Porównanie systemu ogrzewania hybrydowego z gazowym

Porównanie cech systemów ogrzewania – hybrydowego i gazowego

Przykładowe koszty eksploatacji ogrzewania hybrydowego i gazowego

Funkcjonalność systemu hybrydowego

Wydanie 1/2017

30.04.2017

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

2

System hybrydowego ogrzewania domu

Każdy system grzewczy korzystający

z dwóch lub więcej rodzajów paliwa czy

energii, określa się systemem hybrydowym.

Takich konfiguracji możne być kilkadziesiąt

i kwalifikują się do nich także popularne

układy z instalacjami solarnymi, kominkami,

czy pompami ciepła wody użytkowej.

Popularność systemów hybrydowych staje

się coraz większa m.in. ze względu wdrożenia

dyrektywy ErP (Energy related Products)

stawiającej urządzeniom grzewczym

wymagania efektywności energetycznej.

3

Określenie „hybrydowy = z pompą ciepła”

Zwyczajowo określenie „hybrydowe” stosuje się dla nowoczesnych systemów grzewczych,

w których obok kotła grzewczego znajduje się pompa ciepła. Najczęściej jest to pompa

ciepła typu powietrze/woda o stosunkowo niskim koszcie zakupu i łatwa w montażu (brak

prac ziemnych). Często kocioł opalany jest droższym paliwem jak np. gaz płynny lub olej

opałowy. W ostatnim czasie jednak, coraz większy sens zastosowania znajdują systemy

hybrydowe z kotłem na gaz ziemny.

System hybrydowy może się składać

z kondensacyjnego kotła gazowego,

pompy ciepła typu powietrze/woda,

podgrzewacza ciepłej wody

użytkowej, sprzęgła hydraulicznego

i zarazem bufora wody grzewczej

oraz regulatora elektronicznego

nadzorującego pracę systemu.

4

Porównanie systemu hybrydowego

z gazowym według 4 aspektów

Porównanie systemu ogrzewania hybrydowego z samodzielnym kotłem gazowym można

dokonać np. pod względem energetycznym, ekonomicznym, funkcjonalnym i ekologicznym.

1 Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem energetycznym

2

3

4

Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem ekonomicznym

Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem funkcjonalnym

Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem ekologicznym

5

Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem energetycznym

Porównanie ogrzewania

hybrydowego z gazowym

pod względem energetycznym

1

6

Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem energetycznym

System ogrzewania hybrydowego z kotłem gazowym stanowi szeroko rozpowszechnione

rozwiązanie. Według obecnych wymagań (dyrektywa ErP, ecodesign), istnieje możliwość

zastosowania jedynie kotłów kondensacyjnych o odpowiednio wysokiej sprawności pracy.

Dodatkowo wprowadzone 01.01.2017 Warunki Techniczne WT 2017 określają

dopuszczalne zużycie energii pierwotnej w domu mieszkalnym (EPmax = 95 kWh/m2rok).

W praktyce oznacza to, że zastosowanie tylko kondensacyjnego kotła gazowego zwykle nie

jest w stanie zapewnić spełnienia warunków i budynek nie otrzyma pozwolenia na budowę.

7

Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem energetycznym

Aby nowy budynek (lub istniejący poddawany przebudowie) spełniał wymagania warunków

WT 2017, konieczne jest uzupełnienie kotła gazowego o dodatkowe źródło ciepła. Bardzo

dobre efekty daje zastosowanie kolektorów słonecznych (zerowe zużycie energii pierwotnej)

jak również pompy ciepła. Bilans energetyczny poprawia wysokosprawna wentylacja

z odzyskiem ciepła. Ważne jest także miejsce zabudowy kotła, parametry pracy systemu

grzewczego i standard automatyki (sposób regulacji wydajności systemu grzewczego).

Kompaktowy gazowy kocioł

kondensacyjny

+ instalacja solarna

Wiszący gazowy kocioł

kondensacyjny

+ pompa ciepła CWU

Wiszący gazowy kocioł

kondensacyjny

+ pompa ciepła CO/CWU

WT 2017

TAK

WT 2017

TAK

WT 2017

TAK

8

W budynku jednorodzinnym z izolacją cieplną spełniającą wymagania WT 2017 (m.in.

izolacja ścian rzędu 15 cm), z systemem ogrzewania podłogowego i wentylacją naturalną

zastosowanie nawet najbardziej efektywnego kondensacyjnego kotła gazowego zwykle nie

pozwala osiągnąć dopuszczalnego poziomu zużycia energii pierwotnej (jest to zależne

od konkretnego projektu budynku, jednak różnica między obliczanym zużyciem,

a dopuszczalnym jest zwykle znaczna).

EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok

EP = 106,2 kWh/m2rok

Kondensacyjny kocioł gazowy, ogrzewanie podłogowe 35/28 oC

Podgrzewanie wody w podgrzewaczu pojemnościowym 150 litrów

Wentylacja grawitacyjna, Liczba wymian powietrza 0,6 h-1

Przeciętna szczelność powietrzna budynku n50 = 3,0 h-1

Przykład dla domu 150 m2

z izolacją cieplną wg WT 2017

Szczegółowe dane w prezentacji: „Systemy grzewcze dla budynku w standardzie WT 2017”

Gazowy system ogrzewania niezgodny

z wymaganiami warunków WT 2017

WT 2017

NIE

9

Hybrydowy system ogrzewania zgodny

z wymaganiami warunków WT 2017

Aby spełnić z bezpiecznym zapasem wymagania warunków WT 2017 gdy zastosowany

ma być kondensacyjny kocioł gazowy, można zwiększyć udział energii odnawialnej

w bilansie energetycznym budynku. Zwiększenie standardu izolacji cieplnej może być tu

niewystarczające. Z kolei zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła

wskazane jest z wielu względów, ale nie każdy z inwestorów chce się na takie rozwiązanie

decydować. Instalacja solarna zdecydowanie obniża zużycie energii pierwotnej.

EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok

Kondensacyjny kocioł gazowy, ogrzewanie podłogowe 35/28 oC

Podgrzewanie wody w podgrzewaczu wbudowanym 190 litrów,

we współpracy z 2 kolektorami płaskimi (łącznie 4,7 m2 absorbera)

Wentylacja grawitacyjna, Liczba wymian powietrza 0,6 h-1

Przeciętna szczelność powietrzna budynku n50 = 3,0 h-1

Przykład dla domu 150 m2

z izolacją cieplną wg WT 2017

Szczegółowe dane w prezentacji: „Systemy grzewcze dla budynku w standardzie WT 2017”

EP = 94,8 kWh/m2rok

WT 2017

TAK

10

Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem ekonomicznym

Porównanie ogrzewania

hybrydowego z gazowym

pod względem ekonomicznym

2

11

Porównanie pracy systemów – punkt

przełączenia pracy systemów

Praca pompy ciepła powietrze/woda jest zasadna, gdy jej efektywność COP będzie

wyższa od ok. 2,50. Jest to osiągane przy temperaturze zewnętrznej wyższej od ok. -2 oC.

Przy niższej temperaturze zewnętrznej, pracę powinien przejmować kondensacyjny kocioł

gazowy. Takie porównanie jest aktualne przy taryfie 1-strefowej (np. G11)

CO

P

zł/kW

h

Temperatura zewnętrzna

COP dla pompy ciepła

aroTHERM VWL 85,

uśredniona dla pracy sprężarki

w zakresie obrotów 50-80 rpm,

temperatura maks. 45 oC

Koszt wytworzenia ciepła

dla kotła kondensacyjnego,

sprawność 100-109%,

cena gazu 1,87 zł/m3

Koszt wytworzenia ciepła

przez pompę ciepła, cena

energii elektrycznej 0,55 zł/kWh

(taryfa 1-strefowa, np. G11)

40/45 oC

0,182 zł

0,167 zł

12

Wpływ czynników na koszty wytworzenia

ciepła przez pompę ciepła

Zarządzanie pracą systemu hybrydowego nie jest łatwym zadaniem i wymaga stosowania

zaawansowanych układów sterowania. W przypadku nowoczesnych kondensacyjnych

kotłów gazowych, zależność sprawności od temperatury zewnętrznej, temperatury zasilania

i powrotu wody grzewczej jest znacznie niższa niż dla pomp ciepła powietrze/woda.

Bieżący koszt wytworzenia ciepła przez pompę ciepła jest zależny od szeregu czynników:

Koszt wytworzenia ciepła (zł/kWh)

Efektywność COP

pompy ciepła

Taryfa (noc/dzień)

Temperatura

zewnętrzna

Temperatura

zasilania/powrotu

Obciążenie

sprężarki (obroty)

Aktualna cena energii

elektrycznej

13

Zarządzanie pracą systemu hybrydowego

za pomocą funkcji triVAI®

Nowoczesne sterowniki jak np. Vaillant calorMATIC 470 posiadają funkcje zarządzania

pracą ogrzewania hybrydowego. Funkcja triVAI® korzysta ze zdefiniowanych wartości

kosztów zakupu paliw i energii elektrycznej, czasów trwania taryf (noc/dzień), aby zależnie

od temperatury zewnętrznej uruchomić źródło ciepła o najniższym koszcie eksploatacji.

Gdy temperatura zewnętrzna wzrasta i zarazem temperatura zasilania obniża się, rośnie

efektywność COP pompy ciepła i jej praca generuje niższe koszty niż praca kotła.

Wartość triVAI® > 1 zezwala na

pracę pompy ciepła (przy wyższej

temperaturze zewnętrznej

i niższych temperaturach zasilania)

Wartość triVAI® < 1 blokuje

pracę pompy ciepła na rzecz

kotła gazowego

14

Porównanie kosztów inwestycyjnych

w wariancie ogrzewania budynku

Biorąc pod uwagę konieczność spełnienia warunków WT 2017, podstawowy wariant

systemu ogrzewania i podgrzewania wody użytkowej należy uzupełnić np. o instalację

solarną lub pompę ciepła. Dopiero wtedy warunki WT 2017 powinny być spełnione.

1- Pompa ciepła aroTHERM VWL 85/2A 230 [V]

2- Kocioł kondensacyjny 1-funkcyjny ecoTEC plus VC 206/5-5

3- Kocioł kondensacyjny kompakt. auroCOMPACT VSC S 206/4-5 190

4- Zasobnik wody użytkowej 150 litrów, VIH R 150/6M

30.200 zł 16.800 zł 46.400 zł

1

2 2

3

4

5 6

7

8 8 8

7

5- Kolektory płaskie 2 VFK 135

6- Moduł sprzęgła hydraulicznego VWZ MPS 40

7- Sterownik multiMATIC 700/2

8- System spalinowo-powietrzny

Gazowy kocioł kondensacyjny Gazowy kocioł kondensacyjny

+ instalacja solarna

Gazowy kocioł kondensacyjny

+ instalacja solarna + pompa ciepła

WT 2017

NIE

WT 2017

TAK

WT 2017

TAK

Szacunkowe ceny brutto wraz z montażem

15

Zupełnie inaczej przedstawiają się różnice w kosztach, gdy układ ma pełnić dodatkowo

funkcję chłodzenia budynku (około 18.000 zł brutto za zakup i montaż klimatyzacji). Pompa

ciepła z funkcją chłodzenia aktywnego nie wymaga praktycznie dodatkowych kosztów,

a układ może spełniać wymagania WT 2017, co nie jest łatwe z dodaną funkcją chłodzenia.

18.000 zł +

= ~34.800 zł

18.000 zł +

= ~48.200 zł = ~46.400 zł

Funkcja chłodzenia aktywnego

w standardzie. Brak dodatkowego

osprzętu i kosztów inwestycji.

Porównanie kosztów inwestycyjnych

w wariancie ogrzewania + chłodzenia budynku

Szacunkowe ceny brutto wraz z montażem

16

Szacunkowe porównanie kosztów

inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych

Kocioł + klimatyzacja Kocioł + instalacja solarna

+ klimatyzacja

Kocioł + pompa ciepła

powietrze/woda

Koszty zakupu i montażu

systemu, brutto 34.800 zł 48.200 zł 46.400 zł

Koszty ogrzewania CO

i podgrzewania wody CWU

jednostkowe i całkowite

0,171 zł/kWh

2.450 zł/rok

0,136 zł/kWh

1.950 zł/rok

0,143 zł/kWh

2.050 zł/rok

Koszty chłodzenia

jednostkowe i całkowite

0,193 zł/kWh

1.155 zł/rok

0,193 zł/kWh

1.155 zł/rok

0,158 zł/kWh

945 zł/rok

Suma kosztów

CO + CWU + chłodzenie 3.605 zł/rok 3.105 zł/rok 2.995 zł/rok

Koszty rocznego przeglądu Kocioł + klimatyzacja:

ok. 550 zł/rok (150+400 zł/rok)

Kocioł + instalacja solarna

+ klimatyzacja:

ok. 650 złrok (150+100+400 zł/rok)

Kocioł + pompa ciepła

powietrze/woda:

ok. 450 zł/rok (150+300 zł/rok)

Szacunkowe ceny brutto dla budynku niskoenergetycznego o powierzchni 140 m2 według szczegółowych

obliczeń (prezentacja >>>). Efektywność w trybie chłodzenia EER: pompa ciepła 3,3, klimatyzacja 2,7

Koszty przeglądów na podstawie przykładowych ofert firm serwisowych.

17

Korzyści ekonomiczne z zastosowania

systemu hybrydowego

W porównaniu do prostego systemu ogrzewania gazowego, system hybrydowy pozwala

uzyskać szereg korzyści. Można mówić o większej niezależności od zmian cen paliw

i energii, wyższym komforcie (dodatkowo chłodzenie pomieszczeń) przy niższych kosztach

eksploatacyjnych i serwisowych (jeśli system ogrzewania gazowego ma być uzupełniony

o układ klimatyzacji typu multisplit). Dodatkowo system hybrydowy jest w stanie spełnić

obowiązujące wymagania, jak przede wszystkim Warunki Techniczne WT 2017.

Większa niezależność

od zmian cen paliw

i energii

Wyższy poziom

komfortu w standardzie

Niższe koszty

eksploatacyjne

oraz serwisowe

Spełnienie wymagań

warunków WT 2017

18

Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem funkcjonalnym

Porównanie ogrzewania

hybrydowego z gazowym

pod względem funkcjonalnym

3

19

Możliwości funkcjonalne systemów

grzewczych

Ogrzewanie gazowe Ogrzewanie hybrydowe

Standardowy układ dla domu 1-rodzinnego

składa się zwykle z kondensacyjnego kotła

gazowego w wersji 1-funkcyjnej

i z podgrzewacza pojemnościowego ciepłej

wody użytkowej. W razie potrzeby chłodzenia

budynku konieczne jest stosowanie odrębnego

układu klimatyzacji np. typu multisplit.

W systemie hybrydowym kocioł gazowy może

pracować zamiennie z pompą ciepła zależnie

od temperatury zewnętrznej, wymaganej mocy

grzewczej czy kosztów pracy. Funkcja chłodzenia

jest integralną funkcją pompy ciepła, którą można

wykorzystać do chłodzenia budynku za pomocą

ogrzewania podłogowego lub klimakonwektorów.

20

Tryby pracy ogrzewania hybrydowego

System hybrydowy złożony z pompy ciepła i kotła gazowego może pracować w jednym

z dwóch trybów: biwalentnym równoległym lub biwalentnym alternatywnym:

-18 -10 -5 0 5 10 15

Mo

c g

rze

wcza

Temperatura zewnętrzna (oC)

70÷80%

Mo

c g

rze

wcza

Temperatura zewnętrzna (oC)

-18 -10 -5 0 5 10 15

60÷80%

Tryb biwalentny równoległy stosowany w celu

maksymalnego skrócenia czasu pracy kotła

grzewczego – raczej w przypadku spalania

droższych paliw (gaz płynny, olej opałowy).

Tryb biwalentny alternatywny stosowany

częściej we współpracy z kotłem na gaz ziemny

o relatywnie niskim koszcie wytwarzania ciepła,

także w niskich temperaturach zewnętrznych.

21

Porównanie ogrzewania hybrydowego

z gazowym pod względem ekologicznym

Porównanie ogrzewania

hybrydowego z gazowym

pod względem ekologicznym

4

22

Lokalna emisja zanieczyszczeń i CO2

Kocioł + klimatyzacja Kocioł + instalacja solarna

+ klimatyzacja

Kocioł + pompa ciepła

powietrze/woda

Zużycie paliwa/energii Gaz: 1.280 m3/rok

Prąd: 2.220 kWh/rok

Gaz: 1.035 m3/rok

Prąd: 2.220 kWh/rok

Gaz: 380 m3/rok

Prąd: 4.380 kWh/rok

Dwutlenek węgla CO2 2.560 kg/rok 2.070 kg/rok 760 kg/rok

Tlenek węgla CO 384 g/rok 311 g/rok 114 g/rok

Tlenki siarki SOx/SO2 102 g/rok 83 g/rok 30 g/rok

Tlenki azotu NOx/NO2 1.945 g/rok 1.573 g/rok 578 g/rok

Pył zawieszony TSP 0,64 g/rok 0,52 g/rok 0,19 g/rok

Wskaźniki emisyjności według KOBIZE (Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami)

Gaz ziemny należy do najczystszych rodzajów paliw, tym niemniej zużywany w domu

wpływa na lokalną jakość powietrza. Emisje substancji szkodliwych w przypadku układu

hybrydowego są lokalnie około 3-krotnie niższe niż dla ogrzewania gazowego. Globalny

efekt będzie zależny od sposobu wytwarzania energii elektrycznej.

Emisje określone ze

względu na lokalne

spalanie gazu ziemnego

Chłodzenie

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

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji