When constructing a new house many questions appear, from architecture to decisions regarding installations. Sweden is situated in a cold part of the planet and questions regarding which heating system to install face everyone who decides to build a new house. This thesis describes a construction solution of a villa in Kiruna. The extended essay analyzes which heating system is most suitable for the construction. The options are geothermal, district and pellet heating systems. The aspects of interest in this study are economics, service and maintenance, as well as environmental impacts. Another important factor is how well the system can be integrated in the indoor space design. Conclusions are made from facts presented about the systems. The conclusion drawn from the comparison is that the choice of heating system is a complex question with many possible answers. A combination of individual values and the geographical area of the house are essential factors. In order to give the systems equal conditions they were all presumed to have great geographical localization to the villa and also buyers that, according to the writers, has normal values. The study showed that a geothermal heating system is the best solution for the constructed house. However, the comparison indicated that the other systems are almost as good solutions. That is probably why district, geothermal and pellet heating systems are all so common on the Swedish market.

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.

Syftet med detta arbete var att undersöka om olika utökningar av ett passivt borrhålslager kan påverka dess långsiktiga prestanda ur ett ekonomiskt samt ett tekniskt perspektiv. Målet var att genom överdimensionering av borrhålslagret försöka sänka de långsiktiga driftkostnaderna och därmed minska dess totala livscykelkostnader samt förlänga lagrets tekniska livslängd.  För detta gjordes en fallstudie på ett projekterad borrhålslager belägen i Luleå kommun som projekterades av WSP till Alviksskolans alternativa bergvärmeanläggning. Borrhålslagret som från början består av 16 borrhål vardera med 300 meters djup utökades eller överdimensionerades genom addering av borrhål samt ökning av dess totala djup. Kombinationerna av dessa utökningsalternativ sammanställdes i olika fall som sedan utvärderades ekonomiskt samt tekniskt ur ett långtidsperspektiv. Fem olika fall undersöktes där ett borrhål adderades för varje fall med 16 borrhål som utgångspunkt i det första fallet upp till 20 borrhål i det femte fallet. Dessa kombinerades med tre olika borrhålsdjup på 300,- 350- samt 400 meter. Genom att addera borrhål samt öka dess totala djup kan medeltemperaturen av i borrhålslagret cirkulerande köldbärarvätskan ökas samt dess nedkylningstakt med åren minskas som kan förbättra bergvärmesystemets långsiktiga prestanda. Förbättringen av prestandan medför minskad energikonsumtion och därmed sänkta driftkostnader som under en längre tid kan medföra sänkta livscykelkostnader. För att se hur köldbärarvätskans temperatur i borrhålslagret påverkas hos de utökade fallen simulerades dess temperaturutveckling med hjälp av programvaran EED. Utifrån de simulerade temperaturprofilerna hos de utökade borrhålslagren räknades sedan den teoretiskt maximala COP ut samt dess degraderingstakt med tiden som för varje undersökta fall jämfördes med den ursprungligen projekterade lagrets uträknade maximala COP och dess degraderingstakt. På så sätt räknades en teoretisk procentuell förbättring fram av systemets långsiktiga prestanda hos de överdimensionerade fallen. Av dessa kunde sedan minskandet av energikonsumtionen hos de utökade fallen räknas ut varav dess livscykelkostnader kunde beräknas. Temperaturutvecklingen av köldbärarvätskan som simuleringarna visade hos de undersökta fallen plottades också upp i grafer för att se hur borrhålslagrets tekniska livslängd påverkas av de applicerade utökningarna.  Resultaten visar att det långsiktigt inte är lönsamt att överdimensionera ett borrhålslager utifrån de beräknade livscykelkostnaderna. Hos alla de studerade fallen är livscykelkostnaderna av de överdimensionerade borrhålslagren alltid högre än av den ursprungligen projekterade borrhålslagret vilket resulterar alla dessa i ekonomiska förluster i slutändan. Det beror på de höga extra investeringskostnaderna som olika utökningar av borrhålslagret medför vilket inte kan kompenseras av den minskade energikonsumtionen. Tekniska livslängden förlängs däremot hos alla utökade fall vilket är en teknisk fördel som kan framtidssäkra borrhålslagret. Generellt presterar utökning mot djupet bättre än utökning av adderade borrhål både ur ett ekonomiskt och ett tekniskt perspektiv. Då energikonsumtionen minskar hos alla de undersökta utökade fallen blir också borrhålslagret mindre beroende av extern elproduktionen som indirekt kan minska användningen av fossila bränslen. Reducering av fossila bränslen till elproduktion kan därmed mildra koldioxidutsläppet och sakta ner globala uppvärmningen. Slutsatsen som kan alltså dras är att överdimensioneringen av ett borrhålslager i norra Sverige är ekonomiskt inte en fördelaktig investering på grund av de höga investeringskostnaderna som detta medför. Förlängningen av den tekniska livslängden samt minskandet av externa elproduktionen kan däremot vara fördelaktigt i längden.Arbetet begränsas av just den specifika fallstudien som görs på Alviksskolans projekterade bergvärmeanläggning. Den specifika platsen gör att endast unika utformningar kan appliceras på den tillgängliga ytan som tillsammans med platsspecifika klimatet gör att resultaten av denna studie inte kan generaliseras för andra borrhålslager belägna på andra platser. Framtida arbeten inom ämnet skulle därför kunna undersöka överdimensioneringar i andra klimat samt utvärdera långsiktiga effekterna av färre borrhål i kombination med djupare borrningar. / The purpose of this work was to investigate whether different expansions of a geothermal borehole field can affect its long-term performance from an economical as well as a technical perspective. The goal was to try to reduce the long-term operating costs and reduce its total life cycle costs by over-dimensioning the borehole field, as well as extending its technical lifetime. For this, a case study was made on a projected borehole field in Luleå municipality which was designed by WSP for Alviksskolan's alternative ground source heat pump (GSHP) system. The borehole field, which initially consists of 16 boreholes each with a depth of 300 meters, was expanded or over-dimensioned by adding boreholes and increasing their total depth. The combinations of these expansion options were compiled in different cases, which were then evaluated economically and technically from a long-term perspective. Five different cases were investigated where a borehole was added for each case with 16 boreholes as a starting point in the first case up to 20 boreholes in the fifth case. These were combined with three different borehole depths of 300, 350 and 400 meters. By adding boreholes and increasing their total depth, the average temperature of the coolant circulating in the boreholes can be increased and its cool-down rate reduced over time, which can improve the long-term performance of the GSHP system. The improvement in performance leads to reduced energy consumption and thus lower operating costs, which over a longer period can lead to lower life cycle costs. To see how the temperature of the coolant in the boreholes is affected when the cases are extended, its temperature development over time was simulated using the EED software. Based on the simulated temperature profiles of the extended borehole fields, the theoretical maximum COP and its degradation rate over time were then calculated, which for each investigated case were compared with the calculated maximum COP of the originally dimensioned borehole field and its degradation rate. In this way, a theoretical percentage improvement of the system's long-term performance in the oversized cases could be achieved. From these, the reduction in energy consumption of the extended cases could then be calculated, from which its life cycle costs could be acquired. The temperature evolution of the coolant obtained from the simulations of the investigated cases was also plotted in graphs to see how the technical life of the borehole layer is affected by the applied expansions. The results show that in the long term it is not financially profitable to oversize a well-dimensioned borehole field based on the calculated life cycle costs. For all the studied cases, the life cycle costs of the oversized variants are always higher than for the originally dimensioned borehole field, which results all these in financial losses in the long-term. This is due to the high additional investment costs that various expansions of the borehole field entail, which cannot be compensated by the reduced energy consumption. However, the technical lifetime is extended in all the extended cases, which is a technical advantage that can future proof the borehole field. In general, expansion towards depth performs better than expansion of added boreholes from both an economic and a technical perspective. As energy consumption decreases in all the investigated expanded cases, the borehole also becomes less dependent of external electricity production which can indirectly lower the usage of fossil fuels. Reduction of fossil fuels for electricity production can thus mitigate CO2 emissions and slow down global warming. The conclusion that can thus be drawn is that the over-dimensioning of a borehole field in northern Sweden is not economically an advantageous investment due to the high investment costs involved. The extension of the technical lifespan and the reduction of external electricity production can, however, be beneficial in the long run.The work is limited by the specific case study that is done on Alviksskolan's projected GSHP system. The specific location means that only unique designs can be applied to the available land area at the school which together with the site-specific climate means that the results of this study cannot be generalized to other borehole fields in other locations. Thus, future work on the subject could investigate oversizing in other climates as well as evaluate long-term effects of fewer boreholes in combination with deeper drilling.

Det kalla klimatet i Sverige, framför allt i de norra delarna, ställer höga krav på uppvärmningen av byggnader och varmvatten. Att välja rätt värmesystem kan därför vara lönsamt, både ekonomiskt och miljömässigt. Fjärrvärmen är det vanligaste uppvärmningsmetoden i större byggnader, medan småhus ofta använder sig av värmepumpar. Studier har visat på att kombinationer av fjärrvärme och bergvärmepumpar kan ha ekonomiska fördelar. Det blir därmed intressant att undersöka vilken kombination av de två värmesystemen som är mest ekonomiskt fördelaktig. För att beräkna det har en beräkningsmodell skapats baserat på ett nybyggnadsprojekt i Umeå kallat Verkstan. Tanken är att beräkningsmodellen ska kunna beräkna vilken effektfördelning samt energitäckningsgrad som är mest gynnsam, vilket gjordes genom att beräkna minimum i ickelinjära uttryck. För att genomföra beräkningarna användes ett plugg in program i Excel kallat Solver. Livscykelkostnad samt payback tid användes för att beräkna uppvärmningssystemens lönsamhet. Där utöver undersöktes även den miljömässiga aspekten av de olika värmesystem som beräknats, vilket baserades på utsläpp kopplade till driften. Genom utsläppen av koldioxidekvivalenter till atmosfären inom el- och fjärrvärmeproduktionen beräknas och jämförs de årliga utsläppen för olika värmesystem.   Beräkningarna visade på tydliga ekonomiska fördelar med ett kombinerat system, vilket även finner stöd i litteraturen. Resultaten från beräkningsmodellen visade på att effekten hos den installerade bergvärmepumpen i Verkstan är lägre än optimalt, och en högre effekt skulle möjliggöra betydande besparingar, upp emot 1,2 miljoner kr. Den valda effekten innebär dock betydande besparingar jämfört med ett system bestående av enbart fjärrvärme. En känslighetsanalys genomfördes, vilket undersökte vilken påverkan förändringar på parametrar har på resultatet. Den visade att trots betydande påverkan på livscykelkostnaden var det kombinerade systemet ekonomiskt fördelaktigt. Osäkerhet i beräkningsmodellens möjlighet att uppskatta energitäckningsgrad innebär att vidare studier och konfirmering av modellen vore önskvärd. Ur en miljösynpunkt visade beräkningar på två skilda resultat beroende på om direkta eller indirekta utsläpp beräknades. I de fall då enbart direkta utsläpp från el- och fjärrvärmeproducenterna användes i beräkningarna visade resultatet på tydliga fördelar vid användandet av bergvärmepumpar. Användes i stället indirekta utsläpp i form av utsläppen kopplade till marginalel och marginalfjärrvärme vid beräkningarna visade resultaten på lägre utsläpp vid användning av fjärrvärme. En vidare diskussion kring vilka utsläpp en slutanvändare av el eller fjärrvärme är ansvarig för, samt de olika värmesystemens utsläpp sett till hela livstiden vore intressant för framtida undersökningar. / The cold climate in Sweden, especially in the northern parts, places high demands on the heating of buildings and hot water. Choosing the right heating system can therefore be profitable, both economically and environmentally. District heating is the most common heating method in larger buildings, while single-family homes often use heat pumps. Studies have shown that combinations of district heating and geothermal heat pumps can have economic benefits. It would thus be interesting to investigate which combination of the two heating systems is most economically advantageous. To calculate this, a calculation model was created based on a new construction project in Umeå called Verkstan. The idea is that the calculation model should be able to calculate which power distribution and energy coverage ratio is most favorable, which was done by calculating the minimum in non-linear expression. To perform the calculations, a plug-in program in Excel called Solver was used. Life cycle cost and payback time were used to calculate the profitability of heating systems. In addition, the environmental aspect of the various heating systems that were calculated was also examined, which was based on emissions linked to operations. Through the emissions of carbon dioxide equivalents to the atmosphere in electricity and district heating production, the annual emissions for different heating systems were calculated and compared.   The calculations showed clear economic benefits of a combined system, which also finds support in literature. The results from the calculation model showed that the power of the installed ground source heat pump in Verkstan was lower than optimal, and a higher power would enable significant savings, up to SEK 1.2 million. However, the selected effect means significant savings compared to a system consisting only of district heating. A sensitivity analysis was performed, which examined the effect of changes in parameters on the result. It showed that despite the significant impact on the life cycle cost, the combined system was economically advantageous. Uncertainty about the calculation model's ability to estimate the energy coverage ratio means that further studies and confirmation of the model would be desirable. From an environmental point of view, calculations showed two different results depending on whether direct or indirect emissions were calculated. In cases where only direct emissions from electricity and district heating producers were used in the calculations, the results showed clear advantages in the use of geothermal heat pumps. If indirect emissions were used instead, in the form of emissions linked to marginal electricity and marginal district heating in the calculations, the results showed lower emissions when using district heating. A further discussion about which emissions an end user of electricity or district heating is responsible for, as well as the emissions of the various heating systems for the entire lifetime would be interesting for future investigations.

En studie över jämförelsen av fjärrvärme i Helsingborg och bergvärme har utifrån resursutnyttjande, klimatpåverkan och ekonomi genomförts. Till detta har scenarion med solcellsanläggningar som komplement till bergvärmesystemet jämförts. Genom att förbruka fjärrvärme istället för bergvärme så skulle ett Nils Holgersson hus under 2013 förbruka 25 MWh mindre primärenergi, vilket mostsvarar 2 ton råolja och 5 ton pellets. Det billigaste bergvärmesystemet i studien hade en årskostnad på 9 000 kr mer än fjärrvärmen. Beroende på ursprungsmärkningen av elen utnyttjad i bergvärmesystemet variera koldioxid resultatet. Men utifrån nordisk residualmix så minskas utsläppen av koldioxid med minst 4 ton per år med fjärrvärme som uppvärmninsgalternativ.

När krav på fler förnyelsebara energikällor ställs har teknikområdet geoenergi succesivt utvecklats för att med berggrundens egenskaper och kylvärmepumpar förse såväl värme- som kylbehov inom olika sektorer. Då sektorn bostäder och fastigheter stod för cirka 40 % av Sveriges totala slutgiltiga energianvändning år 2015 finns möjligheter att utvecklingen av geoanläggningar ska kunna minska miljöpåverkan samtidigt som det sänker energianvändningen såväl som kostnader. På beställning av Husvärden AB byggdes geoanläggningen Mediacentralen i området Nya Krokslätt i Mölndal. Tre kylvärmepumpar i anläggningen förser området med kyla och värme året runt. Mediacentralen inrymmer ett stort antal komponenter som är vitala för att upprätthålla driften för såväl kyl- som värmedrift. Syftet med detta arbete är att åskådliggöra och beskriva hur en större bergvärmeanläggning i Nya Krokslätt fungerar samt utreda hur driften har varit och ifall det finns förbättringar att utföra. Genom att erhålla mätvärden från anläggningen och behandla dessa med olika program- och mjukvaror kan analyser av enskilda komponenter såväl som den generella driften utföras. Under arbetets gång har det inte framkommit några konkreta problem i driften av Mediacentralen, däremot har det kunnat fastslås att insamlingen av mätdatan är bristfällig och att förbättringsmöjligheterna försvåras på grund av detta. Skillnaden i drifttiden mellan två av kylvärmepumparna är i storleken 3000 timmar sen driftsättningen av anläggningen 2015. Detta tyder på fel i mätvärdesloggningen, då mätvärden beträffande energianvändning och kapacitet visar motsatsen. Även kylvärmepumparnas värmefaktor, det mått som ger deras effektivitet, skiljer sig markant från månad till månad vilket ger en indikation om att något kan förbättras på lång sikt. / When demands are made for more renewable energy sources, the geoenergy technology has been developed gradually to provide heating and cooling in the various sectors with the bedrocks properties and heat pumps. Since the housing and real estate sector accounted for about 40% of Sweden's total final energy use in 2015, opportunities for the development of geo-plants can reduce environmental impact while reducing energy useage as well as costs. At the request of Husvärden AB, the geo-plant called Mediacentralen was built in the Nya Krokslätt area in Mölndal. Three refrigeration heat pump in the plant provides the area with cooling and heating all year round. Mediacentralen houses a large number of components that are vital for maintaining the operation of both cooling and heating operations. The purpose of this work is to illustrate and describe how a larger geothermal-plant in New Krokslätt works, as well as investigate how the operation has been and if there are improvements to perform. By obtaining measurement values from the plant and processing them with various software, analyzes of individual components as well as the general operations can be performed.During the course of the work no concrete problems have been encountered in the operation of the Mediacentral. On the other hand, it has been found that the collection of the measurement data is insufficient and that the improvement possibilities were aggrivated by this. The difference in operating time between two of refrigeration heat pumps is 3000 hours since the commissioning of the facility 2015 indicates errors in the measurement value logging, as the measurement of energy use and capacity shows the opposite. Even the heat factor of the refrigeration heat pump, the measure that provides their efficiency, differs significantly from month to month, giving an indication that something can be improved in the long run.

Many of todays studies show that district heating is one of the betteralternatives as heating source because of its low environmental load. The energy source is often leftovers from other processes producing energy or waste, like garbage or chips. Electricity in combination with geothermal heating is another heating system that has increased sharply during the last years, and also this system decreases the discharges that have negative affects on the environment compared to several other heating methods. This report aims to, concentrated towards these two different heating systems, estimate the amounts of discharges they indirect cause and how the environment is affected. We have calculated the mean value for discharges of carbon dioxide, nitrogen oxide, sulphur oxide and dust generated from electrical power used in Sweden. Through interviews and research we have gained data for the same substances that district heating based on combustion of garbage and biofuel generates. We have also in cooperation with a housing company chosen a building we see representative for many of the new single-family houses built in Sweden today. Based on its shape and appearance we theoretically created three alternatives of the same house, each of them with climate screens different from each other. Together with the amounts of discharged environmental affecting substances, these houses were the base for our calculations and studies when investigating the different heating sources environmental effect. The results have thereafter been analyzed and discussed from different angles.

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>Many of todays studies show that district heating is one of the betteralternatives as heating source because of its low environmental load.</p><p>The energy source is often leftovers from other processes producing energy or waste, like garbage or chips.</p><p>Electricity in combination with geothermal heating is another heating system that has increased sharply during the last years, and also this system decreases the discharges that have negative affects</p><p>on the environment compared to several other heating methods.</p><p>This report aims to, concentrated towards these two different heating systems, estimate the amounts of discharges they indirect cause and how the environment is affected.</p><p>We have calculated the mean value for discharges of carbon dioxide, nitrogen oxide, sulphur oxide and dust generated from electrical power used in Sweden.</p><p>Through interviews and research we have gained data for the same substances that district heating based on combustion of garbage and biofuel generates.</p><p>We have also in cooperation with a housing company chosen a building we see representative for many of the new single-family houses built in Sweden today.</p><p>Based on its shape and appearance we theoretically created three alternatives of the same house, each of them with climate screens different from each other.</p><p>Together with the amounts of discharged environmental affecting substances, these houses were the base for our calculations and studies when investigating the different heating sources environmental effect.</p><p>The results have thereafter been analyzed and discussed from different angles.</p>

I Sverige finns det cirka 4,5 miljoner bostäder och den siffran stiger i lika snabb takt med den ökande befolkningen. Riksdagen har beslutat att energianvändningen ska minska i två etapper utifrån EU:s direktiv att uppnå så kallade näranollenergibyggnader.Här beskrivs vilka parametrar som utgör en byggnads energiprestanda och hur man sänker energianvändningen i bostäder genom VVS-projektering. Framförallt hur man kan nå detta utifrån den ekonomiska aspekten. Vilka regler och krav måste följas för att inte påverka människans hälsa.Projektet innefattar teoretiska sammanställningar av VVS komponenter som är grunden till genomförandet. Den tänkta bostaden byggdes upp och simulerades i simuleringsprogrammet IDA ICE för att plocka fram viktig information till VVS-projekteringen.Resultatet visar att en bergvärmepump är en fördelaktig värmekälla ekonomiskt men framförallt energimässigt. Ventilationssystemet klarade att upprätthålla ett gott inomhusklimat utan att bryta mot några föreskrifter.