Ogrzewanie hybrydowe – cechy i zalety

Definicja systemu ogrzewania hybrydowego

Możliwości zastosowania ogrzewania hybrydowego w zależności od budynku

Optymalizacja pracy systemu hybrydowego – funkcja triVAI®

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

Wydanie 1/2014

20.11.2014

2

Definicja systemu ogrzewania hybrydowego

Określenie „ogrzewanie hybrydowe” używane jest częściej w ostatnich latach

dla systemów grzewczych, w których znajdują się co najmniej dwa źródła ciepła

korzystające z różnych rodzajów paliw lub energii elektrycznej. Zgodnie z tym,

nawet uznawane za tradycyjne połączenie kotła gazowego i węglowego, należy

uznać za „hybrydowe”. Nowoczesne systemy ogrzewania hybrydowego opierają

się jednak przede wszystkim na połączeniu konwencjonalnego źródła ciepła

(kocioł na gaz ziemnym płynny, olej opałowy, pelety itp.) ze źródłem ciepła

korzystającym z energii odnawialnej jak pompa ciepła czy kolektory słoneczne.

3

Zalety ogrzewania hybrydowego

W większości przypadków co najmniej jedno ze źródeł ciepła w systemie

ogrzewania hybrydowego cechuje się niższą mocą grzewczą w stosunku

do potrzeb cieplnych budynku. Pozwala to pokryć większość (ok. 70÷80%)

potrzeb cieplnych przy zastosowaniu wysokosprawnego źródła ciepła (np. pompa

ciepła) o niższej mocy grzewczej i przez to tańszej w zakupie (w porównaniu do

urządzenia dobieranego dla pokrycia maksymalnych chwilowych potrzeb

cieplnych budynku).

Ogrzewania hybrydowe daje również zwiększony poziom bezpieczeństwa

zapewniając ciągłość wytwarzania ciepła w razie awarii jednego ze źródeł ciepła

lub w razie wysokich cen danego nośnika ciepła (paliwa, energii elektrycznej).

4

Przykłady połączenia źródeł ciepła

w ogrzewaniu hybrydowym

Źródła ciepła Cechy

Kocioł gazowy

+ kocioł na paliwo stałe

Popularny wariant, gdzie kocioł gazowy wykorzystywany jest jako

podstawowe źródło ciepła, a np. kocioł węglowy jako awaryjne

urządzenie. W innych przypadkach kocioł węglowy jest głównym

tradycyjnym źródłem ciepła, a kocioł gazowy używany jest okazyjnie

np. podczas dłuższych nieobecności mieszkańców w domu. W miejsce

kotła stałopalnego stosowane jest także kominek z płaszczem wodnym.

Kocioł gazowy + pompa

ciepła powietrze/woda

Rzadszy wariant z uwagi na porównywalne w niektórych warunkach

eksploatacji koszty wytwarzania ciepła z kotła kondensacyjnego i pompy

ciepła. Wariant stosowany dla umożliwienia chłodzenia aktywnego latem

z pracy pompy ciepła, a także dla zmiany taryfy zakupu gazu i obniżenia

kosztów ogrzewania domu (z taryfy W-3 na W-2).

Kocioł na gaz płynny lub

olej opałowy + pompa

ciepła powietrze/woda

Wariant stosowany częściej w budynkach modernizowanych, gdzie

kocioł grzewczy korzysta ze stosunkowo drogich paliw jak olej opałowy

lub gaz płynny. Pompa ciepła powietrze/woda obniża o kilkadziesiąt

procent koszty ogrzewania domu, a kocioł grzewczy stanowi awaryjne

oraz tzw. szczytowe źródło ciepła (dla zwiększonych potrzeb cieplnych)

Kocioł na paliwo stałe

+ pompa ciepła

powietrze/woda

Wariant stosowany głównie ze względu na komfort użytkowania pompy

ciepła i niskie koszty eksploatacji, szczególnie w porównaniu do nisko

obciążonego kotła na paliwo stałe.

5

Pompa ciepła powietrze/woda (1) Vaillant aroTHERM może współpracować

z kotłem gazowym (2) lub innym kotłem grzewczym istniejącym na przykład

w modernizowanym domu. Moduł wymiennika ciepła (4) oddziela obieg glikolu

pompy ciepła od wody grzewczej

w systemie ogrzewania budynku.

Ważną funkcję pełni w systemie,

kompaktowy zbiornik buforowy

VWZ MPS 40 (3) zapewniający

utrzymanie minimalnego natężenia

przepływu wody grzewczej przez

pompę ciepła, w razie nagłego

ograniczenia odbioru ciepła

przez system grzewczy. Zbiornik

pełni także funkcję sprzęgła

hydraulicznego pozwalając

na elastyczną współpracę kilku

źródeł ciepła.

Ogrzewanie hybrydowe – przykład 1 systemu

z pompą ciepła i kotłem gazowym

1

3

2

4

6

Pompa ciepła powietrze/woda (1) Vaillant aroTHERM może współpracować

z kompaktowym kondensacyjnym kotłem gazowym np. Vaillant auroCOMPACT (3)

którego zasobnik wody użytkowej korzysta z kolektorów

słonecznych (4). Sprzęgło hydrauliczne wraz ze

zbiornikiem buforowym (3) zapewnia

utrzymanie minimalnego natężenia

przepływu wody grzewczej przez

pompę ciepła oraz tak zwany „dobieg”

w razie nagłego ograniczenia odbioru

ciepła przez system grzewczy

4

1

2

3

Ogrzewanie hybrydowe – przykład 2 systemu

z pompą ciepła i kotłem gazowym

7

Przykład modernizacji systemu ogrzewania

z zastosowaniem układu hybrydowego (1/3)

Dom jednorodzinny o standardzie izolacji cieplnej z lat 90-tych wyposażony

w kocioł olejowy niskotemperaturowy i ogrzewanie grzejnikowe.

Fot. piecgazowy.pl

Powierzchnia domu: 180 m2

Sezonowy wskaźnik zapotrzebowania ciepła: 100 kWh/m2rok

Zużycie ciepłej wody użytkowej: 240 litrów/dzień

Kocioł olejowy niskotemperaturowy o mocy 24 kW

sprawności średniorocznej 80% (70% w trybie podgrzewania

ciepłej wody użytkowej)

Zużycie oleju opałowego: 2.730 litrów/rok

Koszty zakupu oleju opałowego brutto: 9.550 zł/rok

(dla ceny oleju opałowego 3,50 zł/litr wg olej-opalowy.pl, 11.2014)

Modernizacja możliwa z zastosowaniem systemu

ogrzewania hybrydowego poprzez dodanie pompy ciepła

typu powietrze/woda o mocy nominalne 10,5 kW

Roczna efektywność pracy pompy ciepła (SPF) określona

dla Vaillant aroTHERM VWL 115/2A na podstawie kalkulatora

waermepumpe.de jako 3,3 (tryb CO) i 3,6 (CWU).

8

Przykład modernizacji systemu ogrzewania

z zastosowaniem układu hybrydowego (2/3)

Pompa ciepła typu powietrze woda, np. Vaillant aroTHERM o nominalnej mocy

cieplej 10,5 kW, powinna w układzie hybrydowym zapewnić pokrycie do 70÷80%

potrzeb ciepła budynku. W trybie biwalentnym równoległym, przy niskich

temperaturach zewnętrznych, zwiększone potrzeby cieplne powinien uzupełniać

istniejący kocioł grzewczy. Praca kotła zapewnia również wyższą temperaturę

zasilania instalacji grzewczej przy niskich temperaturach zewnętrznych.

-18 -10 -5 0 5 10 15 20

Mo

c g

rze

wcza

po

mp

y c

iep

ła

Mo

c g

rze

wcza

do

da

tkow

a

Temperatura zewnętrzne (oC)

Punkt biwalencyjny określa

temperaturę zewnętrzną, przy

której pompa ciepła musi być

zastępowana lub wspomagana

pracą konwencjonalnego

źródła ciepła.

70÷80%

9

Przykład modernizacji systemu ogrzewania

z zastosowaniem układu hybrydowego (3/3)

Koszty inwestycji związane z zakupem pompy ciepła (Vaillant aroTHERM VWL

115/2A, cena 11.2014: 22.940 zł netto katalogowo), oraz jej montażem

oszacowano łącznie na 28.000 zł brutto

Koszty zakupu oleju opałowego dla ceny 3,50 zł/litr (11.2014: olej-opalowy.pl)

oraz energii elektrycznej dla ceny 0,62 zł/kWh (11.2014: kalkulator enea.pl)

Koszty

eksploatacji

Koszty

inwestycji Oszczędności

Prosty okres zwrotu

kosztów inwestycji

Kocioł olejowy 24 kW 9.550 zł/rok - - -

Ogrzewanie hybrydowe,

kocioł olejowy 24 kW

+ pompa ciepła

powietrze/woda 11 kW

5.110 zł/rok (kocioł: 1.910,-

pompa c.: 3.200’-)

28.000 zł 4.440 zł/rok 6,3 lat

UWAGA: cena zakupu oleju z końcem 2014 roku uległa obniżeniu, jeśli powróci do

wcześniejszego poziomu ok. 3,80÷4,00 zł/litr, to oszczędności roczne zwiększą się do

około 5.300÷5.600 zł/rok, a okres zwrotu kosztów inwestycji skróci do około 5 lat.

10

Kluczową kwestią dla zapewnienia jak najniższych kosztów ogrzewania domu,

jest inteligentne sterowanie pracą źródeł ciepła w układzie hybrydowym. Należy

więc uwzględnić nie tylko bieżące koszty zakupu paliwa lub energii elektrycznej,

ale także sprawności pracy poszczególnych źródeł ciepła w określonych

warunkach eksploatacji. W szczególności dotyczy to pomp ciepła typu

powietrze/woda, które uzyskują niskie koszty eksploatacyjne, ale w wąskich

zakresach niskich temperatur zewnętrznych i wysokich temperatur zasilania

instalacji grzewczej, mogą wyraźnie obniżać sprawność pracy. Wówczas bardziej

opłacalne może okazać się jej wyłączenie na rzecz konwencjonalnego

urządzenia jakim jest kocioł grzewczy.

Automatyka w układach ogrzewania

hybrydowego

Nowoczesne sterowniki jak Vaillant calorMATIC

470 mogą posiadać specjalne funkcje. Funkcja

triVAI®, opiera się na wpisanych kosztach zakupu

paliw i energii, aby w zależności od temperatury

zewnętrznej uruchomić źródło ciepła

o najniższym koszcie eksploatacji

11

Funkcja triVAI® pozwala zdefiniować np. ceny gazu

ziemnego oraz energii elektrycznej w taryfie dziennej

i nocnej (1). W maksymalnym stopniu, funkcja stara

się korzystać z energii odnawialnej (2), wybierając

automatycznie urządzenie w zależności od kosztów

eksploatacji (3). Łączna praca urządzeń (mix) może

być uzależniona od temperatury zewnętrznej

wpływającej na sprawności pracy kotła grzewczego

czy też pompy ciepła.

Koszty wytworzenia ciepła (zł/kWh, zł/GJ) są

ściśle zależne od ceny zakupu paliwa/energii oraz

od sprawności źródła ciepła w określonych

warunkach eksploatacji.

Funkcja triVAI® - funkcjonowanie

12

Jeżeli wartość funkcji triVAI®

będzie wyższa od 1, to oznacza to

korzystne warunki dla pracy pompy

ciepła typu powietrze/woda, która

zostanie uruchomiona

Funkcja triVAI® - wybór źródła ciepła

Jeżeli wartość funkcji triVAI®

będzie niższa od 1, to oznacza

to niekorzystne warunki dla pracy

pompy ciepła typu powietrze/woda,

której pracę zastąpi wówczas np.

kocioł gazowy

13

Kiedy warto stosować ogrzewanie hybrydowe

w budynku mieszkalnym?

Budynek Samodzielne

źródło ciepła

Ogrzewanie

hybrydowe Uwagi

Nowy budynek z niskim

zapotrzebowaniem ciepła

(niskoenergetyczny)

Możliwe jest zastosowanie jednego

źródła ciepła, także pompy ciepła

pracującej w trybie monowalentnym

Budynek energooszczędny,

większe środki na inwestycje opcjonalnie

Przy braku większych ograniczeń

finansowych można dobrać jedno

źródło ciepła o wystarczającej dla

potrzeb domu mocy cieplnej

Budynek energooszczędny,

niskie środki na inwestycje

Przy ograniczeniu finansowym można

dobrać urządzenie wspomagające

pracę głównego źródła ciepła. Można

zastosować np. pompę ciepła typu

powietrze/woda) o mniejszej mocy

cieplnej i niższej cenie zakupu

Stary budynek o podwyższonych

potrzebach ciepła i z tradycyjnym

ogrzewaniem grzejnikowym

Im większe będą potrzeby cieplne

budynku, tym większe efekty uzyska

się przy zastosowaniu dodatkowego

wysokosprawnego źródła ciepła, np.

pompy ciepła powietrze/woda, która

skróci czas pracy kotła olejowego

Chłodzenie

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji