This report is a case study about geothermal energy system and its application forthe hospital in the city of Gävle. Today the hospital uses district heating and -coolingas their main energy source.There is a report about the hospital in the city of Umeå where geothermal energyhas been installed. Both hospitals have the same need when it comes to using heatand cooling all year round. The hospital in Umeå installed geothermal energy sothat they got a less vulnerable energy system. The emissions of CO2 were also lowereddue to this installation.This report aims to answer the following research question.How geothermal energy can be a option of choice for the hospital I the city ofGävle?The report presents a literature study on subject close to this research question. Focusfor the report is to find out if increased electricity consumption is better than usinglocal district heating- and cooling. The report from the geothermal installation inUmeå has on big difference and that is from which fuels the district heating is produced.In Gävle the energy comes from biomass which gives that the emission factoris almost zero.The calculations and modelling are performed in Excel and the results presented ingraphs.The results are positive both from an economical view and environmental perspective.If the total electricity price doesn’t increase more than 36% per year then geothermalenergy is more cost effective. Looking at the emissions of CO2 equivalentswith an emission factor of 90.4 kg per MWh electricity the COP-factor should notbe lower than 7.5. If that can be reached, then geothermal energy performs betterthan district heating- and cooling.

The circular economy model has been proposed as a possible strategy for sustainable development in urban areas, implying that its core principles need to be cascaded down to various sectors, including the energy sector. District heating and cooling systems have great potential to enhance circularity on an urban level due to the establishment of synergies between different sectors, the incorporation of renewable energy sources and high efficiency. Indicator-based frameworks are valuable tools for monitoring the transition toward a circular economy. However, no framework to assess circularity in district heating and cooling systems was found. Thus, this study addresses this gap by reviewing currently available indicators used to assess district heating and cooling systems and understanding to what extent they reflect circular economy principles. For this purpose, 27 papers with 271 indicators were assessed against defined criteria related to the circular economy principles. These criteria included transparency, stakeholder engagement, effective communication, ability to track temporal changes, applicability, alignment with circular economy principles, validity and relevance to sustainable development. Afterwards, 89 indicators were selected and classified based on the 10R principle framework. The assessment revealed that the assessed papers cover a wide range of topics and assessment types and that none of the assessed papers fulfils all of the assessment criteria. Moreover, most of the identified indicators connect to the environmental and economic pillars of sustainable development, and the identified indicators focus primarily on the R principles of Reduce and Recover. This study laid the foundation for further research on the relationship between district heating and cooling systems and the circular economy by identifying the understudied areas and highlighting the need to develop tailored indicators to measure circularity in these systems.

This independent degree project has been implemented on behalf of FVB Sverige AB in collaboration Sundsvall Energi AB with the initial purpose of mapping manufacturers of hot water driven absorption chillers. After that, several technical solutions are examined to manage the peak load of a theoretical object which cannot produce the cooling power required with only an absorptions chiller, due to limitations in the district heating supply. The market study has shown that the supply of absorption chillers with drive temperatures of 70–90˚C is limited to a few manufacturers. World Energy offers a unit with drive temperatures of 70 ˚C and efficiency (COP) of 0,4. Due to limitations of district heating flow, a unit with drive temperature of 85 ˚C and efficiency of 0,77 is chosen. The technical solutions are dimensioned for a building with a peak power of 264 kilowatt, where the required peak load ranges from 31 to 39 kilowatt. The technical solutions examined are a solar collector system, tap water heat exchanger, and a conventional compressor driven chiller. The solar collectors are dependent on location but use no refrigerants that are affected by the F-gas regulation. The tap water solution consumes large flows of tap water, but the installation is simple. The conventional chiller is not location dependent but uses ozone degrading refrigerants and has a high cost of operation. From an economic perspective the technical solutions are equally profitable with a present net value of approximately 500 000 SEK and pay-back of 13 years. The examination has also shown that the present value is one million crowns in sales of heat and building after a ten-year period. In conclusion the conventional chiller has the biggest prerequisites to be used as a standardised solution for buildings with a bigger cooling load. Based on the technical and economical conditions.

It is known that the heating and cooling market constitutes a large part of energy market across Europe and that the domestic and non-domestic buildings have together the largest share of energy demand. The aim of the European climate goals is to reduce the use of fossil fuel based systems and the allowance of energy demand. These have been striving reasons to increase efficiency and reduce GHG emissions on energy systems for buildings. The climate goals and regulations mentioned in this study implicates that European countries strives towards renewable sources in the heating sector, and encouraging heating networks with renewable sources. E.ON has developed a new low temperature district heating and cooling system called EctogridTM, a heat network integrated with heat pumps and cooling machines to supply energy. This thesis will thoroughly describe this heating and cooling system, called EctogridTM, and its constitutive components. The aim of this study is to determine whether the energy markets in Germany and United Kingdom are ready for an introduction of EctogridTM, and exploit existing and upcoming obstacles. To determine this, two research questions are answered through literature review, research and a case analysis. The first research question is evaluating the energy market in Europe with a focus on the heating demand in Germany and United Kingdom where fossil fuels are the dominating fuel. Second research question is comparing EctogridTM with a 4th generation district  heating  network, 4GDHn, in costs to evaluate the competitiveness with existing energy systems on the market. It is concluded that obstacles exist, how big they are for EctogridTM differs from country to country. How developed and flexible the infrastructure is, what energy sources and technologies are commonly used for heating purposes, building insulation, energy prices and regulations are factors that more or less variates from country to country and decides the severity of the feasible imposed obstacles. Germany and United Kingdom mostly uses decentralized gas boilers for the building heating demand, people often reasons them to have cheap running cost due to the energy prices. This study shows that that despite the big difference in energy price between gas and electricity for a household, heat pumps with a minimum COP of 3.5 will have lower running costs  than traditional gas boilers. Since EctogridTM uses heat pumps with a COP between 4-5, in optimal conditions, it is quite competitive in running cost to gas boilers. The obstacle here lies in most buildings being old and insufficient insulated for an EctogridTM system and the investment costs often being more expensive compared to gas boilers. Installing a heat pump or a gas boiler shows that the CO2 emissions per kWh of useful heat (kg CO2/kWh) are 0.31 for a gas boiler and 0.16 for an AHP which means a decrease in emissions of around 50% per useful kWh heat. The case study compared 4GDHn with an EctogridTM solution as an energy system. The case study consisted of 3 buildings with a heating and cooling need in a newly built area in Germany and United Kingdom. The study showed that an EctogridTM solution was more expensive for the customers but more profitable for producers when comparisons were made with regards to the current energy prices and estimations. However, a larger area with a much higher energy demand needs to be considered to see the real competitiveness of EctogridTM and electrified solution. A larger cooling demand will benefit EctogridTM  while reducing the profits of a 4GDHn. The uncertainty of the acquired data, since no pilot project exists yet, makes it hard to draw a certain conclusion whether it is a more competitive energy system than a 4GDHn and other current low carbon heating systems. / Värme- och kylbehovet utgör en stor del av energisektorn i Europa, där kommersiella och icke- kommersiella byggnaderna tillsammans står för den största andelen av energibehovet i energimarknaden. Målet med Europas klimatmål är bland annat att minska användningen av fossila bränslen samt energibehovet. Klimatpåverkan från värme- och kylsystem i byggnadssektorn har varit omfattande och klimatmålen motiverar ägarna av energisystemen att bli mer energi effektiva och minska deras växthusemissioner. Klimatmål och bestämmelser som nämns i denna rapport visar att länderna i Europa strävar efter att främja förnybara källor i värmesektorn, där värmenätverk är ofta nämnd.E.ON har utvecklat ett låg temperaturs nätverk som kallas för EctogridTM, där nätverket är integrerat med värmepumpar och kylmaskiner för att leverera energi. Det här arbetet kommer noggrant att beskriva EctogridTM och dess djupgående komponenter.Syftet med denna studie är att avgöra om energimarknaden i Tyskland och Storbritannien är redo för en implementering av EctogridTM, och upplysa om de existerande samt framtida hindren. För att svara på detta är två nyckelfrågor framtagna och besvarade genom litteraturstudie, forskning och en fallstudie.Första nyckelfrågan utvärderar energimarknaden i Europa med fokus i Tyskland och Storbritanniens värmebehov där användingen av fossila bränslen utgör större delen av marknaden. Andra nyckelfrågan jämför kostnaderna mellan EctogridTM  och 4:e generationens fjärrvärmenätverk, detta för att ta veta hur konkurrenskraftig EctogridTM är gentemot nuvarande och snarliknande energisystem i marknaden. Studien visar att hinder existerar när EctogridTM introduceras till marknaden, hur stora dom är kan variera mellan olika länder. Hur utvecklat och flexibelt infrastrukturen är, vilken energikälla samt teknologi som vanligtvis används för komfortvärmen, byggnadsisolering, energipriser och bestämmelser är faktorer som mer eller mindre varierar mellan länderna och  bestämmer storheten på hindret/n. Tyskland och Storbritannien använder mestadels lokala gaspannor för värmebehovet i byggnader. Ofta associeras gaspannor med låga driftkostnader på grund av energipriserna. Den här studien visar att värmepumpar med en genomsnittlig COP som är minst 3.5 har lägre driftkostnader än traditionella gas pannor, trots den stora skillnaden mellan gas- och elpriset. Då EctogridTM använder värmepumpar som i drift skall ha en genomsnittlig COP på mellan 4-5, vid optimala förhållanden, är detta system konkurrenskraftigt gentemot lokala gaspannor. Hindret här ligger i att de flesta byggnader inte är tillräckligt bra isolerade och kan implementera EctogridTM då systemet opererar i för låga temperaturer, samt att investeringskostnaderna oftast är betydligt dyrare än ett system med gaspanna. Vid installation av en luftvärmepump eller gaspanna visar att CO2 emissionerna per kWh nyttig värme (kg CO2/kWh) är 0.31 för en gaspanna och 0.16 för luftvärmepumpen, vilket leder till en halvering av CO2 utsläpp. Den skapade fallstudien jämför 4:e generationens fjärrvärmenät med en EctogridTM lösning, där systemen ska förse tre nybyggda fastigheters värme- och kylbehov i ett nybyggnationsområde i Tyskland samt Storbritannien. Fallstudien visade att implementerandet av EctogridTM var dyrare för kunden men avkastningen för energibolagen var högre än 4:e generationens fjärrvärmenät, detta baserades på nuvarande energipriser samt prissättningen. Men det är rekommenderat att göra en jämförelse över ett större område med högre energibehov än i denna fallstudie för att få en mer verklig uppfattning. Ökad andel av kylbehov än i denna fallstudie är även något att se över då det ökar avkastningen för EctogridTM och förväntas öka effektiviteten avsevärt för systemet. Något som inte är lika fördelaktigt för 4:e generationens fjärrvärmenät. Det är svårt att ge helt tillförlitliga slutsatser och resultat då ett pilotprojekt på EctogridTM inte existerar ännu, det vill säga den data som har varit grunden för vår analys och resultat är inte bekräftad att vara helt korrekta. Vilket gör att man med säkerhet inte kan säga om EctogridTM är mer eller mindre konkurrenskraftig än 4:e generationens fjärrvärmesystem och andra befintliga lågemitterande värmesystem.

[EN] For more than a decade, the urban heat networks (District Heating, DH) combined with the use of renewable energies have been consolidated as a leading tool for energy efficiency and reducing emissions of greenhouse gases. Among the various possibilities of generation in the North and Central Europe, with little or no annual demand for comfort cooling, since the 80s a large number of facilities, that use solar energy with large seasonal accumulators capable to store surplus heat captured in the period of increased solar availability and minimum demand (summer) and hold until the time of heating demand (autumn), have been built. In this type of installation, the cost of seasonal storage represents a significant percentage of investment for DH. In warmer countries of southern Europe, as in the case of Spain, where in most of the territory the energy demand for cooling is more important or the same order as the heating demand, and taking into account the high costs incurred by the seasonal deposits, a more efficient solution would be using solar energy in summer to cover a percentage of the cooling by thermal chillers (absorption / adsorption). These systems today have little implementation compared to the previous ones, and design criteria do not allow a systematic approach regarding the possible configurations and sizing of the various teams. This Is the technical solution proposed in this thesis. In the present thesis, after a timely review of the state of the Solar District Heating art, SDHC, a technical solution is proposed, intended to be easily replicable, of generation for a solar installation of hot and cold coupled to an urban network to four tubes, District Heating & Cooling, DHC. In addition, practical aspects of the business model for the operation of the network are reviewed. Two TRNSYS dynamic simulation models are developed: One for the DHC and one prior to the study of demand. A practical methodology is also provided on a first initial study to evaluate the technical and economic viability of future projects based on the same technical solution. Finally, the discussion in the previous chapters is expressed in the development of a case study. The DHC studied supplied cold and heat to 2,228 new housing in a suburb of Valencia capital. In view of energy, economic and environmental results of the case study, it is concluded that the proposal for a DHC in Valencia, as the representative city of the warm Spain, technical solution is a viable option generation and energy supply in the residential sector (and associated tertiary). / [ES] Desde hace más de una década, las redes de calor urbanas (District Heating, DH) combinadas con el uso de energías renovables se han consolidado como una herramienta de primer orden para la eficiencia energética y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Entre las distintas posibilidades de generación, en los países del Norte y Centro de Europa, con escasa o nula demanda anual de refrigeración en las viviendas, desde los años 80 se han construido un gran número de instalaciones que utilizan energía solar con grandes acumuladores estacionales capaces de almacenar el calor excedente captado en la época de mayor disponibilidad solar y mínima demanda (verano), y mantenerlo hasta la época de demanda de calefacción de otoño. En este tipo de instalaciones, el coste del acumulador estacional representa un porcentaje muy significativo dela inversión para el DH. En los países más cálidos de Sur de Europa, como el caso de España, donde en gran parte del territorio la demanda energética para refrigeración es más importante o del mismo orden que la demanda de calefacción, y teniendo en cuenta el alto coste que suponen los depósitos estacionales, una solución más eficiente podría ser la que utiliza la energía solar en época estival para cubrir un porcentaje de la demanda de frío mediante enfriadoras térmicas (absorción/adsorción). Estos sistemas tienen, a día de hoy, poca implantación en comparación con los anteriores, y no existen criterios de diseño consolidados que permitan una sistemática en cuanto a las posibles configuraciones y dimensionamiento de los distintos equipos. Esta última opción es la solución técnica que se propone en esta tesis. En la presente tesis, tras una oportuna revisión del estado del arte de los Solar District Heating, SDHC, se propone una solución técnica de generación, que se pretende fácilmente replicable, para una instalación solar de frío y calor acoplada a una red urbana a cuatro tubos, District Heating & Cooling ,DHC. Además, se revisan aspectos prácticos del modelo de negocio para la explotación de la red. Se desarrollan dos modelos de simulación dinámica TRNSYS: uno para el DHC y uno previo para el estudio de la demanda. También se proporciona una metodología práctica que permita, en un primer estudio inicial, evaluar la viabilidad técnico-económica de los futuros proyectos basados en la misma solución técnica. Por último, lo expuesto en los capítulos previos se concreta en el desarrollo de un caso práctico. El DHC estudiado suministra frío y calor a 2.228 viviendas de nueva construcción en barrio periférico de Valencia capital. A la vista de los resultados energéticos, económicos y medioambientales obtenidos en el estudio del caso, cabe concluir que la solución técnica propuesta para un DHC en Valencia, como ciudad representativa de la España cálida, constituye una opción viable de generación y suministro energético en el sector residencial (y terciario asociado). / [CA] Des de fa més d'una dècada, les xarxes de calor urbana (District Heating, DH) combinades amb l'ús d'energies renovables s'han consolidat com una ferramenta de primer orde per a l'eficiència energètica i la reducció d'emissions de gasos d'efecte hivernacle. Entre les distintes possibilitats de generació, en els països del Nord i Centre d'Europa, amb escassa o nul.la demanda anual de refrigeració en les vivendes, des dels anys 80 s'han construït un gran nombre d'instal·lacions que utilitzen energia solar amb grans acumuladors estacionals capaços d'emmagatzemar la calor excedent captat en l'època de major disponibilitat solar i mínima demanda (estiu) i mantindre-ho fins a l'època de demanda de calefacció. En este tipus d'instal·lacions, el cost de l'acumulador estacional representa un percentatge molt significatiu de la inversió per al DH. En els països més càlids de Sud d'Europa, com el cas d'Espanya, on en gran part del territori la demanda energètica per a refrigeració és més important o del mateix orde que la demanda de calefacció, i tenint en compte l'alt cost que suposen els depòsits estacionals, una solució més eficient podria ser la que utilitza l'energia solar en època estival per a cobrir un percentatge de la demanda de fred per mitjà de refrigeradors tèrmiques (absorció/adsorció). Estos sistemes tenen a hores d'ara poca implantació en comparació amb els anteriors, i els seus criteris de disseny tampoc permeten un criteri sistemàtic quant a les posibles configuracions i dimensionament dels distints equips. És la solució tècnica que es proposa en esta tesi. En la present tesi, després d'una oportuna revisió de l'estat de l'art dels Solar District Heating, SDHC, es proposa una solución tècnica, que es pretén fàcilment replicable, de generació per a una instal·lació solar de fred i calor acoblada a una xarxa urbana a quatre tubs, District Heating & Cooling, DHC. A més, es revisen aspectes pràctics del model de negoci per a l'explotació de la xarxa. Es desenrotlla dos models de simulació dinàmica TRNSYS: un per al DHC i un previ per a l'estudi de la demanda. També es proporciona una metodología pràctica que permeta, en un primer estudi inicial, avaluar la viabilitat tècnic-econòmica dels futurs projectes basats en la mateixa solució tècnica. Finalment, allò que s'ha exposat en els capítols previs es concreta en el desenrotllament d'un cas pràctic. El DHC estudiat subministra fred i calor a 2.228 vivendes de nova construcció en barri perifèric de València capital. A la vista dels resultats energètics, econòmics i mediambientals obtinguts en l'estudi del cas, cal concloure que la solució técnica proposta per a un DHC a València, com a ciutat representativa de l'Espanya càlida, constituïx una opció viable de generació i subministrament energètic en el sector residencial (i terciari associat). / Galvany Castillo, FJ. (2016). Metodología práctica para evaluar la viabilidad de redes de frio y calor urbanas integrando energía solar y biomasa en la España cálida [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61306

科学研究費補助金 研究種目:一般研究(A) 課題番号:03402043 研究代表者:中原 信生 研究期間:1991-1994年度