Перейти до вмісту
Енергетика: економіка, технології, екологія
ISSN 1813-5420 · e‑ISSN 2308-7382 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. · № 3 · 2026 жов 12, 2026 ЕНЕРГЕТИЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ

МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ У BTES-СИСТЕМІ СОНЯЧНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

КС
Кирило Сліжевський Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
ОЧ
Ольга Черноусенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
ОН
Олександр Недбайло Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
Сторінки149-158 Опублікованожов 12, 2026 ЛіцензіяВідкритий доступ
PDF
ТОМ · № 3 · 2026 85 Переглянути випуск

Анотація

Однією з основних проблем використання систем сонячного теплопостачання в умовах України є значна сезонна нерівномірність надходження сонячної енергії, що обумовлює необхідність застосування сезонних акумуляторів теплоти. Перспективним рішенням для розв’язання  цієї проблеми є використання свердловинних ґрунтових акумуляторів теплоти (Borehole Thermal Energy Storage, BTES), здатних забезпечувати накопичення надлишкової теплоти в теплий період року та її використання протягом опалювального сезону. Підвищення ефективності таких систем є актуальним завданням розвитку відновлюваної енергетики та декарбонізації теплопостачання.

Мета дослідження – розроблення двомірної нестаціонарної моделі BTES-системи сонячного теплопостачання, її верифікація та визначення впливу основних геометричних параметрів акумулятора на процеси накопичення теплоти.

Для виконання досліджень використано двомірну осесиметричну модель нестаціонарного теплообміну в ґрунтовому масиві, що реалізована методом скінченних різниць. Під час моделювання застосовані фактичні кліматичні дані України за 2001 – 2025 рр. Виконано аналіз незалежності результатів від параметрів розрахункової сітки та верифікацію моделі за даними незалежних досліджень.

Наведені результати дослідження теплового режиму ґрунтового акумулятора протягом річного циклу експлуатації. Встановлено, що максимальна температура в центральній частині акумулятора досягається із запізненням приблизно на 1–1,5 місяці відносно максимуму сонячної радіації, що обумовлено теплоінерційністю ґрунтового масиву. Для базового варіанта системи річне надходження теплоти до акумулятора становить 143,6 МВт·год, а коефіцієнт термічного використання акумулятора – 78%. Результати верифікації підтвердили узгодження результатів моделювання з незалежними літературними даними. Досліджено вплив геометричних параметрів акумулятора на його температурний режим та характеристики накопичення теплоти.

Результати досліджень свідчать про можливість використання запропонованої моделі для інженерного прогнозування теплових процесів у BTES-системах сонячного теплопостачання. Отримані результати можуть бути використані під час проєктування та оптимізації систем сезонного акумулювання теплоти для кліматичних умов України.

Ключові слова

#система акумулювання теплоти в ґрунті #ґрунтовий акумулятор #нестаціонарна теплопровідність #осесиметрична модель #температурний режим ґрунту #метод скінченних різниць #сезонне зберігання енергії

Посилання

  1. Huang, B., He, M., & Song, B. (2025). Design of Solar District Heating System With Seasonal Thermal Energy Storage in Northern China and Its Economic Analysis. Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 17(12), 121001 (13 p.). https://doi.org/10.1115/1.4069284
  2. Gao, M., Furbo, S., Xiang, Y., Fan, J., Wang, D., & Tian, Z. (2024). Solar district heating system with large heat storage: Energy, exergy, economic and environmental (4E) analysis. Energy Conversion and Management, 314, 1–24. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.118709
  3. Basok, B., Pavlenko, A., Nedbailo, O., Bozhko, I., & Moroz, M. (2023). A Two-dimensional Numerical Model of Heat Exchange in the Soil Massif During the Operation of a Shallow Horizontal Soil Heat Exchanger. Rocznik Ochrona Środowiska, 25, 274–281. https://doi.org/10.54740/ros.2023.029
  4. Ahmadfard, M., & Baniasadi, E. (2025). Borehole thermal energy storage systems: A comprehensive review using bibliometric and qualitative tools. Applied Energy, 387, 125638. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.125638
  5. Martazinova, V., Kyhtenko, Yu., & Shpyg, V. (2025). Estimation of monthly amounts of direct and total solar radiation in Ukraine during global warming at the beginning of the 21st century. Geophysical Journal, 47(3), 54–68. https://doi.org/10.24028/gj.v47i3.321745
  6. Central Geophysical Observatory named after Borys Sreznevskyi. (2024). Mean monthly air temperature in Ukraine. Retrieved from https://cgo-sreznevskyi.kyiv.ua/uk/diialnist/klimatolohichna/klimatychni-danni-po-ukraini
  7. Zhao, P., Li, Z., Wang, N., Zhou, X., Cong, L., & Yu, Q. (2021). Study on the Dynamic Performance of Solar Space Heating System with Seasonal Thermal Energy Storage. In IEEE 4th International Electrical and Energy Conference (CIEEC) (pp. 412–418). https://doi.org/10.1109/CIEEC50170.2021.9510974
  8. Bahr, M. T., Kumawat, P. K., Billings, B. W., Panja, P., & Powell, K. M. (2025). A dynamic 2D Borehole Thermal Energy Storage (BTES) model for enhanced computational efficiency. Case Studies in Thermal Engineering, 69, 107054. https://doi.org/10.1016/j.csite.2025.107054
  9. Lyden, A., Brown, C. S., Kolo, I., Falcone, G., & Friedrich, D. (2022). Seasonal thermal energy storage in smart energy systems: district-level applications and modelling approaches. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 167, 112760. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112760
  10. Lin, Y., Maragna, C., & Falcone, G. (2024). Application of the image-well method for transient borehole thermal energy storage systems with complex boundaries. Heat Transfer, 53(8), 4042–4062. https://doi.org/10.1002/htj.23140
  11. Desguers, T., Brown, C. S., Kolo, I., Banks, D., Falcone, G., & Friedrich, D. (2025). Short-cycle borehole thermal energy storage: Impact of thermal cycle duration on overall performance. Applied Thermal Engineering, 258(B), 124610. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.124610
  12. Basok, B., Pavlenko, A., Bozhko, I., Novitska, M., Nedbailo, A., Koshlak, H., & Tkachenko, M. (2022). Analysis of the Energy Efficiency of the Earth-To-Air Heat Exchanger. Rocznik Ochrona Środowiska, 24, 202–213. https://doi.org/10.54740/ros.2022.015
  13. Nedbailo, O., Basok, B., Vlasenko, O., Marteniuk, V., Khybyna, M., & Belyaeva, T. (2025). Heat Regime of the Building Envelopes Using a Thermal Barrier. Civil Engineering and Architecture, 13(3A), 2249–2256. https://doi.org/10.13189/cea.2025.131306
  14. Redko, I., Redko, O., Redko, A., Bakumenko, N., Ujma, A., & Zadiranov, V. (2025). Estimation of the energy potential of solar radiation and comparison with normative data for Ukraine. Meteorology Hydrology and Water Management, 13(1), 1–14. https://doi.org/10.26491/mhwm/208954
  15. Gendler I. Borehole Thermal Energy Storage. Isaac’s Science Blog. 19 Jan. 2025. URL: Isaac’s Science Blog: Borehole Thermal Energy Storage (accessed: 29.04.2026).
  16. Sibbitt, B., McClenahan, D., Djebbar, R., Thornton, J., Wong, B., Carriere, J., & Kokko, J. (2012). The performance of a high solar fraction seasonal storage district heating system – five years of operation. Energy Procedia, 30, 856–865. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.11.097

Ліцензія

CCBY 4.0
Creative Commons Із зазначенням авторства 4.0 Міжнародна

Ця робота має відкриту ліцензію: вільно поширюйте та адаптуйте її, посилаючись на авторів і журнал. Умови ліцензії ↗

Авторське право (c) 2026 Кирило Сліжевський, Олександр Недбайло, Ольга Черноусенко

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

АНАЛІЗ ВПЛИВУ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦІЇ НА ЕНЕРГОПОТРЕБУ БУДІВЕЛЬ З РІЗНИМ РІВНЕМ ТЕПЛОВОГО ЗАХИСТУ В КЛІМАТИЧНИХ УМОВАХ УКРАЇНИ

Інна Білоус, Віктор Шкляр, Вікторія Дубровська, Семен Крамаренко

Мета дослідження полягає у визначенні впливу зміни теплоізоляційних характеристик огороджувальних конструкцій будівлі та впровадженні вентиляційної системи з…

#термомодернізація та енергоефективність будівель #утеплення #системи вентиляції #рекуперація теплоти
с. 159-168
10.20535/1813-5420.3.2026.362058

МЕТОДОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ФОРМАЛІЗАЦІЇ ЗАДАЧ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛІННЯ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯМ ГІРНИЧИХ ПІДПРИЄМСТВ ЗА ФАКТОРОМ ОСНОВНИХ ВИРОБНИЧИХ ФОНДІВ

Тетяна Берідзе, Віктор Левченко

Складність управління сучасними гірничими підприємствами значною мірою пов'язана з дефіцитом коректних математичних моделей ГЗК, створення яких є критично необхідним для…

#енергозбереження #моделювання #управління #структура
с. 130-139
10.20535/1813-5420.3.2026.365032

ЕНЕРГЕТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВІТРЯНИХ ТА ГЕОТЕРМАЛЬНИХ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ В УМОВАХ РЕАЛЬНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Олег Менжинський, Андрій Соломаха

В статті виконано порівняльний аналіз теплотехнічних характеристик повітряного (Vitocal 200-S) та ґрунтового (Vitocal 300-G) теплових насосів за даними безперервного…

#тепловий насос #ґрунтовий #повітряний #SCOP
с. 140-148
10.20535/1813-5420.3.2026.365408