Więcej niż jedno źródło ciepła
Dom jednorodzinny coraz częściej staje się hybrydą – ma więcej niż jedno źródło ciepła i energii. Za tym trendem idą producenci urządzeń grzewczych, proponując zestawy urządzeń ze wspólną automatyką.
Domy jednorodzinne są wyposażane w coraz więcej technologii i urządzeń. Nikogo już nie dziwi, że pod jednym dachem (a w części na dachu i na działce) mogą się znaleźć takie urządzenia i systemy, jak: pompa ciepła, kocioł gazowy, kolektory słoneczne, instalacja fotowoltaiczna, wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, klimatyzacja, bufor ciepła, klimakonwektory, magazyn energii elektrycznej, zasilanie awaryjne UPS i jeszcze gruntowy wymiennik ciepła.
Jak to wszystko dobrze rozplanować i połączyć, by powstał efektywny układ instalacji w domu i były dodatkowe korzyści dla środowiska? Odpowiedzią jest mniej lub bardziej skomplikowany dom – hybryda. Zdublowanych źródeł energii, ciepła i chłodu znajdziemy w domach całkiem sporo.
Dwa przykłady:
- kolektory słoneczne – bardzo efektywnie grzeją wodę użytkową w domu. Latem zapewniają sto procent zapotrzebowania na ciepłą wodę. W okresach przejściowych podnoszą temperaturę wody o kilka stopni, wspomagając działanie innego urządzenia grzewczego;
- pompa ciepła ogrzewa dom, ale poniżej punktu biwalentnego włącza się inne, tańsze źródło energii, tak zwane źródło szczytowe może to być kocioł gazowy, olejowy czy nawet na biomasę.
Sceptycznie o układach hybrydowych
Dwa urządzenia grzewcze w domu? Są i argumenty przeciw: koszty podwojonych inwestycji, mnogość instalacji i urządzeń, które trzeba serwisować i naprawiać, gdy się popsują. Argumentem przeciw mogą też być parametry współczesnego budynku. Po co inwestować w dublujące się urządzenia grzewcze w domu energooszczędnym, w którym do ogrzewania potrzeba niewiele energii? Koszt inwestycji może się wtedy okazać niewspółmiernie duży w stosunku do oszczędności na eksploatacji.
A jeżeli źródłem energii jest prąd z własnej instalacji fotowoltaicznej, to dziś inwestycja w pompę ciepła na aktualnych zasadach rozliczania (energię tanio sprzedajesz, a drogo kupujesz) mija się celem. Posiadanie fotowoltaiki było motywacją do zakupu pompy ciepła na zasadach obowiązujących przed 1 kwietnia 2022 r., raczej nie teraz…
Wszystkie te argumenty i wątpliwości są racjonalne, ale w grze o własny dom liczy się też poczucie bezpieczeństwa. Geopolityka, zmiany klimatyczne i ogólna sytuacja na świecie przynoszą niepewność. Gaz już drożał jak szalony w 2022 r. po wybuchu wojny w Ukrainie. Przed nami zapewne znaczne podwyżki cen energii elektrycznej. Nie wiadomo, jakie będą koszty energii za trzy i za pięć lat.
A dom hybrydowy daje możliwość wyboru tańszego albo po prostu dostępnego w danej chwili źródła ciepła – to inwestycja właściciela domu we własne bezpieczeństwo, a nie tylko w niższe koszty utrzymania.
Prepering to przygotowanie się na każdą złą sytuację, jaka może wydarzyć się na świecie, zaczynając od blackoutów. Dom hybrydowy ma więc w sobie coś z idei prepersów.
Jak zarządzać domem hybrydowym
Większość nowoczesnych instalacji i urządzeń grzewczych ma dziś opcję zarządzania zdalnego, kontroli online. Przez aplikację w smartfonie mamy komunikację z kotłem gazowym, pompą ciepła, klimatyzacją. Zdalne ustawianie żądanych parametrów pracy urządzenia grzewczego to podstawowe zadanie aplikacji. O wiele bardziej skomplikowane jest takie zgranie różnych urządzeń grzewczych i produkujących energię w domu, by reagowały na siebie; by współpracowały, obniżając ilość energii potrzebnej do funkcjonowania domu. To zadanie dla instalatora – osprzęt i oprogramowanie już są.
Przykład inteligentnej kotłowni? Kocioł gazowy lub pompa ciepła nie uruchamia się rano, by grzać wodę w zasobniku c.w.u., ponieważ dociera do nich informacja ze stacji pogodowej, że tego dnia będzie słonecznie, więc w ciągu dnia wodę nagrzeją kolektory. Kocioł albo pompa ciepła czuwają, ale nie zaczynają pracy, bo byłoby to stratą paliwa czy energii elektrycznej – za chwilę tę robotę wykonają słońce i kolektory. Witajcie w domu hybrydowym.
Zapraszamy do trzech takich domów, które dla Was odwiedziliśmy.
Rawicz: pompa ciepła plus kocioł zgazowujący drewno, plus fotowoltaika, plus kolektor słoneczny
Budowa zakończyła się w 2009 r. Dom, w którym mieszka czteroosobowa rodzina, początkowo był ogrzewany kotłem na paliwa stałe z podajnikiem. Zużycie węgla 4-4,5 t na rok. W domu przeważnie grzejniki, w kuchni i w łazienkach podłogówka. Temperatura w domu – wcześniej 23°C, teraz 21°C. Pan Krzysztof nie był zadowolony z brudnego, pracochłonnego sposobu grzania. Niezadowolenie było pierwszym krokiem do inwestycji. Obok domu na budynku gospodarczym pojawił się kolektor słoneczny. Ciepło odbiera zasobnik na wodę o pojemności 300 l z dwoma wężownicami – jedna nitka prowadziła do kotła na węgiel, druga do kolektora.
Pan Krzysztof: – Kolektor o powierzchni około 2 m2 w słoneczne dni zapewnia dla całej rodziny wodę o temperaturze nawet do 50°C! I kolejny krok. W 2020 r. zainwestowali w instalację fotowoltaiczną o mocy 6 kWp. Rozliczaną na starych zasadach. Produkcja roczna to 5200 kWh energii, a średnie zużycie domu 3600 kWh. Były więc nadwyżki. W 2022 r. wybuchła wojna w Ukrainie i cena za tonę węgla skoczyła z 800 zł do 4 tys. zł.
Pan Krzysztof: – Wtedy podjęliśmy decyzję: kupujemy pompę ciepła. Pompa monoblokowa na propan (nowoczesny, ekologiczny czynnik R290) o mocy 10 kW oraz zasobnik buforowy o pojemności 160 l, którego zadaniem jest połączenie kilku źródeł energii i ciepła w domu (pompa ciepła to układ zamknięty, kocioł na paliwa stałe to układ otwarty) w celu bezproblemowej współpracy i uzyskania najlepszych efektów ekonomicznych. Bufor ułatwia także defrost, czyli okresowe odmrażanie parownika jednostki zewnętrznej pompy ciepła.
Pomysł na kolejną inwestycję powstał po zdemontowaniu kotła węglowego. By zapewnić ogrzewanie budynku na wypadek awarii pompy czy braku zasilania z sieci, postanowiono zamontować kocioł zgazowujący drewno.
Jak to działa? Podstawowym źródłem ciepła jest pompa ciepła. Jeśli w buforze rośnie temperatura, bo grzeje kolektor słoneczny albo kocioł zgazowujący drewno, pompa ciepła nie włącza się. Wszystkie trzy urządzenia biorą udział zarówno w ogrzewaniu domu, jak i grzaniu wody użytkowej.
Zobaczmy, jak wyglądają rachunki za ogrzewanie i zasilanie tego domu w energię. Za sezon grzewczy, czyli praktycznie pół roku, trzeba było dopłacić za dodatkową energię elektryczną 1950 zł.
Ostrołęka: fotowoltaika plus pompa ciepła, plus kocioł gazowy
Budynek ma prawie 30 lat. Po wybudowaniu miał standard adekwatny do tamtych lat. Ściany trójwarstwowe z cegły kratówki z 5-centymetrową pustką powietrzną (24 + 5 + 12 cm). Dwuszybowe okna z PCW i źle wykonany, nieszczelny dach, który po zakupie domu trzeba było całkowicie wymienić. Ostatnie pięć lat to bardzo konsekwentna modernizacja budynku prowadzona przez pana Artura i jego żonę. Ściany są ocieplone 8 cm styropianu, okna zostały wymienione na nowoczesne z pakietem trzyszybowym, o współczynniku przenikania ciepła 0,75 W/(m²·K). Połacie dachu zostały ocieplone pianą poliuretanową – warstwa 25 cm w skosach. Ściany fundamentowe są ocieplone warstwą 5 cm styropianu, a parter od garażu w piwnicy oddziela warstwa 13 cm styropianu. Drzwi zewnętrzne mają 10 cm grubości i są pasywne – znów znakomity współczynnik przenikania ciepła 0,65 W/(m²·K). Wszystkie te inwestycje sprawiły, że obecnie to dom o zupełnie innych standardach – jest energooszczędny.
Ogrzewanie? Od wybudowania domu kocioł gazowy i grzejniki, a w łazienkach ogrzewanie podłogowe. Powierzchnia ogrzewana to około 250 m2. Po modernizacji w budynku dominuje ogrzewanie podłogowe. Są dwa obiegi grzewcze – jeden obwód na podłogówkę, drugi na grzejniki. Między nimi jest sprzęgło hydrauliczne z zaworem mieszającym. Temperatura w domu to 22-23oC, a temperatura wody użytkowej 47oC. Grzejniki zimą zasila woda o temperaturze 40°C, a podłogówkę 35°C.
Pan Artur: – Nasz kocioł gazowy ma moc 25 kW z modulacją od 12 kW. Dla budynku po modernizacji ta moc jest zdecydowania za duża! Efektem jest taktowanie– kocioł włącza się z maksymalną mocą, błyskawicznie podgrzewa wodę i po chwili się wyłącza. To źle, bo przez to pracuje nieekonomicznie, a do tego jego podzespoły szybciej się zużywają. Gdzie w tym domu układ hybrydowy? Pojawił się w trakcie modernizacji budynku. Instalacja fotowoltaiczna została zamontowana w marcu 2022 roku i jest rozliczana na zasadach net- -meteringu: 80% energii zmagazynowanej w sieci energetycznej można odebrać i zużyć bez kosztów. Początkowo 5 kWp – na pokrycie potrzeb bytowych domu. W drugim etapie dodaliśmy kilka paneli i moc instalacji wzrosła do 8,4 kWp.
Zwiększanie produkcji energii elektrycznej było impulsem do kolejnej inwestycji: pompa ciepła, która może korzystać z darmowej energii z fotowoltaiki. W październiku 2022 r. w kotłowni pojawiła się powietrzna pompa ciepła typu split o mocy 10 kW z podgrzewaczem c.w.u. o pojemności 190 l. Średnia sprawność urządzenia wy- rażona współczynnikiem COP wynosi według producenta 4. Ten wynik potwierdzają statystyki gromadzone przez pana Artura. Co ciekawe, sam producent podpowiada, że ta pompa może współpracować z innymi źródłami ciepła, takimi jak układy solarne, kotły elektryczne, olejowe, gazowe. W pompie są grzałki elektryczne – dwie po 3 kW, czyli razem zapewniają moc 6 kW. Przez dwa lata eksploatacji grzałki włączyły się w sumie na 60 min. To zasługa właśnie układu hybrydowego. Pompa ciepła jest głównym źródłem ciepła, przygotowuje też ciepłą wodę użytkową. Kocioł gazowy jest podłączony do smart gniazdka, które automatycznie włącza urządzenie o 3.00 w nocy. Kocioł może grzać wodę do 6.00 rano, potem gniazdko odłącza zasilanie. W ten sposób w porze, kiedy jest najzimniej, kocioł pełni rolę źródła szczytowego. Ustawiony jest tak, by pracować z maksymalną mocą, grzeje wodę do temperatury 55°C.
Jak te dwa źródła ciepła są połączone? Pompa ciepła dostaje informację o temperaturze wody w instalacji centralnego ogrzewania. Dopóki podgrzewa ją kocioł, jest na tyle wysoka, że pompa działa na najniższych parametrach.
Efektem modernizacji domu i ogrzewania w układzie hybrydowym są bardzo dobre statystyki zużycia i kosztów dla domu o powierzchni ogrzewanej – 250 m2:
- produkcja energii elektrycznej z instalacji PV: 7200 kWh rocznie;
- zużycie energii przez pompę ciepła: 5600 kWh rocznie;
- zużycie gazu w miesiącach zimowych: około 25 m3.
Roczna produkcja energii z fotowoltaiki przewyższa zapotrzebowanie na energię do ogrzewania. Czy nie o to chodzi w grze o bezpieczny energetycznie dom? Przed modernizacją budynek potrzebował rocznie do ogrzewania 2100 m3 gazu. To dzisiaj koszt 7-8 tys. zł. Koszt, którego już właściciele domu nie mają.
Okolice Warszawy: hybrydowa pompa ciepła, czyli dwa w jednym
Dom w podwarszawskiej miejscowości jest ogrzewany urządzeniem hybrydowym – pompa ciepła, kocioł gazowy i zasobnik ciepłej wody użytkowej w jednej wspólnej obudowie. To urządzenie jest źródłem ciepła w tym domu już cztery lata, więc właściciel, pan Darek, ma wyrobione zdanie i dużo danych obrazujących koszt ogrzewania.
Urządzenie hybrydowe daje możliwość wyboru tańszego źródła energii – gazu albo prądu. Powierzchnia ogrzewana to 110 m2. Pompa ciepła typu split ma 8 kW mocy, a gazowy kocioł kondensacyjny 15 kW. Obydwa urządzenia grzewcze charakteryzuje duża modulacja, co w praktyce oznacza precyzyjne dostosowanie mocy urządzenia do aktualnego zapotrzebowania na ciepło.
Pan Darek: – Decyduje parametr cenowy, ale mogę też sam decydować, czym grzać. Wpisuję w panelu cenę 1 m3 gazu i cenę 1 kWh energii elektrycznej, a urządzenie automatycznie przełącza się na to paliwo, które jest aktualnie tańsze. Sam tak to ustawiłem, że gdy temperatura na dworze spada poniżej 0°C, włącza się kocioł gazowy. Wypróbowałem różne ustawienia, takie wydaje mi się najbardziej optymalne.
Każda pompa ciepła ma swój punkt biwalentny, czyli moment, kiedy przy ujemnej temperaturze zewnętrznej (zwykle poniżej –7°C) zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku jest większe niż moc pompy ciepła. Nie mogąc dostarczyć odpowiednio dużo ciepła, typowa pompa włącza wspomagające ją grzałki elektryczne. Zrozumiałe, że koszt ogrzewania wtedy znacznie rośnie. Nie w domu pana Darka, bo tutaj zamiast grzałek włącza się kondensacyjny kocioł gazowy.
Jest jeszcze jeden element instalacji, który też śmiało można nazwać rozwiązaniem hybrydowym – to klimakonwektory. Tak zwana woda lodowa dostarczana z pompy do klimakonwektorów ma 13°C. Dzięki temu latem bez trudu w domu utrzymuje się temperatura 21°C. A przy 30-stopniowym upale to jak wejście do chłodnej jaskini. Klimakonwektory mają odprowadzenie skroplin do kanalizacji. Dzięki temu mogą działać prawie tak intensywnie jak klimatyzacja. Ogrzewanie płaszczyznowe (podłogówka) zbyt mocno chłodzone zacznie skraplać na swej powierzchni wilgoć z powietrza.
Chłodzenie domu bez niezależnych klimatyzatorów? Jak widać, dom hybrydowy może nie tylko generować początkowe wydatki na inwestycję, ale też inwestycyjne oszczędności.
Pora spojrzeć w rachunki. W 2021 r. koszt ogrzewania domu wyniósł 2500 zł za cały rok. Później była wojna w Ukrainie i skokowy wzrost cen nośników energii. Zapewnienie energii i ciepła dla tego domu to koszt w ciągu roku średnio 460-480 zł na miesiąc. W tym koszt gazu to średnio miesięcznie 60 zł. Zatem roczny koszt gazu i prądu dla tego domu to razem 5,7 tys. zł. Przez cztery lata pracy urządzenia hybrydowego, poza rocznymi przeglądami technicznymi, nie było potrzeby wizyty instalatora.
fot. [mmurator-issue-generator]
Dariusz Chlebowski, firma instalacyjna Hydro-Tech z Radzymina
Dom hybrydowy to także inwestycja w bezpieczeństwo, uniezależnienie się od jednego źródła energii. Jest to szczególnie istotne w przypadku pomp ciepła jako urządzeń o wysokim zapotrzebowaniu na energię. W przypadku braku prądu dom jest pozbawiony ogrzewania. Do zasilania w energię elektryczną kotła gazowego wystarczy mały generator, zasilanie awaryjne czy magazyn energii. W układzie hybrydowym wybiera się tańsze paliwo. Bezpieczeństwo łączy się tutaj z ekonomią – w dłuższym czasie taka optymalizacja kosztów przynosi spore oszczędności. W układzie z klimakonwektorami oszczędnością jest to, że nie musimy już kupować klimatyzacji.
Zaletą urządzeń hybrydowych proponowanych przez producentów urządzeń grzewczych jest automatyka – wpisujemy koszt gazu i prądu – wybór tańszego źródła energii odbywa się automatycznie. Układ hybrydowy nie jest rozwiązaniem dla tych inwestorów czy właścicieli domu, którzy mają mały budżet.
To propozycja dla tych, którzy chcą czegoś więcej – liczy się bardziej bezpieczeństwo niż tylko rachunek. Czy inwestycja się zwróci? Trudno powiedzieć.
