Uppdragsgivaren för detta examensarbete saknade underlag till jämförelser mellan bergvärmepumpar och luft/vattenvärmepumpar vid två unika projekt. Arbetet ska ge en uppdaterad bild av skillnaderna i drift och ekonomi mellan värmepumparna inför aktuella och framtida beslutstaganden vid projektering av tillämpningar med sådana. I studien redovisas en teoretisk genomgång av värmepumpens funktion, historia och godhetstal som baseras på litteraturstudier inom berörda ämnen. En av anläggningarna är en inomhuspool i Oslo vars dimensionering för värmekälla presenteras i arbetet. Resultat från beräkningar visar att ett värmeuttag från berggrunden är möjligt över hela året om det aktiva djupet är tillräckligt stort. Awitar som är en ny forskningsanläggning som byggs av Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, SP, utgör arbetets andra anläggning. För båda projekten utgör lönsamhetskalkyler underlag för resultat av investering i bergvärmepump och luft/vattenvärmepump. Annuiteten, den årliga kostnaden, för en investering visade sig skilja mycket lite mellan värmepumparna vid båda anläggningarna. Värmepumparna till inomhuspoolen har båda annuitet på ca 16 kkr/år och för Awitar en annuitet på ca 111 kkr/år. Grundinvesteringen för berg- respektive luft/vattenvärmepump till inomhuspoolen uppgår till 295 kkr respektive 120 kkr och för Awitar 485 kkr respektive 175 kkr. / The client of this thesis lacked a basis for comparison of geothermal heat pumps and air/water heat pumps in two unique projects. This thesis will provide an updated picture of the differences in operations and finance between the heat pumps for both current and future decisions of projects. This study presents a theoretical review of the heat pump's function, history and efficiency based on literature studies in these subjects. One of the facilities is an indoor pool in Oslo, whose dimensioning of heat source are presented in this work. A result of calculations show that a heat extraction from the bedrock is possible throughout the year if the active depth is sufficient. Awitar, which is a new research facility built by the Swedish Technical Research Institute, SP, is this works second facility. Profitability calculations for both projects make the basses for the results of investment in the geothermal heat pump and air/water heat pump. Annuity, which is the annual cost of an investment, turned out to differ very little between the heat pumps at both facilities. The heat pumps for the indoor pool have both the annuity of about 16 thousand SEK/year and Awitar annuities are about 111 thousand SEK/year. The initial investment value for the geothermal and the air/water heat pump to the indoor pool amounts to 295 thousand SEK and 120 thousand SEK, respectively, and for Awitar, 485 thousand SEK and 175 thousand SEK, respectively.

I det här arbetet har det undersökts huruvida mängden deponigas i deponin vid Holmby återvinningscentral i Sunne är tillräcklig för att täcka värmebehovet för ett antal lokaler i närheten, om deponigasen kan ge säljbar el, och om detta kan göras ekonomiskt lönsamt.  De processer som har undersökts är en gasmotor, en gasturbin och gaspanna från Biogassystems och en Stirlingmotor från Cleanergy. Dessa har tillsammans med en ackumulatortank simulerats för att undersöka om de kan klara av att leverera den värme som behövs för att täcka behovet utan att bli för dyra och vilka utsläpp det resulterar i. Det finns i dagsläget ett uttagssystem för deponigasen och all energi facklas i nuläget bort. Energin borde tas tillvara då den kan ersätta andra mer miljöskadliga energikällor. Utöver resultaten i det här arbetet tillkommer kostnaderna och miljöpåverkan för distributionen av den producerade värmen och elen. Arbetet är upplagt så att det produceras den värme som behövs för att täcka värmebehovet. Värmebehovet styr därmed hur mycket el som produceras, då ingen el produceras när det inte finns något behov av värme och den el som inte används till eget bruk säljs. För beräkningar har programmet Matlab och funktionen Simulink använts. Det visade sig att alla metoder med deras respektive verkningsgrader och andra begränsningar klarade av att producera värme i den grad att de klarade att täcka det värmebehov som satts upp samtidigt som en hel del el skulle kunna säljas med tre av metoderna, dock inte med gaspannan då den inte producerar någon el överhuvudtaget. Gasturbinen blir klart dyrast på grund av dess höga pris och låga el-verkningsgrad. Det är därmed tveksamt om det skulle vara lönsamt att satsa på en gasturbin som lösning för att ta om hand om energin i deponigasen. Den rekommenderade lösningen är att använda sig av en gaspanna om det inte finns något intresse av att sälja el då den utan några problem klarar av att leverera den värme som behövs samtidigt som den är billigast. Om det däremot finns ett intresse av att sälja el hade en stirlingmotor varit att föredra då den klarar av värmebehovet samtidigt som den producerar el som kan säljas. Detta i kombination med att den inte är lika känslig för föroreningarna i deponigasen som gasmotorn gör den till det bästa alternativet för en kombinerad värme- och elproduktion. / In this study a evaluation has been conducted to whether the amount of landfill gas in the landfill at Holmby recycling station in Sunne could be used to cover the heat needed to heat up a couple of buildings nearby, how much electricity that would be produced in the process and if there would be any economic gain in doing so. The machinery used in this study is a natural gas engine, gas turbine and a gas fired boiler from Biogas Systems and a Stirling engine from Cleanergy. These have been evaluated together with a heat storage tank to see if they could produce enough heat for the buildings. The system in place today only uses a torch to dispose the gas and no energy from the gas is used. The energy in the gas should be taken care of because it could replace other energy sources that are worse for the environment. Beyond the results in this study you will have to consider the distribution of the produced heat and electricity. The main thought is that you will produce the heat needed and sell the electricity you don’t use yourself. The calculations have been conducted in Matlab and the tool Simulink. The results showed that you can produce enough heat with all the examined apparatuses, with their efficiencies and other restrictions at the same time as you could sell a fair amount of electricity by using three of them, the only exclusion is the gas fired boiler as it doesn’t produce any electricity. The gas turbine becomes very expensive due to its price and the relatively small electric efficiency. It is a possibility that you won’t make any money from a system with a gas turbine. A gas fired boiler is the recommended machinery if there is no interest in electricity production due to its ability to produce the heat needed at the same time as it is the cheapest of the tested machinery. If on the other hand there is an interest in electricity production the Stirling engine would be the recommended machinery. The Stirling engine manage the heat needed in the buildings at the same time as it produces electricity that could be sold. The reason that the Stirling motor is the preferred machinery in this case is that it is not as sensitive to the pollutions in the landfill gas as the natural gas combustion engine.

Värmepumpsförsäljningen i Sverige ökade i början av 2000-talet. Den dimensionerande livslängden för värmepumpar ligger på mellan 15–25 år vilket betyder att flertalet installerade värmepumpar snart behöver bytas ut.Det senaste decenniet har värmepumparnas effektivitet ökat på grund av introduktion av välfungerande varvtalstyrda värmepumpar. Den optimala effekttäckningen vid nyproduktion var lägre för 20 år sedan än vad den är idag. Det leder till att vid utbyte av värmepumpar finns det troligen en värmekälla som är dimensionerad för en lägre effekttäckning än vad som i nuläget hade varit optimalt. Det saknas kunskap om systemfunktionen när en ny effektivare värmepump installeras i ett äldre system och det är svårt att avgöra vilken lösning som är mest ekonomiskt fördelaktig.Arbetet består av två separata studier. En generell studie och en om är utförd på en specifik anläggning. Det har skapats två separata modeller med beräkningsverktyget Excel. Den generella modellen beräknas på dygnsbasis över ett helt år och den platsspecifika modellen beräknas på timbasis över månaderna november, december, januari och februari.Arbetets syfte är att leverera ett underlag som motiverar hur värmepumpssystem ska dimensioneras när värmepumparna ska bytas ut för att få en minimal livscykelkostnad. Det ur både ett generellt perspektiv och för den undersökta anläggningen.Målen är uppdelade i generella mål och platsspecifika mål. De generella målen är att undersöka vilken effekttäckning som är optimal för varvtalstyrda fastighetsvärmepumpar och hur låg den befintliga effekttäckningen ska vara för att det ska vara lönsamt att investera i en större värmekälla. Målen för den platsspecifika studien är att kartlägga det befintliga systemet samt undersöka när och om de ska investera i nya värmepumpar och en komplettering av värmekällan.Slutsatsen ur ett generellt perspektiv är att för att få minimal totalkostnad ska effekttäckningen på den nya värmepumpen vara 100% om värmekällan inte är begränsande. När värmekällan är begränsande lönar det sig att utöka dimensionen om den befintliga effekttäckningen är lägre än 55%.För att få ner livscykelkostnaden för den undersökta anläggningen behöver den tillgängliga effekten från värmekällan utökas så snabbt som möjligt. Det optimala är att komplettera med tillräckligt många varvtalsstyrda värmepumpar redan idag och låta dessa stå för basproduktionen av värmeenergi. Efter hand sedan byta ut de äldre värmepumparna tills det slutliga optimala systemet uppnås som består av 8 nya varvtalstyrda värmepumpar med en extra tillgänglig värmekälla på 300 kW. / In the beginning of the 21st century the sale of light commercial heat pumps in Sweden got a major increase. The expected lifespan of heat pumps are approximately 15-25 years which leads to that more heat pumps soon needs to be replaced.The effectiveness of heat pumps has during the last decade got a huge increase due to the introduction of functioning inverter heat pumps. The optimum power coverage for new production is higher today than it was 20 years ago. This leads to that the dimension of the old heat source probably is lower than the optimum dimension today. The knowledge of what the new heat pump optimum dimension is for economical optimization is currently low and needs more research.This thesis is done by two separate studies. One that covers a general point of view and one that investigates a specific building. To create mathematical models has Microsoft Excel been used. The general model was calculated daily for an entire year. The study for the specific case were calculated on an hourly basis for the months November, December, January, and February.The purpose of this thesis is to examine how to replace heat pumps to get the lowest life cycle cost. This will be done with to separate studies. One that cover heat pump replacement from a general point of view and one that cover the future of a specific case.The goals for this thesis are separated by the two studies. The goals for the general study are to investigate the optimum dimension of the light commercial heat pumps and how low the dimension of the old heat source needs to be for it to be worth to expand its dimension. The goals for the other study are to map the currently system that the specific company are using and investigate when and if they should invest in new heat pumps and a larger heat source dimension.The conclusion from the general study is that the optimum dimension for new heat pumps are 100%. However, that only applies if the old heat source dimension is not limiting the heat source dimension. If the heat source is limiting the power coverage of the heat pump system, it is only worth expanding the heat source sizing is less than 55%.In order for the specific building to reduce its life cycle cost, the sizing of the heat source needs expansion and it should be done as quickly as possible. For further reduction of the life cycle cost they should invest in new inverter heat pumps that covers the base need of heat energy. These shall then continuously replace the old heat pumps in order to end up with a system of 8 new inverter heat pumps and an extra 300 kW available from the heat source.

Purpose: The aim of this study is to present the economic, environmental impact, and energy saving benefits of replacing an electric boiler to a bedrock heat pump or district heating. Furthermore, the impact of additional insulation will also be presented. Method: The technical, environmental, and economical aspects of the various heat sources in this study are gathered through websites and reports from agencies, industry organisations and corporations. A case study on a family house built in 1971, heated with a combination of electric boiler and air-to-air heat pump has been made. The study investigates the impact of replacing the existing heat sources with newer and better alternatives along with additional insulation. Results: The results present the energy demand for active heating, economic analysis, environmental impact, and the impact of additional insulation. Moreover, a comparison between the heat sources and the additional insulation is presented to show the difference between them. The case study objects demand for active heating includes passive heating, heat losses through the building envelope, heat losses due to ventilation. With all these factors combined, the family house has an annual active heating demand of 11 700 kWh. The energy consumption of the electric boiler combined with air-to-air heat pump (COP 4) have an annual consumption of 7 500 kWh. The required energy from the district heating goes up to 11 700 kWh and the bedrock heat pump (COP 3) have the lowest energy consumption of 3 900 kWh. However, the amount of electricity needed is 400 kWh for district heating compared to the other alternatives that require 7 500 kWh and 3 900 kWh. For the economic aspects, the installation and operating costs for the electric boiler combined with the air-to-air heat pump, district heating and the bedrock heat pump are concluded. This shows that, on one hand the bedrock heat pump is the most expensive heat source to install but on the other hand, the cheapest to operate. Furthermore, this study compares the emissions of carbon dioxide equivalents from the production of district heating and electric energy. Due to the clean electric energy in Sweden, district heating has the highest negative impact on the greenhouse effect as it uses energy resources that have high emission of carbon dioxide equivalents. The environmental impact of the electric boiler, air-to-air heat pump and the bedrock heat pump vary depending on the energy source used to generate electricity and can in the worst case be higher than for district heating. New values with the additional insulation suggest that the improved building envelope will have a positive impact on the operation costs, energy saving and emissions. As an example, the demand for active heating can be reduced with up to 30%. Conclusions: The conclusion is that the comparison of heat sources contains many uncertain variables. Consequently, the result of this study does most likely not apply directly to other study objects. The results may vary if, for example, the geographical location or electricity agreement is changed.