Ogrzewanie hybrydowe to coraz częściej stosowane rozwiązanie szczególnie w budynkach modernizowanych. Pozwala na obniżenie kosztów ogrzewania domu i zwiększenie poziomu bezpieczeństwa mieszkaców domu. Nowoczesne hybrydowe systemy ogrzewania zwykle składają się z pompy ciepła typu powietrza/woda, która uzupełnia istniejący w budynku kocioł np. na gaz ziemny, gaz płynny, olej opałowy lub węgiel, czy drewno.

1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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
Moc grzewcza pompy ciepła
Moc grzewcza dodatkowa
Temperatura zewnętrzne (oC)
Punkt biwalencyjny określa temperaturę zewnętrzną, przy której pompa ciepła musi być zastępowana lub wspomagana pracą konwencjonalnego źródła ciepła.
70÷80%

9. 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. 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. 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. 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. 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

14. Chłodzenie
www.eko-blog.pl
www.vaillant.pl
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji