Jedno czy dwa źródła ciepła? Układ monowalentny i biwalentny – który wybrać?

Spis treści:
1. Instalacje hybrydowe w ogrzewnictwie
2. Układ monowalentny, czyli jedno urządzenie w budynku
3. Układ biwalentny: pompa ciepła + kocioł
4. Układ monoenergetyczny, czyli pompa i grzałka
5. Źródła

Wybór odpowiedniego układu ma istotne znaczenie z punktu widzenia inwestora, ponieważ wpływa nie tylko na koszt zakupu instalacji, ale także na jej późniejsze koszty eksploatacji i niezawodność. W praktyce decyzja ta często sprowadza się do kompromisu między prostotą systemu a jego elastycznością pracy. Warto już na etapie projektu rozważyć różne warianty, aby dopasować rozwiązanie do realnych potrzeb budynku i oczekiwań użytkownika.

Instalacje hybrydowe w ogrzewnictwie

W praktyce instalacyjnej spotyka się zarówno systemy oparte na jednym źródle ciepła, jak i rozwiązania wykorzystujące dwa źródła działające naprzemiennie lub jednocześnie. Szczególnie często dotyczy to instalacji z pompami ciepła. Takie układy mają swoje nazwy, a także spełniają definicję instalacji hybrydowej. Instalacje hybrydowe pozwalają optymalizować koszty ogrzewania poprzez wykorzystanie najtańszego źródła energii w danym momencie.

Układ monowalentny, czyli jedno urządzenie w budynku

Układ monowalentny to system, w którym jedno źródło ciepła pokrywa całe zapotrzebowanie budynku na ogrzewanie oraz, jeśli to konieczne, na przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Źródło ciepła dobierane jest tak, aby było w stanie pracować nawet w najniższych temperaturach obliczeniowych. Zaletą tego rozwiązania jest prostota instalacji i sterowania, natomiast wadą brak dodatkowego źródła rezerwowego. Wymaga to odpowiedniego przewymiarowania urządzenia względem średniego zapotrzebowania.

Układ biwalentny: pompa ciepła + kocioł 

Układ biwalentny wykorzystuje dwa źródła ciepła, które współpracują ze sobą w zależności od warunków pracy. Jedno źródło pełni funkcję podstawową, a drugie wspomagającą lub rezerwową. Układy biwalentne są często stosowane w instalacjach z pompami ciepła, gdzie drugie źródło zabezpiecza pracę systemu w okresach bardzo niskich temperatur. Pozwala to ograniczyć koszty inwestycyjne pompy ciepła oraz zwiększyć niezawodność systemu. Zwłaszcza w przypadku budynków istniejących, gdzie istnieje źródło ciepła, które może zostać i być wykorzystywane jako źródło szczytowe.

W układzie biwalentnym alternatywnym źródła ciepła nie pracują jednocześnie. Przy wyższych temperaturach zewnętrznych pracuje jedno źródło, a po przekroczeniu określonej granicy temperaturowej zostaje ono wyłączone i zastąpione drugim. Przykładem może być pompa ciepła, która pracuje do określonej temperatury zewnętrznej, a przy silnych mrozach jej rolę przejmuje kocioł. Temperatura przełączenia nazywana jest punktem biwalencji.

W układzie biwalentnym równoległym oba źródła ciepła mogą pracować jednocześnie. Drugie źródło włącza się wtedy, gdy podstawowe nie jest w stanie samodzielnie pokryć zapotrzebowania na ciepło. Takie rozwiązanie zapewnia wysokie bezpieczeństwo cieplne, ale wiąże się z bardziej złożonym sterowaniem instalacji. Wymaga zastosowania odpowiedniej automatyki sterującej pracą obu źródeł.

Układ monoenergetyczny, czyli pompa i grzałka

Szczególną odmianą układu biwalentnego jest układ monoenergetyczny, stosowany głównie w instalacjach z pompą ciepła. W takim systemie podstawowym źródłem ciepła jest pompa ciepła, a źródłem wspomagającym jest grzałka elektryczna.

Oba urządzenia wykorzystują ten sam nośnik energii, czyli energię elektryczną. Grzałka uruchamia się tylko w okresach szczytowego zapotrzebowania na ciepło lub przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych. Rozwiązanie to jest proste technicznie, ale może zwiększać zużycie energii elektrycznej w okresach mrozów.

Źródła

[1] PN-EN 15316 – Energetyczne właściwości budynków – Metody obliczania efektywności systemów ogrzewania
[2] Staffell, I., Brett, D., Brandon, N., Hawkes, A. (2012), A review of domestic heat pumps. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(2), 929–945.
[3] PORT PC (Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła), Wytyczne i materiały branżowe dotyczące pomp ciepła.