Моделювання утилізації теплоти метрополітену з використанням вертикального ґрунтового теплообмінника та теплового насоса В умовах Харкова
DOI:
https://doi.org/10.32347/2409-2606.2025.54.122-139Ключові слова:
метрополітен, вертикальний ґрунтовий теплообмінник, утилізація теплотиАнотація
У рамках національної стратегії енергетичної стійкості України та міжнародних зобов'язань щодо скорочення викидів парникових газів декарбонізація теплопостачання стає пріоритетом державної енергетичної політики. Як підписант Паризької угоди, Україна зобов'язалася скоротити викиди CO₂ та збільшити частку відновлюваних джерел енергії. Одним із найперспективніших напрямків підвищення енергоефективності в міському середовищі є утилізація відпрацьованого тепла, що утворюється в інфраструктурі метрополітену. Підземні транспортні системи, зокрема тунелі та станції метро, накопичують значну кількість теплоти внаслідок роботи гальмівних систем поїздів, вентиляції, інженерного обладнання та пасажиропотоку. У закордонних дослідженнях використовувалися різні підходи до його вилучення: встановлення теплообмінника у вентиляційних шахтах метро; прикріплення абсорбційних труб до геотекстилю між облицюванням метро; вбудовування абсорбційних труб у сегмент тунелю; встановлення теплообмінників поблизу тунелю. Такі рішення були успішно реалізовані в таких містах, як Лондон, Париж, Барселона та Токіо. В Україні було проведено кілька досліджень з використання низькопотенційної теплоти з вентиляційних викидів метро. Однак вони обмежувалися аналізом теплообміну між вентиляційними викидами та системою теплового насоса. Водночас потенціал використання накопиченої теплоти в навколишньому ґрунті поблизу тунелів метро, які експлуатуються протягом десятиліть і утворюють стабільне температурне поле в масиві, в Україні залишається невивченим. Тема підвищення продуктивності геотермальних теплових насосів за допомогою теплоти, що виділяється з витяжної вентиляції метро, досі не досліджувалася в Україні. Тому ця стаття присвячена саме цьому дослідженню.
Посилання
Zadiranov V.S. “Review of the experience in utilising waste heat from the metro”. Ventyliatsiia, Osvitlennia ta teplohazopostachannia, Iss. 48, 2024, pp. 50–66. Available at: https://doi.org/10.32347/2409-2606.2024.48.50-66 (In Ukrainian)
Lagoeiro, H.R.P. et al., “Heat from Underground Energy London (Heat FUEL)”, in The 25th IIR International Congress of Refrigeration, August, 2019, Montréal, Québec, Canada. Quebec: Institut International du Froid, 2019. Available at: https://doi.org/10.18462/iir.icr.2019.1013
Paris Habitat et la RATP récupèrent la chaleur du métro pour alimenter un immeuble de logements. Available at: https://www.lemoniteur.fr/article/paris-habitat-et-la-ratp-recuperent-la-chaleur-du-metro-pour-alimenter-un-immeuble-de-logements.1998954
Barcelona Subways Are Revolutionizing Energy Efficiency.
Available at: https://katrinapaulson.medium.com/barcelona-subways-are-revolutionizing-energy-efficiency-bfb897b9298f
Toki, Y. “District heating and cooling system utilizing the waste heat from the subway in the city of Sapporo” in Proceedings of 14 Annual Conference of Industrial Electronics Society 24-28 October 1988, Singapore. IEEE, 2022. Available at: https://doi.org/10.1109/IECON.1988.666281
Fialko, N.M. and Zimin, L.B., “Otsenka effektivnosti primeneniia teplovykh nasosov v usloviyakh metropolitenov i ugolnykh shakht”. Industrial Heat Engineering, Vol. 28, No. 2, 2006, pp. 111-119. Available at: https://nasplib.isofts.kiev.ua/server/api/core/bitstreams/0fe53fcd-26bc-4844-8c77-c01a9eff3238/content (In Russian)
Zeng-Hui, H.U., Xiao-Zhao, L.I., Xiao-Bao, Zh., Lin, X. and Wei, W.U. “Numerical analysis of factors affecting the range of heat transfer in earth surrounding three subways”. Journal of China University of Mining and Technology, Vol. 18, 2008, pp. 67-71. Available at: https://doi.org/10.1016/S1006-1266(08)60015-2
Spitler, J. D. et al. “R&D Studies Applied to Standing Column Well Design.” ASHRAE 1119-RP, July 2002. Web. 19 Dec. 2025. Available at: https://www.academia.edu/1594197/R_and_D_studies_applied_to_standing_column_well_design.
Ӧzdoğan-Dölçek, A. Numerical Modeling of Heat Transport for Ground-Coupled Heat Pump (GCHP) Systems and Associated Life Cycle Assessments. PhD Thesis. University of Wisconsin-Madison, 2015. Available at: https://asset.library.wisc.edu/1711.dl/CMGY7VD65SVVT8D/R/file-33b47.pdf
DBN B.2.2-12:2019 Planuvannia i zabudova terytorii. Zi zm. No. 1 UkrArkhBudInform, 2019. Available at: https://e-construction.gov.ua/laws_detail/3783082322765547467 (in Ukrainian)
Tsodikov, V.Ia. Ventiliatsiia i teplosnabzhenie metropolitenov. Nedra, 1975
DSTU B V.2.6-189:2013 Methods for choosing of insulation material for insulation of buildings. Minrehion Ukrainy, 2025. Available at: https://dbn.co.ua/load/normativy/dstu/dstu_b_v_2_6_189/5-1-0-1790
Nauchno-tekhnicheskii otchet ot 2013 g. KhG YGO «UkNIINTIZ» ob inzhenerno-geologicheskikh i gidrogelogicheskikh izyskaniiakh vdol st. Yuzhnyi vokzal. UkNIINTIZ, 2013 (In Russian)
Zakliuchenie inzhenerno-geologicheskogo otcheta na stroiploshchadke metropolitena v g. Kharkove ot 1967 g. UkNIINTIZ, 1967. (In Russian)
Richtlinie VDI 4640 Blatt 2 Thermische Nutzung des Untergrunds – Erdgekoppelte Wärmepumpen. Available at: https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/geologie/erdwaerme/fachgespraech/2015/Reuss_Vortrag.pdf (In German)
Cui, Y and Zhu, J. “Year-round performance assessment of a ground source heat pump with multiple energy piles. Energy and Buildings, Vol. 158, 2018, pp. 509–524. Available at: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.10.033.
Cui, Y and Zhu, J. “CFD assessment of multiple energy piles for ground source heat pump in heating mode. Applied Thermal Engineering, Vol. 139, 2018, pp. 99–112. Available at: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.04.073
Adinolfi, M., Maiorano, R.M.S, Mauro, A., Massarotti, N. and Aversa, S. “On the influence of thermal cycles on the yearly performance of an energy pile”. Geomechanics for Energy and the Environment, Vol. 16, 2018, pp. 32-44. Available at: https://doi.org/10.1016/j.gete.2018.03.004
Wu D, Liu H-L, Kong G-Q, Ng CWW and Cheng X-H. “Displacement response of an energy pile in saturated clay”. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Geotechnical Engineering, Vol. 171, Iss. 4, 2018, pp. 285-294. Available at: https://doi.org/10.1680/jgeen.17.00152.
DSTU-N B V.1.1-27:2010 Building Climatology. Minrehionbud Ukrainy, 2011. Available at: https://dbn.co.ua/load/normativy/dstu/dstu_b_v_1_1_27_2010/5-1-0-929 (In Ukrainian)
Hordienko V.V., Hordienko Y.V., Zavgorodniaia O.V., Lohvinov Y.M., Tarasov V.N. and Usenko O.V., Geotermicheskii atlas Ukrainy, 2004. Available at: https://www.researchgate.net/publication/330933236_GEOTERMICESKIJ_ATLAS_UKRAINY (In Russian)
Hellström, G.; Ground heat storage: thermal analyses of duct storage systems, Doctoral Thesis, Mathematical Physics, 1991. Available at: https://lup.lub.lu.se/search/files/6178678/8161230.pdf
Lazzari S., Priarone A. and Zanchini E. “Long-Term Performance of Borehole Heat Exchanger Fields with Groundwater Movement”. Fuel and Energy
Abstracts, Vol. 35, Iss. 12, 2010, pp. 4966-4974. Available at: https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.08.028
DSTU B V.2.5-44:2010 Engineering equipment for indoor systems. Heating systems in buildings design of heat pump heating systems. Minrehionbud Ukrainy, 2010. Available at: http://www.mathcentre.com.ua/download/dstu_B_V_2-5-44_2010.pdf (In Ukrainian)
Kharkivskyi rehionalnyi tsentr z hidrometeorolohii (KhRTsHM). Available at: https://t.me/HRCGM. Accessed 2025-11-01 (In Ukrainian)
Morozov Yu. P., Barylo A. A., Dubovskyi S. V. and Chalaiev D. M., Vydobuvannia i vykorystannia heotermalnykh resursiv Ukrainy. IVE, 2024. Available at: https://www.ive.org.ua/wp-content/uploads/%D0%9C%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D1%96%D1%8F_%D0%9C%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0_Publication.pdf (in Ukrainian)
DBN V.2.3-7-2010. Metros (Undergrounds) . Main aspects. UkrArkhBudInform, 2019. Available at: https://dbn.co.ua/load/normativy/dbn/1-1-0-201 (In Ukrainian)
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Вадим Задіранов
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
