I Skattkärr har en konstgräsplan projekterats med uppvärmning för att kunna användas vintertid då snö och kyla sätter stopp för aktiviteter på en ouppvärmd konstgräsplan. I Skattkärr finns inte möjligheten att ansluta anläggningen till ett fjärrvärmenätverk. Tekniken som valts för att värma planen är istället en typ av geoenergi där PVC-rör ligger under konstgräsplanens ytskikt. Intill planen finns totalt 31 borrhål. Ur borrhålen hämtas värmen från berget med kollektorslangar och leds ut till en rörslinga under planen. Till skillnad mot vanlig bergvärme används ingen värmepump. I stället utnyttjas i Skattkärr bergets och markens naturliga värme på uppskattningsvis 7 °C. Det förväntas räcka för att hålla snö och is borta från konstgräsplanen. Sommartid när det inte finns behov av uppvärmning, värms vätskan i rören. Värmen kan vidare lagras i berget till vintersäsongen. Planen kan med andra ord, i princip betraktas som en stor solfångare. Systemets största driftkostnad blir därför dess cirkulationspump. Driften i sig är projekterad att vara intermittent. Det innebär att systemet förväntas stå stilla tills behov av uppvärmning eller kylning finns. Systemet slås sedan av när behovet av uppvärmning eller kylning upphört. Syftet med arbetet är att undersöka hur konstgräsplanen ska värmas och kylas optimalt utan att planen blir obrukbar tack vare dess yttemperatur. Målet med arbetet är att skapa en matematisk modell för systemet som beskriver temperaturen på konstgräsplanens yta. För att studera konstgräsplanens yttemperatur görs en matematisk modell vars uppgift är att dynamiskt analysera energiflöden över tid. Modellen är uppbyggd i programmet Simulink, en del av MATLAB. Modellen av konstgräsplanen består utav flera delberäkningar som i sin tur ger olika energiflöden. Planen betraktas i balansen som en platta på mark med ett värmelager. På så vis kan generaliseringar göras för att underlätta olika beräkningar med ekvationer tillämpade för plattor på mark. Resultatet visar att uppvärmningssystemet har svårt att värma planen till erfordlig temperatur stora delar av vintern. Istället följer planens yttemperatur rådande lufttemperatur likt en ouppvärmd plan. Dessvärre råder okunskap om strömningstillstånd samt vätsketemperatur i systemets rörslinga. Därför krävs vidare arbete för att säkerställa dessa faktorer. På så vis kan värmetillförseln från uppvärmningssystemet, till planens yta säkerställas. Först då kan ett godtyckligt underlag till cirkulationspumpens styrning presenteras. / In Skattkärr has a heated turf field been projected to enable activities during the winter when snow and cold weather put a stop to activities in an unheated turf field. In Skattkärr it’s not possible to connect the system to a district heating network. The technique chosen to heat the field is instead a type of geothermal energy where PVC-pipes are located beneath the artificial turf’s surface. Next to the the field is a total of 31 boreholes located. From those boreholes heat is collected from the mountain and headed out to a coil under the plan. Unlike conventional geothermal, there is no use of a heat-pump. Instead the system in Skattkärr uses the natural heat from the soil, approximately 7 ° C. It is expected to be enough to keep snow and ice away from the artificial turf field. In summer when there is no need of heating, the fluid in the tubes is heated. This heat can later on be stored in the ground for the winter season. The field may, in other words, in principle, be regarded as a solar collector. The system's operating cost is therefore the circulation-pump. The operation itself is projected to be intermittent. This means that the system is expected to stand still until the need for heating or cooling. The system is then turned off when the need for heating or cooling is ceased. The aim of this work is to investigate how an artificial turf field can be heated and cooled optimally without becoming unusable due to its surface temperature. The goal of this work is to create a mathematical model of the system that describes the temperature on the artificial turf's surface. To study the artificial turf field's surface temperature is a mathematical model created, whose mission is to dynamically analyze energy flows over time. The model is built in Simulink, a part of MATLAB. The model of artificial grass field consists of several partial measurement exercises in turn gives different energy flows. The plan considered in the balance as a slab with a heat store. This allows generalizations to be made to facilitate various calculations with equations applied to slabs on ground. The result shows that the heating system has difficulties to heat the field to temperatures demanded during winter. Instead, the surface temperature follows the current air temperature, like an unheated field. Unfortunately, there is lack of knowledge about the flow conditions and fluid temperature in the pipe loop system. Therefore, further work to ensure these factors are needed. Only then can an arbitrary basis for the circulation pump control be presented.

Detta examensarbete utfördes på uppdrag av Umeå Kommun. Uppgiften bestod av att utvärdera dagens användning av en borrhålsbrunn samt undersöka vad som är det optimala användningsområdet för borrhålsbrunnen. Borrhålsbrunnen används i dagsläget för att förvärma samt kyla utomhusluft in till kontorsbyggnaden Kubens ventilationsaggregat. Ventilationens förvärmning består av två delar, en markkanal och ett geoenergibatteri. Viktiga parametrar hos förvärmningen analyserades med hjälp av mätvärden för temperatur och flöde. Resultaten jämfördes därefter med alternativet att använda borrhålsbrunnen tillsammans med en värmepump. Då borrhålsbrunnens kapacitet inte var tillräcklig för att klara byggnadens hela uppvärmningsbehov, undersöktes det hur en värmepump skulle kunna köras i kombination med fjärrvärme. Två driftstrategier, Bas och Kapatoppar, undersöktes. Bas leverar en basproduktion under hela vinterperioden medan Kapatoppar startar vid -6°C för att sänka effekttoppar. Utvärderingen av förvärmningen visade att geoenergibatteriet är mer kompatibelt med ventilationsaggregat av VAV-typ (Variable Air Volume) än vad markkanalen är. Däremot är inte förvärmning i kombination med roterande värmeväxlare ett bra koncept för byggnaden som den används idag. På grund av att förvärmningen är placerad före den roterande värmeväxlaren så är bara 15-20 % av förvärmningseffekterna energibesparande. Detta kombinerat med en optimerad drift av aggregatet sett till tidsstyrning och behovsstyrning av flöde gör att förvärmningen har en liten påverkan både på byggnadens maximala effektbehov och totala energibehov. Att köra värmepump i kombination med fjärrvärme för uppvärmning var ekonomiskt lönsamt främst på grund av att värmepumpen kunde kapa byggnadens effektoppar. Kostnaden för storleken på den abonnerade effekten uppgår idag till drygt 40 % av den totala fjärrvärmekostnaden. Dagens relation mellan el- och fjärrvärmepriser bidrog naturligtvis också till att värmepumpsalternativet var lönsamt. För de undersökta förutsättningarna så blev paybacktiden för en värmepump med den lönsammaste driftstrategin, Bas, 4,4 år.

In this thesis proposals for different designs of a borehole thermal energy storage (BTES) have been developed for the building DN-huset in Stockholm, Sweden. To build a BTES results in savings in energy costs by approximately 44 %, i.e. 2 million Swedish crowns annually. Furthermore, a BTES would reduce the annual environmental impact with roughly 75-157 tonnes of CO2 equivalents per year, depending on how the electricity consumption’s environmental impact is estimated. The payback period is about 11 years, including the warm-up period that is necessary before commissioning the BTES. The savings in environmental impact and operating costs are a result of energy being reused. During the summer heat is stored in the bedrock beneath the building for retrieval about half a year later in the winter, when there is a heating demand. In addition to developing proposals for different BTES designs the thesis also examines the influence of certain design parameters, conservative choices and operating conditions.

En energieffektiv geoenergianläggning kan åstadkommas genom att välja rätt systemtemperatur. Systemtemperaturerna påverkas av geoenergisystemets delkomponenter. Syftet har varit att genomföra en teknoekonomisk utvärdering av värmesystemets systemtemperatur i geoenergiprojekt. Arbetet påbörjades med en teknisk utvärdering av systemtemperaturen för att undersöka vilka parametrar som har en betydande inverkan på systemtemperaturen. Därefter genomfördes en ekonomisk utvärdering på systemtemperaturen. Den ekonomiska utvärderingen utfördes genom att utvärdera olika systemtemperaturers livscykelkostnad (LCC) i en referensbyggnad. Resultatet visade tydligt att LCC ökar med sänkt framledningstemperatur. Vid systemtemperaturer över grundfallets systemtemperatur som har framledning-/returtemperatur på 40/30 °C, sjönk LCC med 1–2% per grad och vid framledning-/returtemperaturer under 40/30 °C ökade LCC med 6–8% per grad. De faktorer som hade störst inverkan på systemtemperaturen var byggnadens värmebehov, byggnadens utformning och slutapparaternas effektivitet. Dessa faktorer avgör hur låg systemtemperatur som är möjligt att implementera i en byggnad.

Jernhusen AB är ett fastighetsbolag inom transportbranschen och är framförallt inriktade mot järnvägen. Jernhusen har ett uttalat mål att bidra till ett hållbart samhälle. Som ett steg i detta vill Jernhusen undersöka möjligheterna med att investera i lokalproducerad förnybar energi på deras tågunderhållsdepåer.Denna rapport utreder förutsättningarna och möjligheterna med detta. Det finns idag flera olika förnybara energikällor som kan användas lokalt på depåerna. De bäst lämpade teknikerna för Jernhusens tågunderhållsdepåer är att använda solenergi och geoenergi. Solenergin kan användas för att producera elkraft med solceller och värme med solfångare. Det finns flera olika typer av solceller med den mest kommersiellt använda typen är polykristallina kiselsolceller. Underhållsdepåerna har stora effektbehov, både för el och för värme. Effektbehovet är som störst under vintermånaderna när tågen behöver avisas. Depåerna har stora öppna tak och bangårdar som lämpar sig till att använda både solceller, solfångare och geoenergi. De flesta depåerna är gamla och fastigheterna innehåller markföroreningar, vilka behöver beaktas om ett geoenergisystem ska installeras på fastigheten. Det finns goda förutsättningar för Jernhusen att installera olika system som utnyttjar förnybara energikällor. Om ett solcellssystem skulle installeras på Hagalund enligt Tabell 6-1 är återbetalningstiden för investeringen 15 år. Detta får anses som en god investering då ett solcellssystem kan ha en livslängd på 40 år. Hade en geoenergisystem installerats på Raus enligt Tabell 6-3 blir återbetalningstiden 17 år. Ett solfångarsystem har låg lönsamhet oavsett vilket depå det installeras på. Dock blir både geoenergi och solfångare betydligt mer lönsamma om byggnaden är uppvärmd av direktverkande el eller vid nybyggnationer. / Jernhusen AB is a real estate company within the transportation industry and their business is focused towards the railway. Jernhusen has a stated goal that the company should contribute to a sustainable society. As a step in this goal the company explores the possibilities of investing in locally produced renewable energy systems at their maintenance depots. This report investigates the potential in that kind of investment. There are currently several different renewable energy sources that can be used for locally producing renewable energy at the depots. The most appropriate techniques for Jernhusen to use are solar energy and geothermal energy. Solar energy can be used to produce electric power with solar cells and to produce heat with solar panels. There are several different types of solar cells but the most commonly used are polycrystalline silicon based solar cells.The maintenance depots have large power requirements for both electricity and heat. The power demand is greatest during the winter months when the train needs de-icing. The maintenance depots have large open roofs and rail yards suitable for solar cells, solar panels and geothermal systems. Most of the depots are old constructions and the properties contains a lot of soil pollution that need to be considered if a geothermal energy solution is up for investigation. There are good prospects for Jernhusen to install various systems using renewable energy sources. If a solar cell system were installed at Hagalund according to Table 6-1 the payback period for the investment is 15.1 years. This must be seen as a good investment when the solar cells have a lifespan of 40 years. If a geothermal system were installed at Raus according to Table 6-3 the payback period is 17.2 years. A solar panel system has a low profitability regardless of which depot the system is installed at. However, both the geothermal system and the solar panel system are far more profitable if the building is heated by electricity.

Inom svensk process- och tillverkningsindustri finns det stora mängder spillvärme som sällan kommer till användning. Att hitta olika tekniska lösningar för att effektivt tillvarata denna spillvärme skapar både nytta ur ett hållbart perspektiv samt ur ett ekonomiskt perspektiv för företaget. I denna rapport presenteras en utarbetad beräkningsmodell i Excel. Beräkningsmodellen används för att uppskatta lönsamheten för anläggning av ett högtemperaturlager i berggrunden. Excel-filen ska kunna användas för företag som en första uppskattning om ett borrhålslager är ett alternativ för tillvaratagande av spillvärme. Utformningen av beräkningsmallen utgick från Xylems högtemperaturlager i Emmaboda. Beräkningsmallen testades på Xylems borrhålslager. Resultatet visar att 2166 MWh/år kan tas ut från lagret, vilket stämmer överens till 83 % med Xylems egna beräkningar. Borrhålslagrets verkningsgrad beräknades till 65 % vilket kan jämföras med de 68 % som Xylem kalkylerat med. Nyckelord: Borrhålslager, UTES-system, BTES-system, HT-BTES-system, geoenergi, spillvärme.

In this master thesis, cooling systems are studied in a modern office building in Umeå during a summer period. The project has been done in collaboration with the municipality of Umeå and aims to analyze the cooling system’s task in the building depending on the various systems that makes up the ventilation system. This was done by examining its operation and determining where improvements could be made. The ventilation system is equipped with two types of geo-energy systems for preheating and cooling the outdoor air, Earth to Heat Exchanger (EAHE) and Borehole Heat Exchange (BHE). The ventilation system also includes a thermal wheel and a heat battery that handles the building’s heating demands. In order to get an idea of how these systems contribute to the ventilation system, cooling effects and temperature relationships for each system were investigated. The study showed that the various systems that make up the ventilation system complement each other well to meet the cooling needs during the summer period. The building’s ventilation system contributed to a total temperature reduction of the outdoor air up to 8 ◦C. The BHE system seems to be the one that contributed most to the cooling system with air temperature reduction of 4 ◦C. However, the system was constantly running and contributed to unnecessary cooling of the incoming air. This could have been avoided by programming the system to switch off at specific outdoor temperatures. The air intake that is a part of the EAHE system contributed to high cooling effects in the morning, which corresponds to large temperature reductions of the outdoor air. A conceivable reason may be due to the material property of the air intake. The air intake that is made of steel is cooled by the cold summer nights and has the ability to preserve the cold. When the ventilation system starts operating in the morning, the outdoor air flows through the cooled air intake and leads to large temperature reductions. Contrary to this, when it is hot outside, the air intake can contribute to large temperature increases. This is a concern because the air intake acts primarily as an air filter for the EAHE system and heating the already hot outdoor air before it reaches the ventilation units is not beneficial. To study this, a model of the air intake was built in COMSOL and simulated. The simulation showed that the air intake heats up significantly and leads to uneven temperature distribution through the surface when the outdoor temperature is 28 ◦C and the sun shines straight on the surface. It was also found that the air temperature inside the air intake is affected by the surface temperature. To see if there is a difference with the temperature distribution, the air intake was then simulated with other material types such as brick, wood and PEX. This resulted in the distribution of temperature through the surface becoming more uniform and the air temperature inside the air intake barely being affected by the surface temperature. Therefore, it is recommended to change the material type of the air intake in order to avoid unintended heating of the outdoor air before it reaches the ventilation unit.

Idag är klimatet och miljön omdebatterade ämnen som påverkar alla, människor, djur och natur. Människor i Sverige, men även nationellt, blir alltmer medvetna och engagerade angående ämnet och debatten. Skolstrejker och demonstrationer är två exempel på åtaganden som människor vidtagit. Även större krav inom hållbarhet ställs inom fastighetsbranschen vilket leder till att fastighetsägare måste vidta åtgärder för att fastigheterna ska uppfylla dessa krav. Dessutom finns det olika certifikat på byggnader vilket även motiverar fastighetsägare att vilja äga och förvalta gröna och miljöklassade byggnader. Det finns många olika åtaganden och tekniska lösningar som kan utnyttjas för att uppfylla kraven om hållbarhet som ställs inom fastighetsbranschen. Geoenergi är ett exempel på åtaganden som kan göras för att öka hållbarheten för en fastighet. Geoenergi är billigare och bättre för klimatet än fjärrvärme som redan är känt för att vara billigt och bra för miljön. Syftet med denna studie är att undersöka vad en geoenergianläggning på en fastighet, Münchenbryggeriet, har för påverkan på hyresgästerna och vilken ekonomisk effekt detta har på hyresvärden. För att ta reda på den ekonomiska effekten kommer det göras en jämförelse med en motsvarande fastighet, Mullbärsträdet 6, där fjärrvärme står för uppvärmningen. I rapporten kommer geoenergi att förklaras utförligt och dess inverkan på miljö och klimat men även teoretisk data kommer att redogöras. I rapporten har det gjorts en litteraturstudie där information och fakta redovisas. Litteraturstudien följs därefter upp med en undersökning som består av intervjuer. Respondenterna är hyresgäster i Münchenbryggeriet och Mullbärsträdet 6. Resultatet av undersökningen visar att hyresgästerna i Münchenbryggeriet, som värms upp med geoenergi, sitter i en byggnad där uppvärmningen är billigare än i en byggnad som drivs av fjärrvärme. Dessutom visar resultatet av undersökningen att hyresgästerna bara har positiva tankar om geoenergianläggningen och en positiv relation med hyresvärden. Slutligen visar resultatet att även om fjärrvärme är en billig uppvärmningskälla och bra för klimatet, liksom geoenergi, går det att se att en geoenergianläggning genererar andra nya aspekter som fjärrvärme inte kan ge. / Today, the climate and the environment are two controversial topics that affect everyone, humans, animals and nature. People in Sweden, but also nationally, are becoming increasingly aware and committed to the topic and the debate. School strikes and demonstrations for the climate are two examples of commitments made by people. The real estate sector is also making greater demands in terms of sustainability, which means that property owners have to take measures to ensure that their properties meet these requirements. In addition, there are various certificates for buildings, which also motivates property owners to want to own and manage green and environmentally rated buildings. There are many different commitments and technical solutions that can be used to meet the sustainability requirements of the real estate sector. Geoenergy is an example of a commitment that can be made to increase the sustainability of a property. Geothermal energy is cheaper and better for the climate than district heating, which is already known to be cheap and good for the environment. The purpose of this study is to investigate what impact a geoenergy installation on a property, the Münchenbryggeriet, has on the tenants and what economic effect this has on the landlord. To find out the economic effect, a comparison will be made with a similar property, Mullbärsträdet 6, where district heating is used. In the report, geoenergy will be explained in detail and its impact on the environment and climate, but also theoretical data will be presented. The report includes a literature study where information and facts are presented. The literature study is then followed up with a survey consisting of interviews. The respondents are tenants in Münchenbryggeriet and Mullbärsträdet 6. The results of the survey show that the tenants in Münchenbryggeriet, which is heated by geothermal energy, are in a building where heating is cheaper than in a building powered by district heating. Furthermore, the results of the survey show that the tenants have only positive thoughts about the geothermal installation and a positive relationship with the landlord. Finally, the results show that although district heating is a cheap source of heating and good for the climate, as well as geothermal energy, it can be seen that a geothermal installation generates other new aspects that district heating cannot provide.

An office building (sthlm new hus 4) located in the south of Hammarbyhamnen overlooking Hammarbybacken is planned in 2018. Climate control of the office building are via radiators, high-temperature chilled beam and pre-treated supply air. The building is currently being designed for district heating and remote cooling. The study aims to investigate whether borehole thermal energy system (BTES) are a reasonable alternative to provide the office building with heat and cooling, from an environmental- and life cycle cost (LCC) perspective. The aim of the study is to generate an energy requirement for the office building, which is done by construct a model of the building using IDA ICE, a simulation software. The energy requirement is covered by either district heating/-cooling (energy system I) or BTES (energy system II) as the primary energy source. A model of the BTES is constructed in excel based on data from experience input. Life cycle cost analysis are used for economical comparison between the energy systems. The environmental assessment is based on Nordic electricity mix, which controls the impact of the energy systems. Energy system II entails a need for energy support to avoid over dimension the heat pump, which is done by complementing the surplus need through district heating and remote cooling. LCC shows an economic breakpoint at 11-year calculation period, where BTES becomes economically advantageously. Environmentally, energy system II releases 14.3 tonnes of CO2eq compared to energy system II which results in a reduced emission of 47 tonnes of CO2eq based on Nordic electricity mix.

Ice rinks are energy intense industrial applications. A typical single sheet ice rink in Sweden uses about 1000 MWh/season. A state-of-the art ice rink systems can use less than 500 MWh/season, indicating the potential for improvements. According to several investigations CO2 refrigeration system with heat recovery has proven to be energy-efficient and cost-effective solution in ice rinks.To further improve the efficiency, geothermal function may be added feature. The objective of this study is to evaluate the geothermal function from techno-economic perspective for a typical ice rink in Sweden. Modelling of several scenarios has been performed. Obtained results suggest that CO2 refrigeration system with 2-stage heat recovery, if upgraded with geothermal function, can save between 1.7 to 6.8% of energy annually. In the best case, this study suggests the geothermal function would pay back in 16.4 years. / Ishallar är energikrävande industriella applikationer. En typisk ishall i Sverige använder cirka 1000 MWh / säsong. Ett toppmodernt ishallsystem kan använda mindre än 500 MWh / säsong, vilket indikerar stora förbättringsmöjligheter. Enligt flera undersökningar har CO2-kylsystem med värmeåtervinning visat sig vara energieffektivt och kostnadseffektivt i ishallar.För att ytterligare förbättra effektiviteten kan geotermisk funktion läggas till. Syftet med denna studie är att utvärdera den geotermiska funktionen ur ett tekno-ekonomiskt perspektiv för en typisk ishall i Sverige. En modellering av flera scenarier har utförts. Resultaten antyder att CO2-kylsystem med 2-steg värmeåtervinning, om det uppgraderas med geotermisk funktion, kan spara mellan 1,7 och 6,8% energi årligen. I bästa fall antyder denna studie att den geotermiska funktionen skulle betala tillbaka om 16,4 år.