Design of a geothermal heat pump and condensing boiler hybrid system for providing heating and cooling to an existing public building in Hohen Neuendorf, Germany

Abstract

[ES] En el marco de la oleada de renovación de edificios existentes en Europa como una de las medidas para luchar contra el cambio climático, el presente Trabajo final de Máster estudia las opciones de diseño, según la normativa aplicable, de un nuevo sistema de calefacción y refrigeración para un edificios de uso público existente en Hohen Neuendorf, Alemania. Esto incluye la determinación de la carga térmica del edificio y la selección y el diseño del sistema de generación de energía, de la red de distribución y de las unidades terminales en las estancias. En cuanto a las unidades terminales, se consideran suelo radiante, techo radiante y radiadores, así como vigas frías. En relación con la selección del sistema de generación de energía, se lleva a cabo un análisis tecno-económico y una evaluación medioambiental para comparar las distintas alternativas posibles. La opción más adecuada consiste en un sistema híbrido que combina una bomba de calor geotérmica de salmuera y una caldera de condensación. Finalmente, se diseña en detalle el sistema de generación de energía incluyendo su circuito primario con intercambiador de calor enterrado vertical, el esquema hidráulico y los elementos adicionales.

[EN] In the context of the challenge of the renovation wave of existing buildings in Europe as one of the measures to fight climate change, the present Master thesis studies the design options, according to the applicable normative, of a new heating and cooling system for an existing building of public use in Hohen Neuendorf, Germany. This includes the determination of the design heating and cooling loads of the building and the selection and design of the energy generation system, of the distribution network and of the in-room terminal systems. Regarding the in-room terminal systems, radiant floor, ceiling, and radiators are considered as well as chilled beams. Concerning the selection of the energy generation system, a techno-economic analysis and environmental assessment is carried out to compare different possible alternatives. The best suited option consists in a hybrid system combining a brine-water geothermal heat pump and a condensing boiler. Finally, the energy generation system is designed in detail including its primary circuit with vertical ground heat exchanger, the hydraulic scheme, and additional elements.