Energy and economic study of geothermal heat pump installations to cover the thermal demand in singlefamily houses

Este proyecto analiza la utilización de dos instalaciones térmicas basadas en una bomba de calor geotérmica para dar cobertura a la demanda térmica de una vivienda unifamiliar ubicada en cuatro localizaciones diferentes. La primera instalación emplea una unidad de tratamiento de aire (UTA) para dar cobertura a las necesidades de calefacción y refrigeración, mientras que la segunda utiliza radiadores de baja temperatura para calefacción y fan coils para refrigeración. El objetivo es ver si las dos configuraciones presentan unos consumos similares durante su operación para dar cobertura a la demanda térmica. Adicionalmente se analiza la influencia que las condiciones climáticas pueden tener en el consumo de estas instalaciones que deberán dar cobertura a diferentes demandas de calefacción y refrigeración en las distintas localizaciones consideradas (Santander, Teruel, Madrid y Málaga). Para llevar a cabo este análisis se han elaborado planos detallados de una vivienda unifamiliar, considerando todos los aspectos relevantes durante su construcción, como la orientación, la identificación de puentes térmicos, la distribución de espacios y la elección adecuada de los materiales constructivos que constituyen la envolvente de la vivienda evaluada. Asimismo, se ha llevado a cabo un estudio exhaustivo de las cargas térmicas de la vivienda, abarcando la ocupación, iluminación, equipamiento, ventilación, infiltración a través de los diferentes elementos constructivos y la demanda de agua caliente sanitaria. Además del desarrollo de un horario para cada carga térmica en base a la media de la población española. Una vez completados todos los estudios, se ha procedido al montaje tridimensional de la vivienda utilizando un programa de modelado llamado Sketchup, con la posterior exportación a Open Studio, un software que cuenta con un motor de cálculo energético para viviendas. En este programa, se ingresaron todos los datos mencionados anteriormente relativos a los materiales, su disposición, capacidades de uso y cargas térmicas de la vivienda. Posteriormente, se han simulado ambas instalaciones en cada una de las ciudades, recopilando datos de consumo y costos energéticos asociados a cada escenario. También, se ha calculado la inversión inicial de cada instalación y se ha evaluado, junto con sus costos energéticos su rentabilidad en las distintas localizaciones. Los resultados indican que la instalación 1 es más favorable para las ciudades de Madrid y Málaga, mientras que la instalación 2 es más favorable para Teruel y Santander.This project analyses the use of two thermal installations based on a geothermal heat pump to cover the thermal demand of a single-family house located in four different locations. The first installation uses an air handling unit (AHU) to cover heating and cooling needs, while the second uses low temperature radiators for heating and fan coils for cooling. The objective is to see if the two configurations present similar consumptions during operation to cover the thermal demand. Additionally, the influence that climatic conditions may have on the consumption of these installations, which will have to cover different heating and cooling demands in the different locations under consideration (Santander, Teruel, Madrid and Malaga), is analysed. In order to carry out this analysis, the detailed plans of a single-family house have been prepared, considering all relevant aspects during its construction, such as orientation, identification of thermal bridges, distribution of spaces and the appropriate choice of construction materials that constitute the envelope of the evaluated house. Likewise, an exhaustive study of the thermal loads of the housing has been carried out, covering occupation, lighting, equipment, ventilation, infiltration through the different construction elements and the demand for sanitary hot water. In addition to the development of a schedule for each thermal load based on the average of the Spanish population. Once all the studies had been completed, the three-dimensional assembly of the house was carried out using a modelling programme called Sketchup, with subsequent export to Open Studio, a software that has an energy calculation engine for houses. In this programme, all the previously mentioned data relating to the materials, their layout, use capacities and thermal loads of the housing were entered. Afterwards, both installations have been simulated in each of the cities, collecting data on energy consumption and costs associated with each scenario. Also, the initial investment of each installation has been calculated and its profitability in the different locations has been evaluated together with its energy costs. The results indicate that installation 1 is more favourable for the cities of Madrid and Malaga, while installation 2 is more favourable for Teruel and Santander.Grado en Ingeniería Mecánic