Порівняльна оцінка геотермальної вентиляції та теплового насоса ґрунт-вода для енергозабезпечення тваринницьких приміщень

Abstract

UA: 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 ґрунтвода 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. /// EN: This article presents a comparative evaluation of geothermal ventilation and a ground-to-water heat pump as alternative systems for the energy supply of livestock buildings. The relevance of the study is determined by the need to reduce energy consumption, lower operating costs, and maintain standard microclimate parameters under conditions of rising energy prices and stricter environmental requirements in agricultural production. The purpose of the study is to substantiate the feasibility of geothermal ventilation by comparing it with a ground-to-water heat pump according to key technical, energy, economic, operational, and environmental characteristics. The study is based on an analytical review of scientific literature followed by the generalization of the obtained results according to seven efficiency criteria: air cooling, air heating, energy efficiency, economic efficiency, service life, the impact of condensate on system operation, and environmental safety. On this basis, an integrated graphical comparison model was developed to visualize the strengths and weaknesses of the studied systems. The results show that geothermal ventilation has advantages in terms of energy efficiency, economic feasibility, service life, and environmental safety due to its passive operating principle, lower capital and operating costs, simpler design, and the absence of refrigerants. At the same time, the ground-to-water heat pump demonstrates better performance in maintaining a stable temperature regime throughout the year and in controlling processes related to condensate formation and removal. It is substantiated that geothermal ventilation is the more appropriate solution for most livestock buildings because of its lower costs, operational simplicity, and greater environmental safety, whereas a ground-to-water heat pump should be considered a more efficient but also more capital-intensive alternative for facilities with higher requirements for guaranteed year-round temperature control.