Ground Source Heat Pumps (GSHPs) have emerged as a promising technology for decarbonization of the heating sector. However, their increasing prevalence in densely populated areas may lead to considerable changes in the ground temperature, which can ultimately lead to reduced performance of the systems. Being able to forecast the ground temperature change in areas with a high density of GSHPs is therefore important for a correct management of the geothermal resource and the proper design of the systems.

The main scope of this thesis is to propose a new heat transfer model that enable the calculation of the ground temperature development in areas with several GSHP systems connected to vertical borehole heat exchangers. This work resulted in two new models, here referred to as FLS_IV and FLS_IV^TBC, which are built upon the Finite Line Source model, a classic building block for semi-analytical models dedicated to geothermal boreholes.

The application of these models to realistic scenarios representative for Stockholm has revealed a potentially significant interference between neighboring geothermal boreholes in densely populated areas. Therefore, a secondary objective of this thesis is to explore possible strategies for limiting this interference. The last section of this thesis investigates the possibility of increasing the borehole length or reducing the thermal load to constrain the ground temperature change, and the possibility of limiting the number of GSHPs in an area to prevent a severe drop of system performance. The results showed that the first two strategies may require a significant change in the operation or design of the systems, while the third strategy may permit a high utilization of GSHPs without modifications of the systems.

Keywords: Ground source heat pumps, Thermal interference, Neighboring geothermal borehole, Finite Line Source, Mitigation strategies.

Bergvärmepumpar har utvecklats till en lovande teknik för avkarbonisering av uppvärmningssektorn. Men deras ökande spridning i tätbefolkade områden kan leda till stora förändringar i marktemperaturen, vilket i slutändan kan ledda till minskad prestanda hos systemen. Att kunna förutsäga förändringar i marktemperaturen i områden med hög densitet av bergvärmepumpar är därför viktigt för en korrekt hantering av geotermisk resurs och korrekt design av systemen.

Huvudsyftet med denna avhandling är att föreslå nya modeller för värmeöverföring som möjliggör beräkning av marktemperaturutvecklingen i områden med flera bergvärmepump-system som är anslutna till vertikala borrhåls-värmeväxlare. Detta arbete resulterade i två nya modeller, som här benämns som FLS_IV och FLS_IV^TBC, och som är byggda på Finite Line Source-modellen, en klassisk byggsten för halvanalytiska modeller som är dedikerade till geotermiska borrhål.

Tillämpningen av dessa modeller på realistiska scenarier som är representativa för Stockholm har avslöjat en potentiellt betydande störning mellan närliggande geotermiska borrhål i tätbefolkade områden. Därför är ett sekundärt mål med denna avhandling att utforska möjliga strategier för att begränsa denna störning. Den sista delen av denna avhandling undersöker potentialen för att begränsa antalet bergvärmepumpar i ett område för att förhindra en allvarlig försämring av systemets prestanda. Resultaten visade att de första två strategierna kan kärva en betydande förändring i driften eller designen av systemen, medan den tredje strategin kan tillåta en hög användning av bergvärmepumpar utan modifieringar av systemen.

Nyckelord: Bergvärmepumpar, Termisk interferens, Angärnsande geotermisk borrhål, Finite Line Source, Åtgärder för att minska påverkan