tower for passive cooling of buildings in arid and hot climate. Energy Conversion and Management. 2015. Vol. 91. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.enconman.2014.11.042
Morshed W., Abbas L., Nazha H. Heating performance of the PVC earth-air tubular heat exchanger applied to a greenhouse in the coastal area of west Syria: An experimental study. Thermal Science and Engineering Progress. 2022. Vol. 27. Art. 101000. DOI: 10.1016/j.tsep.2021.101000
Wei S., Wang H., Tian Y., Man X., Wang Y., Zhou S. Energy efficiency optimization analysis of a ground source heat pump system based on neural networks and genetic algorithms. Geothermal Energy. 2024. Vol. 12. Art. 43. DOI: 10.1186/s40517-024-00325-2
Greco A., Masselli C. The Optimization of the Thermal Performances of an Earth to Air Heat Exchanger for an Air Conditioning System: A Numerical Study. Energies. 2020. Vol. 13. Art. 6469. DOI: 10.3390/en13236469
Zeitoun W., Lin J., Siroux M. Energetic and Exergetic Analyses of an Experimental Earth–Air Heat Exchanger in the Northeast of France. Energies. 2023. Vol. 16. Art. 1542. DOI: 10.3390/en16031542
Ali N. B., Djuansjah J., Omar I. [та ін.]. Performance and cost-benefit analysis of an integrated earth-air heat exchanger and air handling unit system. Scientific Reports. 2025. Article in press. DOI: 10.1038/s41598-025-32275-5
Patin M., Rousse D. R. Optimizing economic performances of foundation earth-to-air heat exchangers for low-technology residential air-conditioning. Energy and Buildings. 2025. Vol. 328. Art. 115250. DOI: 10.1016/j.enbuild.2024.115250
Sakhri N., Kifouche A., Kaddour A., Chenini N., Larguech S., Chambashi G., Kaid N., Menni Y. Thermal and economic performance of an earth–air heat exchanger system for indoor climate control in arid winter environments. International Journal of Low-Carbon Technologies. 2025. Vol. 20. P. 855–864. DOI: 10.1093/ijlct/ctaf046
Basok B., Pavlenko A., Nedbailo A., Bozhko I., Novitska M., Koshlak H., Tkachenko M. Analysis of the Energy Efficiency of the Earth-To-Air Heat Exchanger. Rocznik Ochrona Środowiska. 2022. Vol. 24. P. 202–213. DOI: 10.54740/ros.2022.015
Rosa N., Santos P., Costa J. J., Gervásio H. Modelling and performance analysis of an earth-to-air heat exchanger in a pilot installation. Journal of Building Physics. 2018. Vol. 42. DOI: 10.1177/1744259117754298
D’Agostino D., Esposito F., Greco A., Masselli C., Minichiello F. The Energy Performances of a Groundto-Air Heat Exchanger: A Comparison Among Köppen Climatic Areas. Energies. 2020. Vol. 13. Art. 2895. DOI: 10.3390/en13112895
Elminshawy N. A. S., Siddiqui F. R., Farooq Q. U., Addas M. F. Experimental investigation on the performance of earth-air pipe heat exchanger for different soil compaction levels. Applied Thermal Engineering. 2017. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.06.119
El-Said E. M. S., Abdelaziz G. B., Abdelhady M. I., Shokry N., Mohamed S., Dahab M. A. Experimental investigation of earth-air heat exchanger using porous clay vessels for eco-friendly. Scientific Reports. 2024. Vol. 14. Art. 17548. DOI: 10.1038/s41598-024-67212-5.
Hamdane S., Pires L. C. C., Silva P. D., Gaspar P. D. Evaluating the Thermal Performance and Environmental Impact of Agricultural Greenhouses Using Earth-to-Air Heat Exchanger: An Experimental Study. Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Art. 1119. DOI: 10.3390/app13021119.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
