Ogrzewanie hybrydowe

Ogrzewanie hybrydowe zapewnia szereg korzyści związanych z komfortem użytkowania instalacji c.o. i c.w.u. Ważna jest przy tym oszczędność energii, a co za tym idzie, niskie koszty utrzymania. Na uwagę zasługuje również możliwość łatwej rozbudowy systemu. Instalacje hybrydowe wykorzystują co najmniej 2 różne źródła ciepła.

Ogrzewanie hybrydowe. Fot. GALMET
Ogrzewanie hybrydowe. Fot. GALMET

Ogrzewanie hybrydowe

Komfort użytkowania instalacji hybrydowych wynika przede wszystkim ze zwiększonego poziomu bezpieczeństwa na wypadek awarii jednego ze źródeł ciepła. Jeżeli jest taka potrzeba to instalację można rozbudować o dodatkowe urządzenia grzewcze. W typowej aplikacji pompa ciepła jest w stanie przejąć pracę w sezonie grzewczym, a kocioł gazowy może być urządzeniem szczytowym. Istotą systemów hybrydowych jest to, aby możliwie największy udział w wytwarzaniu energii cieplnej miało źródło ciepła, które jest tańsze w utrzymaniu. Takim źródłem są przede wszystkim pompy ciepła. Systemy hybrydowe cechują również stosunkowo niskie koszty inwestycyjne.

Zasada działania

W typowej instalacji hybrydowej pompa ciepła jest w stanie pokryć podstawowe zapotrzebowanie na energię cieplną używając przy tym darmowego ciepła z otoczenia. Jednostka zewnętrzna odpowiada za pobór ciepła z powietrza, natomiast sprężarka powoduje doprowadzenie czynnika roboczego do temperatury zasilania wynoszącej do 55°C. Drugie źródło ciepła w postaci kotła grzewczego załącza się jedynie w razie potrzeby, uwzględniając przy tym przyjęty tryb pracy oraz odpowiednią relację pomiędzy komfortem a kosztami eksploatacji. Praktyka pokazuje, że wykorzystanie pompy w instalacji grzewczej w skali roku wynosi do 80%.
Jak już wspomniano w instalacjach hybrydowych bardzo często zastosowanie znajdują powietrzne pompy ciepła. Należy bowiem podkreślić, że w przeciwieństwie do pomp z wymiennikiem gruntowym nie ma potrzeby wykonywania robót ziemnych i nie jest wymagany teren o znacznej powierzchni.
Oprócz tego instalacje hybrydowe jako źródło ciepła bardzo często wykorzystują systemy solarne. Nowoczesne kolektory słoneczne bazują na obudowie wykonanej z włókien szklanych. W konstrukcji solarów na uwagę zasługuje konstrukcja wanny bez spoin, przy czym obudowa dobrego kolektora powinna być szczelna. Dzięki temu materiał izolacyjny i absorber ma skuteczną ochronę przed zawilgoceniem. Trzeba mieć przy tym na uwadze niewielką masę kolektorów. Nie bez znaczenia pozostaje również odporność na różnice temperatur, promieniowanie UV oraz skrajne warunki atmosferyczne.

Fot. 1. Budowa hybrydowej pompy ciepła.
Fot. 1. Budowa hybrydowej pompy ciepła. Fot. DAIKIN

Hybrydowe pompy ciepła

Oferta rynkowa w zakresie urządzeń i zestawów hybrydowych jest bardzo bogata, stąd też wybrać można odpowiednie rozwiązanie w zależności od potrzeb użytkowników instalacji. Np. dużym uznaniem cieszą się naścienne moduły hybrydowe łączące gazowy kocioł kondensacyjny oraz pompę ciepła powietrze/woda. Przydatne jest przy tym sterowanie pogodowe wieloma obiegami. Niektóre kotły w systemach hybrydowych bazują na kompaktowym wymienniku z konstrukcją ze stopu aluminiowo-krzemowego odlewaną jako monoblok. Takie rozwiązanie pozwala wyeliminować naprężenia mechaniczne i termiczne przy jednoczesnym zwiększeniu odporności na osadzanie kamienia kotłowego.
Inne moduły hybrydowe oferowane są w wersji do zabudowy obok siebie, gdzie zasobnik hybrydowy znajduje się z lewej lub z prawej strony kotła. Przeciwieństwem takiej konstrukcji jest natomiast instalacja kolumnowa z zasobnikiem hybrydowym umieszczonym pod kotłem, przez co powstaje jednolita kolumna. Na rynku oferowane są również zestawy hybrydowe wyposażone w olejowy lub gazowy kocioł grzewczy, hybrydowy zasobnik c.w.u. oraz w pompę ciepła. Takie rozwiązania bardzo często wykorzystuje się w obiektach modernizowanych.

Przydatne rozwiązania

W nowoczesnych pompach hybrydowych stawia się na wydajne wymienniki ciepła, niejednokrotnie o konstrukcji podwójnej. Dzięki kompaktowej konstrukcji przestrzeń potrzebna do instalacji jest ograniczona do minimum. Ciekawe rozwiązanie stanowią urządzenia łączące w sobie funkcję klimatyzacji i przygotowania c.w.u. Z kolei w konstrukcjach typu split wykorzystywane są dwie jednostki – zewnętrzna i wewnętrzna. W jednostce zewnętrznej umieszczona jest sprężarka i parownik. Jednostkę wewnętrzną cechuje przede wszystkim niski poziom hałasu i wysoka sprawność.
Niektóre pompy umożliwiają wykorzystanie energii elektrycznej, która jest wytwarzana w ogniwach fotowoltaicznych.

Fot. 2. Pompa ciepła współpracująca z kotłem na paliwa stałe. Fot. GALMET
Fot. 2. Pompa ciepła współpracująca z kotłem na paliwa stałe. Fot. GALMET

Fot. 3. Pompa ciepła współpracująca z instalacją solarną.
Fot. 3. Pompa ciepła współpracująca z instalacją solarną. Fot. GALMET

Fot. 4. Pompa ciepła współpracująca z kotłem gazowym.
Fot. 4. Pompa ciepła współpracująca z kotłem gazowym. Fot. GALMET

Elastyczna praca

Odpowiednie tryby pracy umożliwiają elastyczną pracę instalacji hybrydowej. Najczęściej wybrać można pomiędzy trybem ekonomicznym, ekologicznym lub komfortowym, co gwarantuje dopasowanie pracy pompy ciepła i drugiego źródła energii cieplnej. Niektóre sterowniki systemów hybrydowych umożliwiają wprowadzenie danych takich jak ceny gazu, energii elektrycznej lub współczynnika energii pierwotnej, umożliwiając określenie, które z urządzeń grzewczych będzie miało priorytet pracy w kontekście najniższych kosztów eksploatacyjnych i komfortu użytkowania. Oprócz tego brane są pod uwagę parametry takie jak temperatura zewnętrzna, określona wydajność systemu grzewczego oraz temperatura zasilania.
Szereg rozwiązań uwzględnia się również w kotłach gazowych, w których oprócz technologii kondensacji wykorzystywane są modulowane palniki cylindryczne oraz zintegrowane regulatory pozwalające na automatyczne określenie najbardziej efektywnej pracy z uwzględnieniem preferencji użytkowników instalacji. Na uwagę zasługują rozwiązania konstrukcyjne oraz funkcje zapewniające wysoki komfort przygotowania c.w.u. Chodzi tutaj w szczególności o zintegrowany zbiornik c.w.u. Nie mniej ważne są zintegrowane pompy obiegowe o wysokiej efektywności.
Systemy ogrzewania hybrydowego coraz częściej współpracują z siecią SmartGrid. Przydatne rozwiązanie stanowi również zintegrowana funkcja chłodzenia wykorzystywana w sezonie letnim.
Ciekawe rozwiązanie techniczne stanowi dedykowane oprogramowanie symulacyjne instalowane na komputerze. Ułatwia ono wprowadzanie ustawień na regulatorze instalacji hybrydowej, ze względu na to, że zmianę parametrów można zasymulować na odrębnym oprogramowaniu nie ingerującym w ustawienia systemu hybrydowego.
Komfort obsługi instalacji zapewnia duży podświetlany wyświetlacz graficzny z intuicyjnym menu. Do dyspozycji użytkownika jest również funkcja krzywej grzewczej, uzysk solarny oraz czasy przełączenia zaznaczone na grafice.

Fot. 5. Przekrój pompy ciepła z zasobnikiem c.w.u. Fot. BOSCH
Fot. 5. Przekrój pompy ciepła z zasobnikiem c.w.u. Fot. BOSCH

Bufory ciepła

W przypadku łączenia kilku źródeł ciepła bardzo często zastosowanie znajdują zbiorniki buforowe. Są one wręcz konieczne w przypadku gdy jednym ze źródeł ciepła są kolektory słoneczne. Tak szerokie zastosowanie buforów zapewnia odpowiednia ilość wężownic zabudowanych w zasobniku.
Istotą działania bufora ciepła jest przede wszystkim magazynowanie energii cieplnej w nośniku ciepła. W szczególności chodzi o magazynowanie nadwyżek ciepła wytwarzanego przez kocioł w ilości przekraczającej bieżące zapotrzebowanie. Ciepło jest przechowywane po to aby można było z niego skorzystać również wtedy gdy kocioł nie pracuje.
Dzięki zbiornikom buforowym można zasilać niskotemperaturowe systemy grzewcze, co szczególnie sprawdzi się gdy źródło ciepła jest niestabilne. Chodzi tutaj przede wszystkim o kotły na paliwa stałe, kominki z płaszczem wodnym oraz kotły zgazowujące drewno. Bufor niejednokrotnie pełni również rolę wymiennika ciepła oraz podgrzewacza c.w.u. W niektórych buforach można zamontować grzałkę elektryczną również ze sterowaniem, tym samym, zapewniając pobór energii elektrycznej w tańszych taryfach nocnych. Dzięki skutecznej izolacji straty w zasobniku buforowym o pojemności 1000 l nie przekraczają 2-3°C na dobę.
W praktyce bardzo często odróżnia się zbiornik akumulacyjny od buforowego. Generalna różnica dotyczy pojemności. Pojemność zbiorników buforowych z reguły nie przekracza 300 l, natomiast zbiorniki akumulacyjne mieszczą więcej niż 1000 l.
Bufor ciepła może współpracować z pompą ciepła. W takim rozwiązaniu przewiduje się dwie wężownice (c.w.u., pompa ciepła) oraz podłączenie urządzeń grzewczych bezpośrednio do płaszcza. W instalacjach wielomedialnych można wykorzystać np. trzy wężownice (pompa ciepła, c.w.u., kolektory) oraz podłączenie urządzeń grzewczych bezpośrednio do płaszcza.
Oprócz buforów ciepła warto zwrócić uwagę na tzw. moduły świeżej wody przeznaczone do komfortowego, higienicznego podgrzewania c.w.u. W takim rozwiązaniu, w przeciwieństwie do podgrzewania w zasobniku, nie ma potrzeby magazynowania energii cieplnej lecz jest ona podgrzewana przy użyciu wydajnego wymiennika płytowego w momencie poboru. Energia cieplna przeznaczona do podgrzewania wody jest pobierana z zasobnika buforowego.

CIEKAWE

Interesujące rozwiązanie techniczne stanowi dedykowane oprogramowanie symulacyjne instalowane na komputerze. Ułatwia ono wprowadzanie ustawień na regulatorze instalacji hybrydowej, ze względu na to, że zmianę parametrów można zasymulować na odrębnym oprogramowaniu nie ingerującym w ustawienia systemu hybrydowego.

Podsumowanie

Jako najważniejsze zalety systemów hybrydowych należy wymienić przede wszystkim bezpieczeństwo eksploatacji, dzięki wytwarzaniu energii cieplnej przez dwa źródła ciepła. Nowoczesne pompy ciepła wykorzystują do sterowania inwertery DC oraz elektroniczne zawory rozprężne, przez co zapewniony jest wysoki poziom efektywności również w przypadku obciążenia częściowego.
W systemach hybrydowych ważne jest łączenie różnych urządzeń i instalacji takich pompy ciepła, kotły grzewcze czy kolektory słoneczne. Należy jednak mieć na uwadze fakt, że dla zapewnienia skutecznej integracji kluczową rolę odgrywa automatyczne sterowanie źródłami ciepła. Systemy hybrydowe są gwarancją ciągłości dostarczania ciepła i wykorzystują system, który jest najbardziej ekonomiczny o danej porze roku. Oprócz tego użytkownik może samodzielnie wybrać źródło ciepła ogrzewające budynek i c.w.u. Trzeba mieć również na uwadze elastyczność rozwiązania, dzięki czemu można dostosować pracę źródeł ciepła do aktualnej ceny paliw i najbardziej korzystnych warunków atmosferycznych.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here