<p>Under detta projekt har vi tittat på hur man kan återladda en bergvärmekonfiguration med lågtempererade solfångare. Projektet utfördes åt Newsec Energy i Stockholm vars kund samfälligheten Ängsbacken ville minska andelen tillskottsenergi som utgörs av olja till sin bergvärmeanläggning. En utredning av anläggningen gjordes av Newsec Energy som visade att berget kylts ned och att anläggningens borrhål varit underdimensionerade. Vi fick uppdraget att utveckla en systemlösning med lågtempererade solfångare.</p>

Målet med denna studie är att ta fram en metodik och beräkningsmodell för att beräkna återladdningsmängd och dess effekter på ett bergvärmesystem som kan användas tillsammans med simuleringsverktyget för bergvärmesystem Earth Energy Designer (EED) och som kan hantera olika återladdningsmetoder. Syftet med studien är att automatisera och effektivisera beräkningen av optimal återladdning.  För att utföra detta skapades en beräkningsmall i Microsoft Excel. I mallen kan användaren importera effekter från den valda återladdningsmetoden, beroende på bergvärmesystemets värmebärartemperaturer. I de fall som återladdningeffekten är beroende av utomhustemperaturen kan även dessa importeras i mallen. Därefter, så kan användaren simulera bergvärmesystemet i EED där temperaturer beräknas. Dessa kan sedan importeras till beräkningsmallen och effekter beroende på de aktuella temperaturerna kan beräknas. Effekterna kan sedan bli exporterade till EED och bergvärmesystemet kan återigen simuleras och nya temperaturer uppstår. Denna process måste repeteras tills dess att konvergens uppnåtts och temperaturerna slutar ändras mellan simuleringarna. Den utvecklade beräkningsmodellen och metodiken har sedan tillämpats på en fallstudie där det projekterade bergvärmesystemet ska leverera värme till en förskola i Luleå kommun. Detta GSHP-system har 16 borrhål, dimensionerat för att möta förskolans värmebehov och därav är det väldimensionerat. På grund av implementeringen av återladdning så har antalet borrhål reducerats så att bergvärmesystemet blir underdimensionerat, effekterna av återladdning på detta system har utvärderats och jämförts med det väldimensionerade bergvärmesystemet. Fyra fall av återladdning har blivit implementerade. I samtliga fall har bergvärmesystemet återladdats med kylmedelkylare men återladdningseffekten och energin har varierat mellan de olika fallen.  Resultaten visade att genom återladdningen kan både temperaturen på värmebäraren i borrhålen och COP höjas. Detta leder till att energin som behöver tillföras värmepumpen minskar liksom driftkostnaden för densamma. Vid en ekonomisk analys för det väldimensionerade, underdimensionerade bergvärmesystemet utan återladdning samt de fallen där återladdning implementerats visade resultaten dock att den totala livscykelkostnaden blev större för de fallen med återladdning än de fallen utan. Detta beror på att både den totala drift och installationskostnaden för systemen blir större när återladdningen implementerats än när det inte görs. Detta trots att investeringskostnaden för borrhålen minskar när antalet borrhål minskar samt att energin som krävs till värmepumpen minskar när återladdning implementerats. Slutsatsen som kan dras av studien är att en beräkningsmodell och metodik för att beräkna återladdning och dess effekter på ett bergvärmesystem kunde skapas. Modellen och metodiken kan också användas tillsammans med EED för flera typer av återladdning men i denna studie har den enbart implementeras med en återladdningsmetod. Rörande effekterna av återladdning med den implementerade återladdningsmetoden på borrhålen, så visade resultatet att återladdning med kylmedelkylare i detta fall inte är ekonomiskt lönsamt och ska bara implementerats om det är något som krävs om det till exempel skulle vara begränsad yta för borrning av borrhål. Detta är dock något som måste beräknas i varje enskilt fall av återladdning.

Under detta projekt har vi tittat på hur man kan återladda en bergvärmekonfiguration med lågtempererade solfångare. Projektet utfördes åt Newsec Energy i Stockholm vars kund samfälligheten Ängsbacken ville minska andelen tillskottsenergi som utgörs av olja till sin bergvärmeanläggning. En utredning av anläggningen gjordes av Newsec Energy som visade att berget kylts ned och att anläggningens borrhål varit underdimensionerade. Vi fick uppdraget att utveckla en systemlösning med lågtempererade solfångare.

Minskat behov av köpt energi i svenska småhus kan komma att bli en viktig del i EU:s mål att effektivisera energianvändning och minska utsläppen av växthusgaser. Solhybridpaneler (eng. Photovoltaic thermal collector, förkort. PVT) kombinerat med bergvärmepump kan bidra till målen genom att minska värmepumpens elbehov, producera el för egenanvändning och leverera överskottsproduktion till elnätet. I svenska småhus finns det mer än 440 000 installerade berg-, jord- och sjövärmepumpar. I dagsläget är det vanligaste att en ny värmepump ersätter en äldre värmepump. Vid byte av bergvärmepump finns risk att det befintliga borrhålet är underdimensionerat i förhållande till den nya värmepumpen.  PVT består av en konventionell solcellspanel (PV) för elproduktion kompletterad med en termisk kollektor som hämtar termisk energi från PV-modulen och omgivande luft. Genom att överföra termisk energi från PVT till värmepumpens värmekälla minskar värmepumpens elbehov samtidigt som PV-modulens elproduktion ökar. Arbetet görs tillsammans med företaget Samster som bland annat är konstruktör och återförsäljare av PVT. Samster efterfrågar ett beräkningsverktyg för att underlätta projektering av PVT-assisterade bergvärmepumpar avsedda för villor. Verktyget ska bedöma prestanda,miljönytta och elkostnader utifrån platsspecifika förutsättningar och PVT-anläggningens dimensionering. Slutprodukt från arbetet består av en simuleringsmodell för dimensionering av PVT-assisterad bergvärme konstruerad i mjukvaran Simulink. Med simuleringsmodellen utförs analyser avyttre förutsättningar och systemkomponenter. Simuleringar under varierande förutsättningar utförs för att visa PVT-anläggningens påverkan på elanvändning och bergvärmepumpens effektivitet.  Genomförda analyser visar att geografiskt läge och temperaturförloppet i borrhålet har störst inverkan på PVT-assisterad bergvärme och att PVT är mest effektiva när de kopplas till en värmepump som hämtar energi från ett underdimensionerat borrhål. För en villa i Göteborgmed befinligt borrhål på 100 m och årligt värmebehov på 25 000 kWh kan komplettering med9,9 m2 PVT öka SPFVP från 2,65 till 2,82. Att komplettera bergvärmepump med 9,9 m2 PVTbidrar till att reducera villans elkostnad med 14 % och koldioxidutsläpp från elanvändning reduceras med 14 %. Kylning av PVT bidrar till att öka elproduktionen med 4 - 5 % på årsbasis. Riktvärde för lämplig dimension av PVT för att termiskt assistera bergvärmepump är 0,4 – 0,5 m2/MWh totalt uppvärmningsbehov. / Reducing the need for purchased energy in Swedish detached houses may become an important part of the EU's goal of streamlining energy use and reducing greenhouse gas emissions. Photovoltaic thermal collector (PVT collector) combined with a borehole ground source heat pump can contribute to reaching the climate goals by reducing the heat pump's electricity demand, producing electricity for private use and generating a surplus production going into the electricity grid. In Swedish detached houses, there are more than 440,000 installed ground and lake water source heat pumps. At present, a new heat pump usually replaces an older heat pump. When replacing a borehole ground source heat pump, there is a risk that the existing borehole is undersized in relation to the new heat pump. PVT collectors consists of a conventional solar cell panel (PV) for electricity production supplemented with a thermal collector that collects thermal energy from the PV module and the surrounding air. By transferring thermal energy from PVT collector to the heat pump's heat source, the heat pump's electricity demand decreases while the PV module's electricity production increases. This thesis is a collaboration with Samster, a company that, among other things, designs PVTcollectors. Samster is requesting a calculation tool to facilitate the planning of PVT-assisted ground source heat pumps installations, intended for detached houses. The tool needs to assess performance, environmental benefits and electricity costs based on site-specific conditions and the dimensioning of the PVT collector installation. Finished product from the work consists of a simulation model for dimensioning PVTassisted geothermal heat systems constructed in the Simulink software. With the simulation model, analyses of external conditions and system components are performed. Simulations under varying conditions are performed to show the impact on electricity use and efficiency of the heat pump when PVT collectors are installed. Performed analysis show that geographical location and the temperature variations in the borehole have the greatest impact on the system performance and that PVT collectors are most effective when connected to a heat pump that draws energy from an undersized borehole. For a Swedish detached house located in Gothenburg with a 100-meter boreholeand an annual heat demand of 25,000 kWh, supplementation with 9.9 m2 PVT collectors can increase the heat pump´s SPFVP (seasonal performance factor) from 2.65 to 2.85. The electricity cost for the household is reduced by 14 % and carbon dioxide emissions from electricity use are reduced by 14 %.  Cooling of the PVT collectors PV cells contributes to increasing electricity production by 4 -5 % on an annual basis. Guide value for suitable dimensions for PVT collectors that assist a borehole ground source heat pump is 0,4 - 0,5 m2/MWh of total heating demand.