Optimizing Geothermal Heat Pump Performance through Automation for Research in Borehole Heat Exchanger

Abstract

[ES] Esta tesis profundiza en la investigación llevada a cabo en el Laboratorio Live-In de KTH, centrándose en el rendimiento de las bombas de calor y la caracterización de los recursos geotérmicos. Nuestro principal objetivo es optimizar y diseñar un sistema de control para la instalación de la bomba de calor geotérmica situada en el laboratorio. La energía geotérmica se presenta como una solución prometedora para la calefacción sostenible, especialmente en regiones como Suecia, que hacen especial hincapié en la reducción de las emisiones de carbono y cuentan con un rico historial de utilización de esta tecnología.

Este tésis evalúa a fondo la instalación actual, en particular su funcionalidad y configuración sólo de inyección. A continuación, se esbozan los objetivos del sistema de control propuesto, que incluyen la optimización del sistema de automatización existente y la ampliación de sus capacidades mediante la incorporación de nuevos sensores. Empleando metodologías innovadoras y técnicas prácticas de optimización, nuestra investigación pretende mejorar la eficiencia y el rendimiento de la instalación geotérmica. Nuestro objetivo final es automatizar la investigación experimental del comportamiento termohidráulico a corto plazo de los intercambiadores de calor de perforación, contribuyendo así a los avances en la tecnología geotérmica.

[EN] This thesis delves into the research conducted within KTH’s Live-In Laboratory, focused on the performance of ground source heat pumps and the characterization of geothermal resources. The primary focus is designing and optimizing a control and automation system for the laboratory’s ground source heat pump installation. Geothermal energy stands as a promising solution for sustainable heating, especially in regions like Sweden, which place a significant emphasis on reducing carbon emissions and have long-standing tradition of utilizing this technology. The report begins with a thorough assessment of the current installation, focusing on its configuration and its injection-only functionality. It then outlines the objectives of the proposed system, which include optimizing the existing control system, developing and implementing effective test automation, expanding capabilities through the integration of new sensors, and creating a public database. The ultimate goal is to automate the experimental investigation of the short-term thermo-hydraulic behavior of borehole heat exchangers, thereby