<p>The aim of this report was to do a case study at a geothermal heating system which has been in operation for about 5 years, and study if its performance has changed during this period of time. A literature study about the processes involved was also done in purpose of background knowledge.</p><p>The tenant-owner’s association Duvan at Petterslundsgatan in Uppsala installed year 1999-2000 a geothermal heating system. The purpose of this installation was that they hoped it would lead to a smaller usage of district heating which would lead to a reduction of the heating expenses for their buildings. The geothermal heating system consists of 19 energy wells and 4 geothermal heat pumps, and it is one of the first systems of that size in the region of Uppsala. Due to that, the system at Duvan is referred to as a reference project for geothermal heating system of this size. The reason that the study was made after 5 years is that it takes about 5 years before the heat equilibrium in the bedrock has been stabilized after a geothermal heat system has been installed. The temperature in the bedrock will decrease during this 5 year period and the performance of the system will change.</p><p>In this report factors such as geology, groundwater levels and temperature changes are examined to get a summery of the processes that extract heat from the bedrock and convert it to conventional energy. Data from the compressors has been examined, energy usage before and after the installation of the system has been compared and finally an economical calculation of the tenant-owner’s association energy consumption has been made. All the main points in this report point to the fact that the system is working properly and that it has contributed to an economical benefit regarding to the energy usage.</p> / <p>Syftet med detta examensarbete var att göra en fallstudie på ett befintligt bergvärmesystem som har varit i drift i 5 år, och studera om dess prestanda har förändrats under den tid som systemet använts. Som bakgrund genomfördes även en litteraturstudie över de processer som äger rum då geotermisk energi kan utvinnas samt hur denna energi konverteras till konventionell energi för uppvärmning av lokaler.</p><p>Bostadsrättsföreningen Duvan på Petterslundsgatan i Uppsala installerade under år 1999-2000 ett bergvärmesystem som skulle leda till ett mindre användande av fjärrvärme och således bidra till att utgifterna för inköp av energi skulle minska. Systemet består av 19 energibrunnar och 4 värmepumpar, och är en av de första anläggningarna av denna storlek i Uppsala regionen. Detta gör att Bostadsrättsföreningen Duvan ses som ett referensobjekt för anläggningar av denna storlek. Anledningen till att studien gjordes vid denna tidpunkt var att det tar ungefär 5 år innan värmebalansen i berggrunden stabiliseras när ett bergvärmesystem installeras, och temperaturen i berggrunden kommer under denna period minska vilket leder till prestandaförändringar hos värmepumpen. Denna femårsperiod har nu gått och en relevant undersökning av systemet har kunnat göras.</p><p>I denna rapport beskrivs bakomliggande parametrar så som geologi, grundvattennivåer och temperaturförändringar som behövs för att få en överblick över situationen och kunna ge en inblick i vad som påverkar utvinningen av energi i berggrunden. Data från kompressorernas drifttider och förbrukning av energi före och efter installationen av bergvärmesystemet jämförs och slutligen görs en ekonomisk kalkyl för bostadsrättsföreningens energiförbrukning. Alla de punkter som rapporten undersöker visar att systemet fungerar väl och att det bidragit till en ekonomisk vinst med avseende på energianvändandet.</p>

Pour la climatisation de bâtiments ou d’installations industrielles, les nappes d’eaux superficielles représentent une source de frigories très convoitée. Leurs exploitations intensives depuis plusieurs dizaines d’années conjuguées au redéploiement de la filière géothermique ces dernières années, soulèvent des préoccupations quant à la préservation des ressources en eau. Dans ce contexte, la présente étude vise à évaluer l’impact de variations locales de température sur la qualité physico-chimique et microbiologique des eaux souterraines sur la base (i) de suivis in-situ au niveau de 3 installations réelles exploitant les nappes d’eaux superficielles et, (ii) d’expérimentations sur un pilote (BIOTHERMEX) permettant de reproduire, en conditions parfaitement maitrisées, l’effet de la propagation d’un panache thermique dans un modèle réduit d’aquifère. Dans la gamme de température relevée sur site, les principaux résultats obtenus montrent que les impacts thermiques sont circonscrits au voisinage immédiat de l’installation, pouvant altérer jusqu’à plus d’une dizaine de degrés la sténothermie des nappes. Le suivi des paramètres physico-chimiques n’ont pas fait apparaitre de perturbations significatives sur la période de surveillance, constat étayé par des modélisations hydrogéochimiques. En revanche, une influence significative a été relevée au niveau des principaux descripteurs microbiologiques (activité, diversité de la microflore totale). Enfin, les expériences menées à l’échelle du laboratoire ont permis d’appréhender finement le comportement réactionnel du système et de définir une température de réinjection critique, au-delà de laquelle des désordres potentiels sont attendus. / The use of shallow groundwater as heat source for heat pump is very coveted for air-conditioning of building or industrial facilities. Their intensive use during many years combined with the redeployment of the geothermal industry these last years, raise concerns about the safeguarding of the water resources. In such a context, the present study aims to evaluate the impact of local variations of temperature on the physicochemical and microbiological quality of groundwater systems on the basis of (I) field investigation and, (II) experiments on a pilot (named BIOTHERMEX) making it possible to reproduce, in perfectly supervised conditions, the effect of the propagation of a thermal plume in a reduced aquifer model. Within the temperature recorded on site, principal outcomes showed that thermal impacts are confined in the immediate vicinity of the installation, and were able to deteriorate, up to about ten degrees, the stenothermy of the groundwater systems. The evolution of the physicochemical parameters did not reveal any significant disturbances over the monitoring period, this being also predicted by hydrogeochemical modeling. On the other hand, a significant influence was raised about some microbiological indicators-descriptors (namely activity, diversity of the total microflora). Lastly, the experiments undertaken on the laboratory scale made it possible to finely apprehend the reactional behavior of the system and to define a critical temperature of re-injection beyond which, potential disorders are expected.

The aim of this report was to do a case study at a geothermal heating system which has been in operation for about 5 years, and study if its performance has changed during this period of time. A literature study about the processes involved was also done in purpose of background knowledge. The tenant-owner’s association Duvan at Petterslundsgatan in Uppsala installed year 1999-2000 a geothermal heating system. The purpose of this installation was that they hoped it would lead to a smaller usage of district heating which would lead to a reduction of the heating expenses for their buildings. The geothermal heating system consists of 19 energy wells and 4 geothermal heat pumps, and it is one of the first systems of that size in the region of Uppsala. Due to that, the system at Duvan is referred to as a reference project for geothermal heating system of this size. The reason that the study was made after 5 years is that it takes about 5 years before the heat equilibrium in the bedrock has been stabilized after a geothermal heat system has been installed. The temperature in the bedrock will decrease during this 5 year period and the performance of the system will change. In this report factors such as geology, groundwater levels and temperature changes are examined to get a summery of the processes that extract heat from the bedrock and convert it to conventional energy. Data from the compressors has been examined, energy usage before and after the installation of the system has been compared and finally an economical calculation of the tenant-owner’s association energy consumption has been made. All the main points in this report point to the fact that the system is working properly and that it has contributed to an economical benefit regarding to the energy usage. / Syftet med detta examensarbete var att göra en fallstudie på ett befintligt bergvärmesystem som har varit i drift i 5 år, och studera om dess prestanda har förändrats under den tid som systemet använts. Som bakgrund genomfördes även en litteraturstudie över de processer som äger rum då geotermisk energi kan utvinnas samt hur denna energi konverteras till konventionell energi för uppvärmning av lokaler. Bostadsrättsföreningen Duvan på Petterslundsgatan i Uppsala installerade under år 1999-2000 ett bergvärmesystem som skulle leda till ett mindre användande av fjärrvärme och således bidra till att utgifterna för inköp av energi skulle minska. Systemet består av 19 energibrunnar och 4 värmepumpar, och är en av de första anläggningarna av denna storlek i Uppsala regionen. Detta gör att Bostadsrättsföreningen Duvan ses som ett referensobjekt för anläggningar av denna storlek. Anledningen till att studien gjordes vid denna tidpunkt var att det tar ungefär 5 år innan värmebalansen i berggrunden stabiliseras när ett bergvärmesystem installeras, och temperaturen i berggrunden kommer under denna period minska vilket leder till prestandaförändringar hos värmepumpen. Denna femårsperiod har nu gått och en relevant undersökning av systemet har kunnat göras. I denna rapport beskrivs bakomliggande parametrar så som geologi, grundvattennivåer och temperaturförändringar som behövs för att få en överblick över situationen och kunna ge en inblick i vad som påverkar utvinningen av energi i berggrunden. Data från kompressorernas drifttider och förbrukning av energi före och efter installationen av bergvärmesystemet jämförs och slutligen görs en ekonomisk kalkyl för bostadsrättsföreningens energiförbrukning. Alla de punkter som rapporten undersöker visar att systemet fungerar väl och att det bidragit till en ekonomisk vinst med avseende på energianvändandet.

The master thesis designs a low-energy mixed-use building in Dolní Kralovice. The thesis consists of three parts, architectural-construction part, environment technology of building and energy assessment report to a photovoltaic power plant. The building has two above-ground floors and a basement under part of the building. The basement includes sanitary facilities and utility room, ground floor includes a restaurant and small sports hall and first floor offices. The building is founded on reinforced concrete foundation slab and foundation pads. The vertical load-bearing structures are designed as a frame system with shear core. Horizontal load-bearing structures are designed as cast-in-place reinforced slabs. External wall is designed from aerated concrete blocks with and mineral wool insulation. The building has a flat roof. In the building is air condition and cooling system and heating is with geothermal heat pumps with a borehole collector. Part of electricity demand is covered by photovoltaics on the roof. The thesis was developed in Revit software.

[ES] Uno de los mayores retos para el mercado de bombas de calor geotérmicas es el alto coste asociado a la perforación de los intercambiadores de calor geotérmicos. Conseguir unos intercambiadores de calor geotérmicos más eficientes reduciría dicho coste, ya que sería necesaria una menor longitud de intercambiador para obtener las mismas temperaturas de trabajo en él (misma eficiencia de la bomba de calor). La eficiencia térmica de un intercambiador de calor geotérmico está caracterizada por su resistencia térmica. Dicha resistencia térmica depende de una serie de elementos entre los que se encuentran: propiedades y caudal del fluido que recorre el intercambiador de calor, diámetro de la perforación geotérmica, geometría y materiales de la tubería del intercambiador de calor y las propiedades del material de relleno de la perforación (grouting). Cuanto mayor sea la resistencia térmica del intercambiador de calor, menor será el calor transferido entre el fluido caloportador y el terreno, traduciéndose en una necesidad mayor de longitud de intercambiador enterrado. Por lo tanto, es necesario una reducción de este parámetro al mínimo posible. En consecuencia, el objetivo principal de esta tesis doctoral consiste en, a partir de un modelo analítico comprensivo de cuantificación del impacto de los parámetros anteriores, realizar un estudio detallado para analizar su influencia combinada en la resistencia térmica del intercambiador geotérmico, pero también examinando dicho efecto en otros planos, como costes económicos de ejecución del intercambiador y de explotación (consumo eléctrico de la bomba de calor y costes de bombeo asociados). / [CA] Un dels majors reptes per al mercat de bombes de calor geotèrmiques és l'alt cost associat a la perforació dels bescanviadors de calor geotèrmics. Aconseguir uns bescanviadors de calor geotèrmics més eficients reduiria aquest cost, ja que seria necessària una menor longitud de bescanviador per a obtenir les mateixes temperatures de treball en ell (mateixa eficiència de la bomba de calor). L'eficiència tèrmica d'un bescanviador de calor geotèrmic està caracteritzada per la seva resistència tèrmica. Aquesta resistència tèrmica depèn d'una sèrie d'elements entre els quals es troben: propietats i cabal del fluid que recorre el bescanviador de calor, diàmetre de la perforació geotèrmica, geometria i materials de la canonada del bescanviador de calor i les propietats del material de farciment de la perforació (grouting). Com més gran sigui la resistència tèrmica del bescanviador de calor, menor serà la calor transferida entre el fluid termòfor i el terreny, traduint-se en una necessitat major de longitud de bescanviador enterrat. Per tant, és necessari una reducció d'aquest paràmetre al mínim possible. En conseqüència, l'objectiu principal d'aquesta Tesi Doctoral consisteix en, a partir d'un model analític comprensiu de quantificació de l'impacte dels paràmetres anteriors, realitzar un estudi detallat per a analitzar la seva influència combinada en la resistència tèrmica del bescanviador geotèrmic, però també examinant aquest efecte en altres plans, com a costos econòmics d'execució del bescanviador i d'explotació (consum elèctric de la bomba de calor i costos de bombament). / [EN] One of the biggest challenges for the ground source heat pump market is the high cost associated with drilling geothermal borehole heat exchangers. Achieving more efficient geothermal heat exchangers would reduce this cost, since a shorter exchanger length would be required to obtain the same working temperatures in it (same efficiency of the heat pump). The thermal efficiency of a geothermal heat exchanger is characterized by its borehole thermal resistance. This borehole thermal resistance depends on a number of parameters, mainly: properties and flow rate of the working fluid that flows through the borehole heat exchanger, diameter of the geothermal borehole, geometry and materials of the heat exchanger pipe and the properties of the borehole grouting material. The higher thermal resistance of the heat exchanger, the less heat is transferred between the heat carrier fluid and the ground, resulting in an increased requirement for the length of the buried heat exchanger. Consequently, it is essential to reduce this parameter to the minimum possible. Therefore, the main objective of this Ph. Doctoral Thesis is to carry out, based on a comprehensive analytical model of quantification of the impact of the above mentioned parameters, a detailed study to analyze their combined influence on the thermal resistance of the geothermal borehole, but also exploring this effect in other less researched areas, such as economic costs of running the exchanger and operating it (electricity consumption of the heat pump and associated pumping costs). / This research has received funding from the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation program under grant agreement No [657982], [727583] and [792355]. / Badenes Badenes, B. (2020). Optimización teórico-experimental de sondas de calor para intercambio geotérmico (SGE) según condiciones hidrogeológicas, características geométricas y propiedades de sus materiales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160477 / TESIS