Budowa

Ogród

Wnętrza

Design

Architektura

DIY

HGTV

Trendy budowlane

Ogrzewanie hybrydowe – różne technologie w jednym domu

Stefan Żuchowski
Ogrzewanie hybrydowe – różne technologie w jednym domu - Fot.: VAILLANT

Jak ogrzewać dom taniej, wygodniej i bardziej elastycznie – niezależnie od pogody i cen energii? Coraz więcej inwestorów znajduje odpowiedź w układach hybrydowych, które łączą zalety różnych źródeł ciepła. Wśród rozwiązań bezobsługowych na szczególną uwagę zasługuje duet pompy ciepła i kotła gazowego, zapewniający oczekiwaną temperaturę w pomieszczeniach przez cały rok.

W ogrzewaniu hybrydowym najważniejsze elementy instalacji, oprócz samego kotła i pompy ciepła, to zbiornik buforowy łączący oba źródła i pozwalający magazynować ciepło, zbiornik na ciepłą wodę użytkową oraz sterownik systemowy zarządzający pracą obu urządzeń grzewczych. Nowoczesne układy automatyki analizują temperaturę zewnętrzną, zapotrzebowanie na moc grzewczą, aktualne ceny nośników energii czy sprawność poszczególnych urządzeń i w czasie rzeczywistym wybierają, to które jest najbardziej efektywne.  W efekcie ogrzewanie hybrydowe to świadoma strategia łączenia różnych technologii, co pozwala wykorzystać ich najmocniejsze strony i zminimalizować ograniczenia. W artykule przyjrzymy się, kiedy hybryda rzeczywiście przynosi wymierne korzyści, jakie błędy najczęściej pojawiają się na etapie planowania instalacji oraz jakie warunki muszą zostać spełnione, aby system był technicznie uzasadniony, ekonomicznie racjonalny i bezproblemowy w eksploatacji.

W układzie hybrydowym połączenie powietrznej pompy ciepła z kotłem gazowym pozwala na elastyczne i efektywne zarządzanie ogrzewaniem w różnych warunkach - Fot.: IMMERGAS

Dlaczego inwestorzy biorą pod uwagę układy hybrydowe? 

Właściciele domów jednorodzinnych rozważają montaż ogrzewania hybrydowego przede wszystkim w odpowiedzi na rosnącą niepewność cen energii. Argumentów przemawiających za takim rozwiązaniem jest jednak znacznie więcej.

Połączenie pompy ciepła, kotła gazowego i klimakonwektorów pozwala uzyskać dwie zasadnicze korzyści. Pierwsza to komfortowe chłodzenie w okresie letnim przy wykorzystaniu pompy ciepła. Druga to niski koszt ogrzewania - w trakcie cieplejszych dni, dzięki pracy pompy ciepła, a w okresie mrozów dzięki wsparciu systemu przez kocioł gazowy.

Koszty eksploatacji można dodatkowo obniżyć, stosując instalację fotowoltaiczną lub taryfy strefowe (takie jak: G12, G12w czy G13), co pozwala efektywnie wykorzystać tańszą energię elektryczną w wybranych godzinach do zasilania pompy ciepła i klimakonwektorów, maksymalizując ekonomiczny potencjał całej instalacji.

Instalacja fotowoltaiki w układzie hybrydowym umożliwia efektywne wy korzystanie nadwyżek energii na potrzeby ogrzewania. Integracja z pompą ciepła zwiększa autokonsumpcję i poprawia opłacalność systemu - Fot.: HEWALEX
W układzie hybrydowym z klimakonwektorami możliwe jest chłodzenie domu podczas letnich upałów - Fot.: PURMO

Jak układ hybrydowy wpływa na system energetyczny?

Naturalnym zjawiskiem w systemie energetycznym jest nierównomierne zapotrzebowanie na energię w ciągu doby. W dni robocze zwykle występują szczyty zużycia energii w godzinach 6-8 rano oraz późnym popołudniem i wieczorem, kiedy włączamy oświetlenie, przystępujemy do przygotowania posiłków czy korzystamy z urządzeń elektrycznych w gospodarstwie domowym. W tych momentach często konieczne jest uruchamianie dodatkowych źródeł energii lub korzystanie z elektrowni szczytowo-pompowych i innych typów magazynów energii, co prowadzi do okresowego wzrostu cen energii elektrycznej na rynku.

W tym kontekście system hybrydowy, którego eksploatacja rozliczana jest np. według taryfy G13, stanowi rozwiązanie wspierające stabilizację rynku mocy. Dzięki określeniu godzin obowiązywania poszczególnych stawek energii, pompa ciepła może pracować przede wszystkim w okresach niższego obciążenia sieci, maksymalizując efektywność ekonomiczną i energetyczną. Natomiast kocioł zapewni komfort termiczny w czasie, gdy system elektroenergetyczny jest szczególnie obciążony.

Jak układ hybrydowy wpływa na system energetyczny? - Fot.: DE DIETRICH

Jak dobiera się elementy układu hybrydowego? 

W większości przypadków projektując układ hybrydowy dąży się do tego, by w razie niespodziewanej zmiany cen jednego z nośników energii móc zasilać instalację głównie za pomocą tańszego źródła. Należy przy tym uwzględnić specyfikę obu urządzeń. W praktyce w układzie hybrydowym stosuje się kocioł o mocy co najmniej równej szczytowej wartości strat ciepła danego budynku. Natomiast powietrzną pompę ciepła dobiera się tak, by była stanie ogrzać dom co najmniej do temperatury -5 lub –8oC dla centralnej i zachodniej części Polski oraz do -9 czy nawet –2oC dla terenów podgórskich i północnego wschodu. Dzięki temu w przyszłości, w razie ewentualnej rezygnacji z korzystania z kotła, pompa ciepła pokryje nawet do 97-98% rocznych potrzeb energetycznych, a jedynie brakujące 2-3% energii dostarczy grzałka szczytowa. Pozwoli to ograniczyć koszt zakupu pompy ciepła o niepotrzebnie wysokiej mocy oraz uzyskać możliwie niski koszt eksploatacji.

W instalacji grzewczej rozbudowywanej o pompę powietrzną to właś nie ona staje się głównym źródłem ciepła, natomiast kocioł uruchamia się jedynie w okresach maksymalnego zapotrzebowania na ciepło - Fot.: VIESSMANN

Inne oblicza układu hybrydowego

Nawet gdy na zewnątrz panują silne mrozy, sięgające –20°C, pompa ciepła nadal pozyskuje energię z gruntu za pośrednictwem sond gruntowych. Krążący w nich płyn niezamarzający ma temperaturę w przybliżeniu około 0°C lub nieco wyższą, dzięki czemu warunki pracy pompy ciepła pozostają stosunkowo stabilne.

W efekcie, przy współpracy z niskotemperaturową instalacją ogrzewania podłogowego, współczynnik wydajności pompy ciepła (COP) nadal utrzymuje się na poziomie wyraźnie wyższym niż 3. Oznacza to, że nawet w okresie silnych mrozów koszt wytworzenia ciepła przez pompę gruntową pozostaje niższy niż koszt ogrzewania budynku wyłącznie za pomocą kotła gazowego.

Jeśli instalacja wykorzystuje gaz płynny, korzystnym rozwiązaniem jest zakup zbiornika na własność. Dzięki temu użytkownik nie jest związany z jednym dostawcą paliwa i może swobodnie wybierać firmę oferującą najkorzystniejsze warunki dostawy gazu. Taka elastyczność pozwala w większym stopniu kontrolować koszty eksploatacji instalacji grzewczej.

Warto również pamiętać o odpowiednim planowaniu dostaw paliwa. Z ekonomicznego punktu widzenia najkorzystniejsze jest napełnianie zbiornika w okresie od maja do sierpnia, kiedy popyt na gaz jest niższy, a jego cena na rynku zazwyczaj osiąga najniższy poziom w ciągu roku.

W systemach hybrydowych można wykorzystywać gaz płynny maga zynowany w zbiorniku zlokalizowanym przy budynku - Fot. Shutterstock
Połączenie kotłowni gazowej z klimatyzatorami stanowi prosty układ hybrydowy, który zapewnia chłodzenie domu latem i ogrzewanie go w okresach przejściowych - Fot.: VIESSMANN

Jak wygląda codzienna praca układu hybrydowego? 

Jednym z najczęstszych pytań, jakie inwestorzy kierują do projektantów i instalatorów rozważając zastosowanie układu hybrydowego, jest kwestia tego, które urządzenie w danym momencie będzie odpowiadało za ogrzewanie budynku. Innymi słowy – kto lub co „decyduje”, kiedy pracuje pompa ciepła, a kiedy do pracy włącza się kocioł gazowy.

W praktyce sposób działania takiego systemu może się różnić w zależności od rozwiązań stosowanych przez poszczególnych producentów urządzeń oraz zastosowanej automatyki sterującej. Niezależnie jednak od przyjętej koncepcji, nadrzędnym celem jest zawsze to, aby w danej chwili pracowało źródło ciepła, które zapewnia niższy koszt wytworzenia energii cieplnej.

O tym, które urządzenie okaże się w danym momencie bardziej opłacalne, decyduje kilka czynników. Najważniejsze z nich to aktualna cena gazu, koszt energii elektrycznej, a także temperatura zewnętrzna oraz wymagana temperatura wody zasilającej instalację grzewczą. Parametry te w istotny sposób wpływają bowiem na efektywność pracy pompy ciepła, a tym samym na opłacalność jej wykorzystania w danym momencie eksploatacji systemu.

Najczęściej spotykane strategie regulacji pracy instalacji to:

W tym systemie hybrydowym w cieplejsze dni pracuje pompa ciepła, natomiast w chłodniejsze – kocioł gazowy, do granicy opłacalności pompy - Fot. Red.

Takie rozwiązanie zapewnia większą dokładność sterowania pracą systemu, a w konsekwencji umożliwia uzyskanie wyższych oszczędności eksploatacyjnych. Szczególnie przydatne jest, gdy sterownik pozwala wprowadzić co najmniej dwie stawki cen energii elektrycznej oraz godziny ich obowiązywania. Dzięki temu możliwe staje się efektywne wykorzystanie tzw. taryf strefowych, w których w wybranych godzinach energia elektryczna jest wyraźnie tańsza.

Korzystając z taryf takich jak G12, G12w czy G13, cena energii elektrycznej może być nawet o około 15% niższa niż w taryfie jednostrefowej. Odpowiednio skonfigurowany sterownik sam zadba o to, aby pompa ciepła pracowała przede wszystkim w okresach najtańszej energii. Należy jedynie pamiętać o aktualizowaniu w sterowniku stawek energii w przypadku zmian cen.

W cieplejsze dni pompa ciepła pracuje samodzielnie jako tańsze źródło energii, przy niższej temperaturze wspomaga ją kocioł. W największe mrozy instalację zasila wyłącznie kocioł - Rys. VAILLANT
W czasie mrozów, gdy pompa ciepła nie wystarcza, by zapewnić komfort cieplny, może ją wspomóc gazowe szczytowe źródło ciepła - Fot.: GALMET

Jak sterownik zarządza pracą systemu hybrydowego?

W przypadku urządzeń dostarczanych przez jednego producenta możliwa jest zazwyczaj cyfrowa komunikacja pomiędzy kotłem a pompą ciepła. Dzięki temu sterownik systemowy może w sposób precyzyjny koordynować pracę obu urządzeń. Po załączeniu wybranego źródła ciepła pracuje ono z aktualnie wymaganą temperaturą zasilania instalacji grzewczej. Takie rozwiązanie pozwala na optymalizację parametrów pracy całego układu i uzyskanie możliwie najwyższej efektywności energetycznej systemu.

Również w przypadku współpracy urządzeń pochodzących od różnych producentów, które nie mają możliwości bezpośredniej komunikacji cyfrowej, nadal możliwe jest sterowanie ich pracą przez nadrzędny sterownik systemowy. W takiej konfiguracji sterownik wysyła sygnał zapotrzebowania na pracę do wybranego urządzenia, na przykład do kotła. Urządzenie to uruchamia się wówczas i pracuje zgodnie z temperaturą ustawioną lokalnie za pomocą własnego regulatora lub termostatu.

Jak sterownik zarządza pracą systemu hybrydowego? - Fot.: VIESSMANN

W jakim domu sprawdzi się system hybrydowy? 

System hybrydowy może być stosowany zarówno w budynku nowym, jak i modernizowanym. Należy jednak pamiętać o relacji kosztów poszczególnych nośników energii. Obecnie energia elektryczna kosztuje około 1,03 zł/kWh, natomiast ciepło pozyskiwane z gazu ziemnego około 0,34 zł/kWh. Oznacza to, że eksploatacja pompy ciepła będzie tańsza od ogrzewania gazowego jedynie wówczas, gdy jej efektywność pracy będzie wyższa niż 3. Taki poziom sprawności możliwy jest przede wszystkim we współpracy z niskotemperaturowym systemem grzewczym.

W związku z tym w budynku modernizowanym rozbudowa istniejącej instalacji o pompę ciepła jest uzasadniona przede wszystkim wtedy, gdy współpracuje ona z ogrzewaniem podłogowym, grzejnikami niskotemperaturowymi lub klimakonwektorami. Nie należy natomiast oczekiwać wyraźnych oszczędności w instalacjach wymagających wysokiej temperatury zasilania, na przykład znacznie powyżej 45°C. W takich warunkach pompa ciepła pracuje z niższą efektywnością, co ogranicza ekonomiczne korzyści z jej zastosowania.

Właściciele modernizowanych budynków często decydują się na rozbudowę instalacji z kotłem gazowym o pompę ciepła między innymi w celu:

Współpraca pompy ciepła z kotłem gazowym pozwala zimą ograniczyć czas pracy pompy w trybie odszraniania, a tym samym zmniejszyć zużycie energii elektrycznej. Z kolei w okresie letnim system hybrydowy może być wykorzystywany do chłodzenia pomieszczeń, zwiększając komfort użytkowania budynku.

Inwestorzy decydują się na system hybrydowy zwłaszcza, gdy zależy im na zwiększeniu poziomu bezpieczeństwa energetycznego oraz większej niezależności od jednego źródła energii. Połączenie dwóch technologii grzewczych pozwala elastycznie reagować na zmieniające się warunki eksploatacyjne. Dzięki temu system może pracować w sposób bardziej stabilny i efektywny.

Jedną z najważniejszych cech systemu hybrydowego jest możliwość inteligentnego zarządzania dwoma niezależnymi źródłami ciepła, co pozwala na optymalizację ich pracy - Fot.: DE DIETRICH

Jakie są koszty inwestycyjne?

Koszty inwestycyjne systemu hybrydowego zależą przede wszystkim od wielkości strat ciepła budynku, czyli jego powierzchni oraz standardu izolacji termicznej. Należy również uwzględnić fakt, że zarówno w przypadku kotłów gazowych, jak i pomp ciepła rozpiętość cen dostępnych na rynku jest bardzo duża i zależy od producenta, wyposażenia oraz parametrów technicznych urządzeń. Orientacyjnie, w nowym domu o powierzchni około 150 m² można rozważyć zastosowanie następującego zestawu urządzeń:

Koszt takiego zestawu, wraz z montażem, może wynosić orientacyjnie od 40 000 do 60 000 zł.

Na rynku dostępne są również tańsze rozwiązania w postaci kompaktowych zestawów hybrydowych. W tego typu urządzeniach jednostka wewnętrzna pompy ciepła jest zintegrowana z niewielkim, dwufunkcyjnym kotłem gazowym. Zaletą takiego rozwiązania jest przede wszystkim niższy koszt inwestycyjny oraz bardziej kompaktowa konstrukcja instalacji.

Ograniczeniem tego typu zestawów jest jednak brak możliwości podgrzewania ciepłej wody użytkowej przez pompę ciepła. W praktyce oznacza to, że przez cały rok woda do celów bytowych podgrzewana jest wyłącznie przez kocioł gazowy. Z tego względu rozwiązanie to nie jest polecane osobom posiadającym instalację fotowoltaiczną. Brak możliwości przygotowania ciepłej wody przez pompę ciepła ograniczałby bowiem możliwość efektywnego wykorzystania w domu energii elektrycznej wytwarzanej przez instalację fotowoltaiczną.

Jakie są koszty użytkowania? 

W nowym, dobrze izolowanym budynku o powierzchni około 150 m², zlokalizowanym w centralnej części Polski, roczny koszt ogrzewania domu oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej wynosi obecnie około 6000 zł. W tej kwocie uwzględniono opłaty abonamentowe dla taryfy gazowej W-3, które wynoszą około 1050 zł rocznie, a także koszt okresowego przeglądu pompy ciepła. Tego typu instalację zasila zazwyczaj kocioł gazowy o możliwie niskiej mocy, w przedziale 12–15 kW.

Rozbudowa takiego systemu o powietrzną pompę ciepła o mocy około 5-7 kW, zasilaną energią elektryczną rozliczaną według popularnej taryfy G11, pozwala ograniczyć zużycie gazu do poziomu poniżej 1200 m³ rocznie. W praktyce oznacza to możliwość przejścia na niższą taryfę gazową W-2, co przekłada się na zmniejszenie opłat abonamentowych o około 500 zł rocznie.

Dodatkowo wysoka efektywność pracy pompy ciepła w okresach przejściowych – przede wszystkim jesienią i wiosną – pozwala w istotnym stopniu ograniczyć zużycie gazu, a tym samym obniżyć całkowity koszt zakupu energii. W rezultacie łączny koszt eksploatacji systemu hybrydowego, obejmujący zakup gazu, energii elektrycznej, opłaty abonamentowe oraz przeglądy serwisowe, może wynosić nieco mniej niż 5080 zł rocznie.

Jeszcze większe oszczędności można uzyskać w przypadku wykorzystania taryf energetycznych takich jak G12, G12w lub G13, które umożliwiają korzystanie z tańszej energii elektrycznej w wybranych godzinach. Dodatkowym źródłem redukcji kosztów może być także wykorzystanie energii produkowanej przez domową instalację fotowoltaiczną.

W domach o większej powierzchni potencjalna kwota rocznych oszczędności będzie proporcjonalnie wyższa. Należy jednak pamiętać, że wraz ze wzrostem zapotrzebowania na ciepło rośnie również wymagana moc pompy ciepła, co wpływa zarówno na koszt inwestycji, jak i sposób pracy całego systemu.

Połączenie dwóch technologii pozwala elastycznie dobierać źródło energii i obniża koszty eksploatacji. Dodatkowe oszczędności zapewnia wykorzystanie energii z fotowoltaiki lub taryf strefowych - Fot.: VAILLANT

Ważne wnioski dla inwestorów

Zalety systemu hybrydowego

System hybrydowy zapewnia wyższy poziom niezależności energetycznej, co ma znaczenie zarówno w czasie nagłych zmian cen nośników energii, jak i ewentualnej awarii jednego ze źródeł ciepła. Połączenie dwóch technologii grzewczych pozwala elastycznie dobierać źródło energii w zależności od aktualnych warunków pracy instalacji. W praktyce może to oznaczać niższy koszt eksploatacji, dzięki ograniczeniu zużycia gazu, możliwości przejścia na niższą taryfę gazową W-2 oraz wykorzystaniu pompy ciepła w okresach, gdy jej efektywność jest szczególnie wysoka. Dodatkowe oszczędności można uzyskać przy zasilaniu pompy ciepła energią rozliczaną w taryfach strefowych (G12, G12w, G13) lub dzięki wykorzystaniu energii z instalacji fotowoltaicznej. Istotną zaletą jest także możliwość wykorzystania instalacji do chłodzenia pomieszczeń w okresie letnim. Warto też podkreślić korzystny wpływ systemów hybrydowych na funkcjonowanie systemu elektroenergetycznego – pompa ciepła może pracować głównie w godzinach niższego obciążenia sieci, natomiast kocioł przejmować większą część pracy w okresach szczytowego zapotrzebowania na energię.

Ograniczenia systemu hybrydowego

Zastosowanie pompy ciepła nie jest uzasadnione w instalacjach grzewczych wymagających zasilania wodą o wysokiej temperaturze. W takich warunkach trudno uzyskać wysoką efektywność pracy pompy ciepła, wyraźnie przekraczającą wartość 3, co oznacza brak istotnych oszczędności eksploatacyjnych. Należy także pamiętać, że przy obecnej relacji cen energii elektrycznej i gazu oszczędności wynikające z zastosowania systemu hybrydowego nie zawsze pozwalają na szybki zwrot kosztów zakupu pompy ciepła. Sytuacja ta może jednak ulec zmianie w kolejnych latach, m.in. po wprowadzeniu systemu opłat za emisję CO₂ w ramach ETS2, który zwiększy koszty ogrzewania paliwami kopalnymi. Na opłacalność instalacji może również wpłynąć planowane wprowadzenie specjalnych taryf energetycznych dla użytkowników pomp ciepła, choć już obecnie korzystne są takie taryfy strefowe, jak G12w czy G13.

Udostępnij

Przeczytaj także

Innowacyjny sposób ogrzewania wreszcie w ofercie marki Blaupunkt
Stal na dachu i elewacji stanowi idealną kompozycję
Dział Sprzedaży i kontakt z klientem w FORMEE w Miedzyrzeczu.

Polecane

Ogrzewanie hybrydowe – różne technologie w jednym domu
Hybrydowe systemy grzewcze – kierunek, który zdominuje polski rynek ogrzewnictwa?
Pompa ciepła czy kocioł? Koszty, wydajność, ograniczenia

Skomentuj:

Ogrzewanie hybrydowe – różne technologie w jednym domu

Ta strona używa ciasteczek w celach analitycznych i marketingowych.

Czytaj więcej