Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τη μοντελοποίηση και την τεχνο-οικονομική αξιολόγηση συστημάτων αντλιών θερμότητας για την κάλυψη αναγκών θέρμανσης και ψύξης κατοικίας, με έμφαση στη γεωθερμική αντλία θερμότητας με κατακόρυφο γεωεναλλάκτη. Η εφαρμογή πραγματοποιείται για κτήριο κατοικίας στη Λάρισα, με μηνιαία θερμικά και ψυκτικά φορτία που χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου του ενεργειακού μοντέλου. Αρχικά πραγματοποιείται βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με τη λειτουργία των αντλιών θερμότητας, τις βασικές αρχές των γεωθερμικών συστημάτων και τις μεθοδολογίες ενεργειακής και οικονομικής αξιολόγησης. Στη συνέχεια αναπτύσσεται αριθμητικό μοντέλο υπολογισμού, μέσω του οποίου εκτιμώνται οι δείκτες ενεργειακής απόδοσης και η ετήσια κατανάλωση ενέργειας των εξεταζόμενων συστημάτων.

Η ανάλυση περιλαμβάνει τη σύγκριση της υφιστάμενης κατάστασης, η οποία βασίζεται σε λέβητα πετρελαίου για θέρμανση και τοπικές μονάδες κλιματισμού για ψύξη, με τρία εναλλακτικά σενάρια. Το πρώτο σενάριο αφορά την εγκατάσταση αντλίας θερμότητας αέρα-νερού, το δεύτερο την εγκατάσταση γεωθερμικής αντλίας θερμότητας με κατακόρυφο γεωεναλλάκτη, ενώ το τρίτο εξετάζει τον συνδυασμό γεωθερμικής αντλίας θερμότητας με φωτοβολταϊκό σύστημα και μπαταρία αποθήκευσης.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι όλα τα εναλλακτικά σενάρια οδηγούν σε σημαντική μείωση της τελικής κατανάλωσης ενέργειας σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση. Η συνολική ετήσια τελική κατανάλωση μειώνεται από 43.010,90 kWh/έτος στην υφιστάμενη κατάσταση σε 7.406,44 kWh/έτος για το Σενάριο 1 και σε 4.250,76 kWh/έτος για τα Σενάρια 2 και 3. Στο Σενάριο 3, η χρήση Φ/Β και μπαταρίας δεν μειώνει την ηλεκτρική απαίτηση της ΓΑΘ, αλλά μειώνει την ενέργεια που αγοράζεται από το δίκτυο σε 2.664,05 kWh/έτος. Από οικονομική άποψη, το Σενάριο 1 εμφανίζει την ευνοϊκότερη συμπεριφορά, καθώς έχει τη μεγαλύτερη ΚΠΑ, τη μικρότερη έντοκη περίοδο αποπληρωμής και το χαμηλότερο LCOH/C. Επομένως, η εργασία αναδεικνύει ότι η ενεργειακά αποδοτικότερη λύση δεν ταυτίζεται απαραίτητα με την οικονομικά ευνοϊκότερη επιλογή.

This diploma thesis examines the modelling and techno-economic evaluation of heat pump systems for covering the heating and cooling needs of a residential building, with emphasis on a ground source heat pump coupled with a vertical ground heat exchanger. The case study is carried out for a residential building in Larissa, using monthly heating and cooling loads as input data for the energy model. Initially, a literature review is carried out regarding the operation of heat pumps, the basic principles of geothermal systems, and the main methods used for energy and economic assessment. A numerical calculation model is then developed in order to estimate the energy performance indicators and the annual energy consumption of the examined systems.

The analysis compares the existing condition, which is based on an oil boiler for heating and local air-conditioning units for cooling, with three alternative scenarios. The first scenario examines the installation of an air-to-water heat pump, the second scenario investigates a ground source heat pump with a vertical ground heat exchanger, while the third scenario considers the combination of a ground source heat pump with a photovoltaic system and battery storage.

The results show that all alternative scenarios lead to a significant reduction in final energy consumption compared with the existing condition. Total annual final energy consumption decreases from 43,010.90 kWh/year in the existing condition to 7,406.44 kWh/year for Scenario 1 and to 4,250.76 kWh/year for Scenarios 2 and 3. In Scenario 3, the use of the PV system and battery does not reduce the electricity demand of the ground source heat pump itself, but reduces the electricity purchased from the grid to 2,664.05 kWh/year. From an economic perspective, Scenario 1 presents the most favourable performance, as it has the highest NPV, the shortest discounted payback period, and the lowest LCOH/C. Therefore, the thesis highlights that the most energy-efficient solution does not necessarily coincide with the most economically favourable option.