Hybrydowe pompy ciepła
Rys. 1. Korzyści ekologiczne i ekonomiczne stosowania hybrydowych pomp ciepła w układach z kotłem gazowym, z uwzględnieniem zmian w udziale OZE w polskim systemie elektroenergetycznym. Wraz ze wzrostem udziału energii odnawialnej w produkcji energii elektrycznej granica opłacalności ekologicznej pomp ciepła będzie się przesuwać na ich korzyść
Źródło: PORT PC
Hybrydowe systemy grzewcze wykorzystują kombinację dwóch lub więcej technologii generujących ciepło z różnych nośników energii w celu zapewnienia ogrzewania i ciepłej wody w budynku. Budowa współczesnych układów hybrydowych korzystających z zaawansowanych systemów sterowania umożliwia naprzemienne produkowanie energii według zmiennych priorytetów – np. cen nośników energii lub emisji CO2 – z zachowaniem pełnego komfortu temperaturowego w pomieszczeniach. Hybrydowe układy pomp ciepła z kotłami, głównie gazowymi, mogą odegrać ważną rolę w procesie dekarbonizacji niektórych segmentów budynków.
Zobacz także
Bezpłatny e-book Pompy ciepła 2024
Przedstawiamy nowe wydanie bezpłatnego e-booka o pompach ciepła. Na 130 stronach znalazły się m.in. artykuły na temat: projektowania instalacji z pompami ciepła, hybryd, czyli połączenia pomp z kotłami,...
Przedstawiamy nowe wydanie bezpłatnego e-booka o pompach ciepła. Na 130 stronach znalazły się m.in. artykuły na temat: projektowania instalacji z pompami ciepła, hybryd, czyli połączenia pomp z kotłami, wykorzystania pomp ciepła do odzysku ciepła odpadowego, pompach ciepła w budynkach wielorodzinnych.
"Hydro-Tech” Konin, wyłączny przedstawiciel marki alpha innotec w Polsce Gruntowe pompy ciepła alpha innotec – dwie akcje specjalne dla instalatorów
Producent alpha innotec wraz z wyłącznym przedstawicielem w Polsce – Przedsiębiorstwem Hydro-Tech Konin – przygotował ofertę specjalną na gruntowe jednostki z serii alterra (ON/OFF oraz inwerterowe do...
Producent alpha innotec wraz z wyłącznym przedstawicielem w Polsce – Przedsiębiorstwem Hydro-Tech Konin – przygotował ofertę specjalną na gruntowe jednostki z serii alterra (ON/OFF oraz inwerterowe do 19 kW) skierowaną do firm instalacyjnych. Są to dwie akcje, dwa typy urządzeń i jeden wspólny mianownik: najkorzystniejsze warunki zakupu w oczekiwaniu na nowe serie z czynnikiem R290.
ECO Comfort Koszt ogrzewania pompa ciepła: ile kosztuje instalacja pompy ciepła i jak zaoszczędzić?
Bezpieczeństwo dostaw gazu ziemnego spowodowane niestabilną sytuacją geopolityczną, ale także zmienną polityką państw europejskich sprawiło, że inwestorzy coraz częściej odchodzą od ogrzewania domu tym...
Bezpieczeństwo dostaw gazu ziemnego spowodowane niestabilną sytuacją geopolityczną, ale także zmienną polityką państw europejskich sprawiło, że inwestorzy coraz częściej odchodzą od ogrzewania domu tym surowcem na rzecz odnawialnych źródeł ciepła. Tę sytuację na rynku instalacji grzewczych potęgują także zapowiedzi komisarzy unijnych o całkowitym odejściu od kotłów na paliwo kopalne (węgiel i gaz). Według prognoz od 2030 r. kotły na paliwo gazowe nie będą montowane już w nowych nieruchomościach.
|
W artykule: • Hybrydowe pompy ciepła w planach UE • Hybrydy w ofercie rynkowej • Ekonomiczne i ekologiczne przesłanki wyboru hybrydowych pomp ciepła • Środki pomocowe na inwestycje w hybrydowe pompy ciepła • Podsumowanie |
Termin „hybrydowy” odnosi się do urządzenia lub systemu urządzeń łączącego co najmniej dwa różne źródła energii, którego działanie jest zarządzane przez jeden element sterujący. Najbardziej znanym rozwiązaniem jest hybrydowa pompa ciepła, która łączy zasilaną energią elektryczną pompę ciepła (najczęściej powietrze/woda) z innym urządzeniem grzewczym, zasilanym innym nośnikiem energii. Trzeba tu podkreślić, że to drugie urządzenie powinno być wyposażone w technologię umożliwiającą sterowanie nim, co w praktyce sprowadza się do kotłów gazowych, olejowych oraz peletowych, gdyż to one zasilają wodne układy ogrzewania, a jednocześnie mają systemy automatycznego podawania paliwa oraz szeroką modulację mocy. Są to warunki konieczne do efektywnej współpracy w układzie hybrydowym zarządzanym przez jeden element sterujący.
Hybrydowe pompy ciepła jako zestawy fabryczne pojawiły się na rynku ponad 10 lat temu w postaci kondensacyjnego kotła gazowego i pompy ciepła umieszczonych w jednej obudowie lub obok siebie. Były wówczas nowością i w krótkim czasie oferowało je kilkunastu producentów. Rozwiązania te umożliwiały realizację kilku funkcji: centralnego ogrzewania, podgrzewania wody użytkowej i chłodzenia. Już w oferowanych wówczas rozwiązaniach zastosowano tzw. menedżery energii elektrycznej do zasilania pomp ciepła korzystające z technologii zdalnego załączania w porze najtańszej taryfy energii elektrycznej, czyli poza szczytami. Rozwiązanie to miało na celu uchronić konsumenta przed poborem energii w czasie, gdy jest ona bardzo droga, a system energetyczny – przed deficytem energii w szczycie. Okresy szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną w cyklu dobowym nie są jednak długie i okazało się, że akumulacja ciepła w budynku o ciężkiej konstrukcji albo bufor wody grzewczej są w stanie zapobiec odczuwalnemu spadkowi komfortu cieplnego. W budynkach o ciężkiej konstrukcji spadek temperatury w pomieszczeniach w ciągu 2 godz. od wyłączenia ogrzewania wynosi nie więcej niż 0,5 K przy temperaturze zewnętrznej poniżej –10°C. W hybrydowych pompach ciepła nad komfortem temperaturowym czuwa też kocioł gazowy i włącza się, aby utrzymać komfort lub obniżyć koszty ogrzewania za pomocą pompy ciepła [1].
Wprowadzając na rynek hybrydowe pompy ciepła, różnie opisywano takie układy i do dzisiaj nie mają one jednej powszechnie obowiązującej i prawnie usankcjonowanej w regulacjach UE definicji. Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła – PORT PC wskazuje, że pojęciem „hybrydowe” określane są najczęściej systemy, w których dwa agregaty grzewcze stanowią jedno urządzenie lub co najmniej posiadają wspólną jednostkę sterującą. I dodaje, że na rynku dostępne są zarówno urządzenia z dominującą pompą ciepła wyposażoną dodatkowo w niewielkiej mocy „szczytowy” kocioł grzewczy, jak i kotły gazowe lub olejowe o dużej mocy grzewczej, zdecydowanie większej niż dodatkowa, z pompami ciepła o niewielkiej mocy [2].
Z kolei Międzynarodowa Organizacja Energii (IEA) w specjalnym raporcie nt. hybrydowych pomp ciepła opracowanym w 2020 r. [3] definiuje hybrydową pompę ciepła jako połączenie pompy ciepła z tradycyjnym ogrzewaczem zasilanym paliwami kopalnymi – kotłem. I podkreśla, że połączenie dwóch technologii grzewczych w ramach jednej strategii sterowania umożliwia elastyczne wykorzystanie pompy ciepła lub kotła w instalacji grzewczej. Ta elastyczność pozwala zoptymalizować produkcję ciepła zgodnie z lokalnymi uwarunkowaniami i z różnymi priorytetami – na przykład w odniesieniu do emisji CO2, kosztów eksploatacji, energii pierwotnej, a także zagospodarowania wysokiej okresowej podaży energii z OZE w sieci, a nawet równoważenia obciążeń sieci energetycznej.
Natomiast norma PN-EN 14825 Klimatyzatory, agregaty do chłodzenia cieczy oraz pompy ciepła ze sprężarkami napędzanymi elektrycznie, do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń [4] podaje, że hybrydy to zespół lub zespoły urządzeń zaprojektowane jako jedna jednostka składająca się z pompy ciepła powietrze/woda lub solanka/woda napędzanej energią elektryczną wraz z drugim generatorem ciepła wykorzystującym paliwo kopalne zarządzane przez wspólny regulator zapewniający zoptymalizowaną pracę obu generatorów ciepła do ogrzewania pomieszczeń.
Hybrydowe pompy ciepła w planach UE
Zdefiniowanie hybrydowych pomp ciepła we wspólnotowym systemie prawnym (co powinno nastąpić wkrótce) najprawdopodobniej uwzględniać będzie oprócz komfortu cieplnego także wysoką efektywność energetyczną, niskie koszty eksploatacji (np. reakcja na zmienne taryfy energii) oraz minimalizację emisji CO2 – co jest możliwe pod warunkiem zarządzania układem różnych urządzeń przez jeden system sterujący. Atutem systemów hybrydowych z pompą ciepła jest bowiem możliwość dalszej dekarbonizacji nawet ich samych, czyli odchodzenie od paliw kopalnych na biopaliwa, takie jak biometan czy bioLPG wytwarzane z odpadów organicznych, a nawet wraz z modernizacją budynków całkowita elektryfikacja ich ogrzewania. Przekonanie, że wpływ na środowisko źródeł ciepła zasilanych energią elektryczną będzie stopniowo spadał, opiera się na założeniu, że rosnąć będzie ilość energii wytwarzanej i wprowadzanej do sieci ze źródeł odnawialnych i bezemisyjnych. Obecnie w UE ponad 50% energii elektrycznej w skali roku pochodzi z OZE i wielkość ta szybko rośnie. Jest to trend globalny, a wielcy emitenci CO2, tacy jak Chiny i USA, także mają bardzo duże przyrosty mocy w OZE.
W znowelizowanej niedawno dyrektywie 2024/1275 w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD) [5] nie zawarto wyraźnej definicji i kryteriów dla hybrydowych systemów grzewczych. Komisja Europejska ma je przedstawić do końca 2024 r. Uwzględnione zostaną w nich m.in. hybrydowe pompy ciepła z dodatkowym źródłem szczytowym, np. kotłem na paliwo kopalne, traktowane jako pojedynczy zestaw urządzeń w kontekście wymogów etykietowania energetycznego i ekoprojektu. Niemniej już teraz w wielu krajach Unii Europejskiej wprowadzono wymagania dla takiego zestawu, określając minimalny udział energii ze źródeł odnawialnych (OZE) na poziomie 60–65%. Może to zostać zdefiniowane również poprzez ustalenie minimalnej efektywności energetycznej całego zestawu urządzeń [5].
O przyszłości układów hybrydowych w UE mówi m.in. pkt 14 preambuły dyrektywy EPBD: Dwie trzecie energii zużywanej do ogrzewania i chłodzenia budynków nadal pochodzi z paliw kopalnych. Aby zdekarbonizować sektor budowlany, szczególnie ważne jest stopniowe wycofywanie paliw kopalnych z ogrzewania i chłodzenia. W związku z tym w krajowych planach renowacji budynków państwa członkowskie powinny wskazać swoje krajowe polityki i środki mające na celu stopniowe wycofywanie paliw kopalnych z ogrzewania i chłodzenia. Państwa członkowskie powinny dążyć do stopniowego wycofywania indywidualnych kotłów zasilanych paliwami kopalnymi, przy czym w pierwszej kolejności powinny one zaprzestać od 2025 r. udzielania zachęt finansowych w przypadku instalacji indywidualnych kotłów zasilanych paliwami kopalnymi, z wyjątkiem tych, które zostały wybrane do inwestycji przed 2025 r. w ramach Instrumentu na rzecz Odbudowy i Zwiększania Odporności ustanowionego rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2021/241 (11) oraz Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego i Funduszu Spójności ustanowionych rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2021/1058 (12). Nadal powinna istnieć możliwość udzielania zachęt finansowych w przypadku instalacji hybrydowych systemów ogrzewania o znacznym udziale energii ze źródeł odnawialnych, takich jak połączenie kotła z energią słoneczną termiczną lub pompą ciepła [5].
Trzeba podkreślić, że wdrożenie tego zapisu dyrektywy nie spowoduje zakazu użytkowania samodzielnych kotłów na paliwa kopalne, a jedynie zakończy ich wsparcie ze środków publicznych. Tempo odchodzenia od eksploatacji samodzielnych urządzeń grzewczych na paliwa kopalne może być różne w poszczególnych krajach członkowskich UE. Niektóre opinie wskazują, że kotły gazowe po roku 2040 praktycznie nie będą miały zastosowania. W tym miejscu rodzi się pytanie – do kiedy będzie się opłacało stosować hybrydowe pompy ciepła z kotłami gazowymi?
Proces renowacji budynków w UE do standardów obiektów efektywnych energetycznie jest zaplanowany do roku 2050. Warto jednak mieć na uwadze, że gaz i olej opałowy zużywane w urządzeniach grzewczych nawet małej mocy będą za kilka lat objęte systemem ETS2, czyli opłat za emisję, tak jak obecnie w przypadku systemu ETS1 obejmującego m.in. energię elektryczną i ciepło sieciowe produkowane z węgla i gazu oraz oleju opałowego. Należy się zatem spodziewać zmniejszenia atrakcyjności ekonomicznej eksploatacji systemów hybrydowych z kotłami gazowymi, zachowają one jednak inny atut, jakim jest podaż dużej ilości ciepła w okresach bardzo niskiej temperatury zewnętrznej. Ma to szczególne znaczenie w większych budynkach o niskiej efektywności energetycznej – czyli nieposiadających dostatecznej izolacji termicznej przegród budowlanych i stropów/dachów, dobrej stolarki okiennej oraz wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Wiele prognoz wskazuje, że ogrzewnictwo indywidualne i ciepłownictwo sieciowe zostaną za 2–3 dekady w zdecydowanej większości zelektryfikowane. Energia elektryczna może stać się najtańszym nośnikiem energii zużywanej na cele grzewcze, ale tempo i zakres zmian będą zależeć od wzrostu udziału OZE w produkcji energii oraz rozbudowy sieci energetycznych i zbilansowania jej podaży w poszczególnych krajach UE.
Zarówno w przypadku hybryd z kotłami peletowymi, jak i samych kotłów na biopaliwa wykorzystywanych w ogrzewnictwie indywidualnym nie są planowane ograniczenia. Kotły peletowe mogą być jednak najbardziej wrażliwe na czynniki rynkowe związane z podażą i cenami paliwa, czego już doświadczyliśmy parę lat temu. Ilość surowca do produkcji peletu jest ograniczona i można się spodziewać, że paliwo to – tak jak w innych krajach – zostanie objęte skuteczną kontrolą jakości na poziomie dystrybucji, podobnie jak stało się w Polsce z węglem w Polsce, co może dodatkowo wpłynąć na wielkość jego podaży i tym samym ceny.
Hybrydy w ofercie rynkowej
Na rozwój układów hybrydowych wpływ miał również rozwój internetu oraz podaż niedrogich sterowników do urządzeń grzewczych. W tym miejscu warto zwrócić uwagę, że często nie odróżnia się hybrydowych pomp ciepła od układów biwalentnych. Wiele czołowych firm podkreśla, że hybrydowe pompy ciepła to fabryczny zestaw z kotłem z jednym głównym sterowaniem, a system biwalentny obejmuje pompę ciepła sparowaną z dowolnym kotłem (gazowym, olejowym, biomasowym, węglowym) i połączoną za pomocą zbiornika buforowego. W układzie biwalentnym można zainstalować pompę ciepła współpracującą z już wcześniej działającym kotłem. Wyznaczany jest punkt biwalentny, czyli temperatura zewnętrzna, poniżej której pompa ciepła wyłącza się, a uruchamia kocioł. Przy temperaturze zewnętrznej poniżej punktu biwalentnego uruchamiane jest dodatkowe źródło ciepła i urządzenia pracują najczęściej alternatywnie – albo pompa ciepła, albo kocioł. W Polsce w zależności od strefy klimatycznej punkt biwalentny mieści się w przedziale od –7 do –11°C. Jednak opisy oferowanych na polskim rynku rozwiązań nadal charakteryzują się sporą dowolnością w nazewnictwie układów biwalentnych i hybrydowych.
Rodzaj kotła oferowanego do współpracy z pompą ciepła zależy także od specyfiki danego kraju czy regionu. W zdecydowanej większości przypadków w UE są to hybrydy z kondensacyjnymi kotłami gazowymi. Ale np. w Polsce, bez mocno rozwiniętej sieci gazowej i z dużym udziałem kotłów węglowych, oferowane są też hybrydowe pompy ciepła z kotłami peletowymi. Wśród zalet takiego układu wymienia się obniżenie kosztów ogrzewania oraz niezależność od danego źródła ciepła w razie awarii jednego z nich. Mogą to być zatem układy różniące się od „hybrydowych pomp ciepła” wskazywanych w materiałach IEA, normie czy ofertach czołowych producentów pomp ciepła. Coraz więcej firm podkreśla bowiem, że ich hybrydowe pompy ciepła mogą pracować nie tylko z priorytetem temperatury zewnętrznej, ale też według priorytetu niskiej emisji CO2 oraz zmiennych cen energii elektrycznej w systemie energetycznym.
Jeden z liderów na rynku pomp ciepła podkreśla, że jego hybrydowa pompa ciepła Daikin Altherma zapewnia wysoką wydajność ogrzewania, a inteligentne programowanie pomaga zmniejszyć zużycie energii nawet o 35% w porównaniu do pracy kotła kondensacyjnego, automatycznie ustalając najbardziej ekonomiczną i energooszczędną kombinację na podstawie cen energii, temperatury zewnętrznej i temperatury w pomieszczeniu [7]. Informuje także, że hybrydowe pompy ciepła są optymalnym rozwiązaniem przy wymianie starych kotłów – kompaktowa konstrukcja pompy hybrydowej wymaga minimalnej przestrzeni instalacyjnej i sprawia, że integracja z istniejącą instalacją c.o. przebiega bezproblemowo, bez konieczności wymiany grzejników.
Natomiast hybrydowa pompa ciepła dla budynków istniejących oferowana przez De Dietrich zapewnia ogrzewanie, chłodzenie i c.w.u., a kocioł kondensacyjny pełni funkcję źródła szczytowego i zapewnia w pełni efektywne ogrzewanie do temperatury zewnętrznej –20°C. Klasa efektywności energetycznej pompy ciepła dla c.o. to A++ (dla A7/W55), ale obieg grzewczy może pracować z maksymalną temperaturą 95°C, a c.w.u. z temperaturą 65°C dzięki wsparciu ze strony kotła. Ponadto instalacja może być wspomagana przez system kolektorów termicznych na potrzeby c.w.u., co dodatkowo zwiększa efektywność energetyczną i obniża koszty eksploatacji.
Z kolei Vaillant wskazuje także na takie auty systemów hybrydowych, jak możliwość szybkiego podniesienia temperatury w pomieszczeniach przez kocioł i utrzymanie komfortowej temperatury przy energooszczędnej pracy pompy ciepła w długich przedziałach czasowych [8]. Zwraca też uwagę, że przewagą hybrydowych pomp ciepła nad układami biwalentnymi jest inteligentne sterowanie, które nie tylko daje możliwość przemiennej pracy kotła lub pompy według zadanej temperatury zewnętrznej, ale ma też m.in. funkcje monitorowania cen energii i automatycznego wyboru najbardziej efektywnego ekonomicznie trybu ogrzewania domu. Taka funkcja „kontrolowanej taryfy” ułatwia maksymalizację komfortu, jak i uzyskanie oszczędności w wydatkach na ogrzewanie i przygotowanie c.w.u.
A tak opisuje walory układów hybrydowych Viessmann: w urządzeniach hybrydowych dwa niezależne generatory ciepła są zintegrowane w jednym urządzeniu – gazowy lub olejowy kocioł kondensacyjny jest połączony z elektryczną pompą ciepła. Rozwiązanie to zapewnia największą możliwą swobodę korzystania ze źródła energii, które w danym momencie jest najbardziej przystępne cenowo.
Ustawienia jednostki sterującej można dostosować do każdej sytuacji na rynku, tak aby przy wahaniach cen energii można było zawsze wybrać najbardziej przystępny i wydajny tryb pracy [9]. Producent podkreśla, że hybrydowe pompy ciepła to rozwiązanie stosowane przy modernizacji systemu ogrzewania. Udostępnia też kalkulator do analizy techniczno-ekonomicznej inwestycji w hybrydowe centrale grzewcze Vitocaldens 222-F dla budynków o powierzchni ogrzewania do 350 m2 [10].
Viessmann oferuje także system Hybrid Pro Control [9], w którym można ustawić indywidualnie najbardziej efektywną pracę hybrydy, czyli nie tylko w zależności od temperatury w pomieszczeniu lub na zewnątrz. Menedżer energii Hybrid Pro Control analizuje pracę z wyprzedzeniem i reguluje system za pomocą ustawień, które można zmienić w dowolnym momencie i dopasować do swoich potrzeb. Analizuje: ceny energii, emisję CO2, samozużycie, efektywność energetyczną oraz zapotrzebowanie na ciepło. Rozpoznaje np., jak długo pompa ciepła będzie w stanie samodzielnie pokryć całe zapotrzebowanie na ciepło i kiedy wspomoże się pracą kotła kondensacyjnego. Automatycznie określa czas i odpowiednio reaguje, wykorzystując aktualne dane o cenach energii elektrycznej i gazu lub oleju, aby obliczyć, który rodzaj paliwa może być w danym momencie wykorzystywany najbardziej efektywnie. Priorytetem jest efektywność systemu jako całości. Użytkownik może wybrać tryb pracy ekonomicznej w zależności od cen energii, co pozwala zaoszczędzić do 40% kosztów ogrzewania. Z kolei w trybie ekologicznym priorytetem jest praca systemu z najniższą emisją CO2 na kWh energii cieplnej. Niezależnie od wybranego trybu zawsze realizowane priorytetowo jest podgrzewanie ciepłej wody użytkowej. Menedżer energii w prognozowaniu i realizacji najbardziej opłacalnego trybu pracy uwzględnia również energię elektryczną wytwarzaną na miejscu przez system fotowoltaiczny.
Funkcjonuje też inny zakres pojęcia „hybrydowe pompy ciepła” i to dla układów bez kotłów. Są to oferowane na rynku rozwiązania z pompami ciepła i układami wentylacji mechanicznej współpracujące z instalacją fotowoltaiczną oraz magazynem energii elektrycznej. Przeznaczone są one dla budynków nowo wznoszonych lub poddanych głębokiej renowacji, o efektywności energetycznej spełniającej wymagania WT 2021 i lepszej. Są to rozwiązania typu „all-in-one” dla systemów grzewczych i wentylacyjnych oraz solarnych w budynkach mieszkalnych, oferowane np. przez markę Buderus [14]. Kompaktowy system modułowy jest elastyczny pod względem układu i miejsca instalacji – potrzebuje mniej niż 1 m2 powierzchni. Zalecane dla budownictwa modułowego elementy systemu to: powietrzna pompa ciepła (zapewnia ogrzewanie, ciepłą wodę i chłodzenie) lub gruntowa pompa ciepła, a także centrala wentylacyjna z odzyskiem ciepła z fabrycznie zintegrowanym czujnikiem pomiaru temperatury, wilgotności i jakości powietrza, automatycznie regulowaną wymianą powietrza, wysokim odzyskiem ciepła i wilgoci oraz instalacja PV zintegrowana z magazynem energii elektrycznej. Energia z PV może być magazynowana także w formie termicznej w zasobniku ciepłej wody oraz w zbiorniku buforowym. Nad układem czuwa inteligentny system zarządzania sterujący funkcjami ogrzewania, chłodzenia i przygotowania c.w.u., a także kolektorami słonecznymi i wentylacją, jest nawet opcja ogrzewania basenu. Priorytety pracy mnogą być definiowane także zdalnie w zależności od oczekiwań dotyczących komfortu oraz kosztów eksploatacji uwzględniających także taryfy dynamiczne.
Przeczytaj także: Hybrydy, czyli kotły i pompy ciepła | RynekInstalacyjny.pl
Rys. 1. Korzyści ekologiczne i ekonomiczne stosowania hybrydowych pomp ciepła w układach z kotłem gazowym, z uwzględnieniem zmian w udziale OZE w polskim systemie elektroenergetycznym. Wraz ze wzrostem udziału energii odnawialnej w produkcji energii elektrycznej granica opłacalności ekologicznej pomp ciepła będzie się przesuwać na ich korzyść
Źródło: PORT PC
Ekonomiczne i ekologiczne przesłanki wyboru hybrydowych pomp ciepła
Główną przesłanką będą wymagania prawne, czyli techniczne możliwości sprostania wymogom energetycznym w zmieniających się przepisach budowlanych (Warunki Techniczne), ograniczającym wachlarz źródeł ciepła do bezemisyjnych – czyli ciepła sieciowego, pomp ciepła i kotłów na biomasę, a także kolektorów słonecznych i paneli fotowoltaicznych. Jeśli pompa ciepła nie jest w stanie zapewnić odpowiedniej ilości ciepła w każdych warunkach, musi być wsparta grzałką elektryczną lub dodatkowym urządzeniem grzewczym. W wielu domach jednorodzinnych pompy ciepła są w stanie dostarczyć odpowiednią ilość ciepła nawet w przypadku bardzo niskich temperatur zewnętrznych, pokrywając całe zapotrzebowanie autonomicznie lub z niewielkim udziałem grzałek elektrycznych. Problem zbyt małej mocy cieplnej występuje częściej w przypadku większych budynków – użyteczności publicznej, handlowych, usługowych, wielorodzinnych oraz kamienic, a także w domach o bardzo niskiej efektywności energetycznej. Specyfiką polskiego systemu energetycznego jest też to, że produkcja energii elektrycznej w dużym stopniu opiera się nadal na paliwach kopalnych i paradoksalnie użycie kotła gazowego w okresie bardzo niskich temperatur (kiedy występuje mała podaż energii odnawialnej) może jeszcze przez jakiś czas powodować mniejszą emisję dwutlenku węgla niż zastosowanie pompy ciepła, a ponadto odciąża niezmodernizowany system energetyczny [2].
Ważną przesłanką dla użytkowników jest jednak ekonomia. Jak wyżej zasygnalizowano, ceny obu nośników będą się zmieniać, z tym że dla energii elektrycznej zmiany będą skutkiem wzrostu udziału taniej energii z OZE, a w przypadku gazu planowane jest stopniowe obciążanie go opłatami ETS2 za emisję (szerzej piszemy o tym w artykule Zjawisko ubóstwa energetycznego a termomodernizacja budynków | RynekInstalacyjny.pl).
Aspekty ekologiczne i ekonomiczne układów hybrydowych dobrze ilustrują dane opublikowane jeszcze w 2021 r. przez PORT PC [2]. Na rys. 1 widzimy, od jakiej temperatury zewnętrznej korzystniejsze jest działanie pompy ciepła lub kotła gazowego z obu perspektyw – ekologicznej oraz ekonomicznej. Do obliczeń przyjęto rozkład energii grzewczej przypadający na każdy stopień temperatury zewnętrznej dla powietrznej pompy ciepła o efektywności COP 3,7 w punkcie pracy A2/W35, czyli wartości reprezentatywnej dla pomp ciepła sprzed kilkunastu lat. Obecnie wiele pomp ciepła osiąga wyższą efektywność w tym punkcie pomiarowym. Ilustracja pokazuje temperatury graniczne, poniżej których korzystniej jest ogrzewać kotłem gazowym, oraz procentowy udział energii grzewczej dostarczanej przez pompę ciepła w okresie, kiedy ma ona przewagę nad kotłem gazowym. Bilans ekologiczny będzie się z roku na rok poprawiał na korzyść pomp ciepła wraz ze wzrastającym udziałem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. W dłuższej perspektywie opłacalność ekonomiczna pracy kotłów gazowych w układzie hybrydowym – nawet w niskich temperaturach – będzie maleć.
Środki pomocowe na inwestycje w hybrydowe pompy ciepła
Planowane są różne źródła finansowania renowacji budynków ze środków krajowych i unijnych, obejmujące także inwestycje w wymianę urządzeń grzewczych. Materiały poradnikowe i informacyjne PORT PC [6] wskazują m.in. na:
1. Instrument na rzecz Odbudowy i Zwiększania Odporności (Recovery and Resilience Facility – RRF). W ramach Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększania Odporności (KPO) Polska otrzyma 158,5 mld zł, w tym 106,9 mld zł w postaci dotacji i 51,6 mld zł w formie preferencyjnych pożyczek.
2. Społeczny Fundusz Klimatyczny – jego budżet zaplanowano w Polsce na 50 mld zł. Wdrożenie tego Funduszu wprowadza znowelizowana ustawa o zasadach prowadzenia polityki rozwoju przyjęta w maju 2024 r.
3. Fundusz Spójności przeznaczony dla państw członkowskich UE, w których dochód narodowy brutto na mieszkańca jest niższy od 90% średniej unijnej. Na lata 2021–2027 Polsce przydzielono z tego funduszu 10,75 mld euro.
4. Fundusz InvestEU utworzony w ramach unijnego programu InvestEU. Oferuje wsparcie zwrotne na realizację inwestycji o strategicznym znaczeniu dla gospodarki i podwyższonym profilu ryzyka.
5. Dochody ze sprzedaży uprawnień do emisji dwutlenku węgla z systemu EU ETS, a z czasem także ETS2 po jego uruchomieniu.
Państwa UE są też zobowiązane zapisami przekształconej dyrektywy EPBD do promowania kredytów udzielanych przez instytucje finansowe na rzecz efektywności energetycznej – tzw. zielonych kredytów hipotecznych i ekokredytów dostępnych dla możliwie szerokiej grupy konsumentów. Dyrektywa zaleca także uproszczenie wniosków i procedur dostępu do finansowania, zwłaszcza dla gospodarstw domowych. Instrumenty finansowe mają zachęcać właścicieli budynków przede wszystkim do przeprowadzania gruntownych renowacji i stopniowych gruntownych renowacji, zapewniając większe wsparcie finansowe, podatkowe, administracyjne i techniczne dla takich działań. Gruntowna renowacja oznacza doprowadzenie budynku do statusu bezemisyjnego i zmniejszenie zużycia energii pierwotnej o co najmniej 60%.
Podsumowanie
Nowe budynki administracji publicznej muszą być od 1 stycznia 2028 r. wznoszone jako bezemisyjne, a od początku 2030 roku wymóg ten dotyczyć będzie wszystkich nowych budynków (ale z pewnymi wyjątkami, jak np. budynki rolnicze czy zabytkowe). Oznacza to, że w budynkach nowych nie będzie można instalować urządzeń grzewczych na paliwa kopalne.
Dla istniejących budynków nakreślono scenariusz odchodzenia od wykorzystania paliw kopalnych do ogrzewania i chłodzenia. Będzie on realizowany stopniowo aż do wycofania z użytku kotłów na paliwa kopalne, ale zakłada stosowanie układów hybrydowych, w tym hybrydowych pomp ciepła z urządzeniami na paliwa kopalne. Do tego czasu – czyli przez następne 25 lat – realizowany będzie m.in. proces renowacji budynków i elektryfikacji ogrzewnictwa.
I to od tempa tych procesów, a zwłaszcza wielkości środków możliwych do zaoferowania społeczeństwu na renowację budynków, będzie też zależeć, jakie rozwiązania grzewcze okażą się dla użytkowników korzystne ekonomicznie w ujęciu inwestycyjnym i eksploatacyjnym.
Literatura
1. Lachman Paweł, Pompy ciepła w układach hybrydowych, „Rynek Instalacyjny” 4/2014, https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/pompy-ciepla/18486,pompy-ciepla-w-ukladach-hybrydowych
2. Czy warto łączyć pompę ciepła z kotłem na inne paliwa? Część 10: Systemy hybrydowe, PORT PC, 2016, https://portpc.pl/pompy-ciepla-w-istniejacych-budynkach-cz-10/
3. Hybrydowe pompy ciepła – Aneks 45, Technology Collaboration Programme on Heat Pumping Technologies by IEA, https://heatpumpingtechnologies.org/publications/hybrid-heat-pumps-final-report/
4. PN-EN 14825 Klimatyzatory, agregaty do chłodzenia cieczy oraz pompy ciepła ze sprężarkami napędzanymi elektrycznie, do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń. Badanie i ocena w warunkach częściowego obciążenia oraz obliczanie wydajności sezonowej
5. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2024/1275 z dnia 24 kwietnia 2024 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków – wersja przekształcona (Dz.Urz. UE 2024, L 1275), https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/?uri=CELEX%3A32024L1275
6. W kierunku dekarbonizacji budynków − szczegóły reform znowelizowanej dyrektywy EPBD z 2024 roku, PORT PC, 2024, https://portpc.pl/pdf/12Kongres/PORTPC_dyrektywa_EPBD_2024.pdf
7. https://www.daikin.eu/en_us/product-group/hybrid-heat-pump.html
8. https://www.vaillant.co.uk/advice/understanding-heating-technology/heat-pumps/your-guide-to-hybrid-heating-systems/
9. https://www.viessmann.pl/pl/wiedza/technologia-i-systemy/ogrzewanie-hybrydowe.html
10. https://www.viessmann.poznan.pl/images/design/xslx/13-Dobor-hybrydy-Vitocaldens-03-2018.xlsx
11. Piechurski Krzysztof, Szulgowska-Zgrzywa Małgorzata, Obliczanie rocznej efektywności pomp ciepła powietrze/woda, „Rynek Instalacyjny” 6/2016, https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/pompy-ciepla/25027,obliczanie-rocznej-efektywnosci-pomp-ciepla-powietrze-woda
12. Tihana Jelena, Ali Hesham, Apse Jekaterina, Jekabsons Janis, Ivancovs Dmitrijs, Gaujena Baiba, Diedow Andriej, Ocena wydajności hybrydowej pompy ciepła w różnych trybach pracy dla domu jednorodzinnego, „Energie” 2023, 16 (20), 7018, https://doi.org/10.3390/en16207018
13. https://www.iea.org/energy-system/buildings/heating
14. https://www.bosch-press.pl/pressportal/pl/pl/press-release-30639.html








