Podmienky efektívneho vykurovania a šetrenia zdrojov sa neustále menia a staré vykurovacie systémy s nimi nemusia byť kompatibilné. Modernizácia predstavuje výzvu, ktorá sa však nemusí spájať s vysokými nákladmi. Hybridný vykurovací systém môže byť efektívnym a účinným riešením, zároveň dôležitým krokom k využívaniu obnoviteľných zdrojov energie. V dnešnej dobe, keď je energetická účinnosť a udržateľnosť prioritou, hybridné systémy klimatizácie a vykurovania predstavujú revolučný krok v oblasti regulácie teploty v domácnostiach aj komerčných budovách.
Čo je hybridné vykurovanie a chladenie?
Pod pojmom hybridný systém sa najčastejšie rozumie plynový kotol v kombinácii s tepelným čerpadlom. Hybridné systémy predstavujú kombináciu dvoch alebo viacerých zdrojov energie na vykurovanie a chladenie priestoru. Tento mix technológií umožňuje systémom využiť prednosti každého zdroja v závislosti od momentálnej potreby. Hybridná jednotka je zariadením na výrobu tepla alebo chladu, ktoré zahŕňa viacero tepelných zdrojov používajúcich rôzne palivá, napríklad plyn, olej či pelety. Podstatou hybridnej prevádzky je, že celý systém riadi hybridná regulácia na tepelnom čerpadle.
Tepelné čerpadlo sa v hybridnom vykurovacom systéme dá používať v priebehu celého roka, aj keď najúčinnejšie pracuje pri vyšších vonkajších teplotách. Na druhej strane, kotol je účinnejší pri nižších teplotách. Napríklad, ak je vonkajšia teplota 2 °C alebo vyššia, tepelné čerpadlo vykuruje domov a pripravuje teplú vodu obnoviteľnou energiou a kotol nemusí byť v prevádzke. Zariadenie pritom funguje primárne ako tepelné čerpadlo a kondenzačný kotol zapína až vtedy, keď je prevádzka čerpadla neefektívna, napríklad počas väčších mrazov.
Hlavné výhody hybridných systémov
Energetická účinnosť a úspora nákladov
Hlavným cieľom hybridného vykurovania je efektivita. Efektívne prepínanie medzi zdrojmi energie zabezpečuje, že systém využíva najlacnejší a najefektívnejší zdroj v každej situácii. Počas chladnejších mesiacov, keď je vonkajšia teplota napríklad nad 5 °C, tepelné čerpadlo pracuje efektívne a s vysokým koeficientom výkonu (COP), ktorý umožňuje znížiť spotrebu elektrickej energie. Ak však vonkajšie teploty výrazne klesnú, pod -15 °C, tepelné čerpadlo pracuje s nižším koeficientom výkonu a vtedy prichádza na rad kotol, ktorý poskytuje úspory a zvyšuje účinnosť. S hybridným vykurovaním si zabezpečíte priaznivé vykurovanie aj pri rastúcich cenách.
Vstupnú investíciu si môžete výraznejšie znížiť, ak využijete štátnu dotáciu v programe Zelená domácnostiam, pri modernizáciách v starších domoch aj v programe Obnov dom. Treba zdôrazniť, že následne vás čakajú nižšie prevádzkové náklady než pri iných druhoch vykurovania. Táto technológia vám tak oproti súčasným kondenzačným plynovým kotlom môže ušetriť až 35 % prevádzkových nákladov, a to počas celého obdobia zimnej sezóny. Investícia do hybridného systému sa tak môže rýchlo vrátiť.
Ekologické prínosy a udržateľnosť
Hybridné vykurovacie systémy prispievajú k ochrane klímy a znižovaniu emisií. V prevažnej väčšine využívajú obnoviteľné zdroje energie a elektrinu. Tepelné čerpadlá sú ekologickou voľbou vďaka takmer nulovým emisiám a zároveň sú nezávislé od fosílnych palív. Ak sa elektrická energia pre tepelné čerpadlá získava výrobou z jadrovej alebo vodnej elektrárne, použitie takýchto energetických zdrojov nemá žiadny negatívny ekologický vplyv, pretože pri výrobe elektrickej energie sa neprodukujú emisie. Nové hybridné tepelné čerpadlá dokážu využívať vzduch ako obnoviteľný zdroj energie počas celého obdobia zimnej sezóny, čo umožňuje znížiť emisie CO2 až o 50 %. Okrem toho využívajú chladivo R32, ktoré je vysoko ohľaduplné k životnému prostrediu, čím prispievajú k zvýšeniu energetickej triedy (A++).
Zvýšený záujem o tepelné čerpadlá v sektore vykurovania, vetrania a chladenia (HVAC) prudko stúpol. Dôvodom sú snahy znižovať emisie skleníkových plynov, ale aj rastúce ceny energií či neistota ohľadom dodávok plynu. Väčší dôraz na obnoviteľné zdroje energie pomáha znižovať emisie CO2 a zlepšovať celkovú kvalitu ovzdušia.
Flexibilita, nezávislosť a komfort
S hybridným vykurovaním sa stanete nezávislejšími a flexibilnejšími. Tepelné čerpadlo sa môže používať v režime vykurovania (vo vykurovacej sezóne) aj chladenia (v lete). V teplejších mesiacoch poskytujú hybridné systémy klimatizáciu, aby bol váš domov chladný. Hybridné systémy dokážu rýchlo a efektívne reagovať na zmeny teploty, čo zabezpečuje stabilné a komfortné vnútorné prostredie.
Na rozdiel od vykurovania, ktorého náklady sú ovplyvnené vnútornou a vonkajšou teplotou budovy, zostávajú náklady na ohrev teplej úžitkovej vody takmer konštantné. Počas letných mesiacov je možné využiť tepelné čerpadlo na ohrev vody veľmi úsporným spôsobom a kombinovať režimy prípravy teplej úžitkovej vody a chladenia, pričom v zime zabezpečuje ohrev teplej vody kotol. Inteligentné riadiace systémy navyše umožňujú jednoduché ovládanie cez mobilné aplikácie, čo zaručuje užívateľský komfort na ďalšej úrovni. Aj keď ste mimo domova, máte vždy prístup k svojmu vykurovaciemu systému a jeho ovládacím prvkom a všetko môžete pohodlne sledovať online.
Vhodnosť pre modernizáciu a novostavby
Hybridný systém s tepelným čerpadlom môže byť ideálnym riešením pre rôzne projekty dodatočného vybavenia alebo modernizácie v existujúcej budove. Kľúčovou informáciou je, že váš súčasný vykurovací systém sa dá v staršom dome jednoducho rozšíriť. Hybridné systémy s tepelnými čerpadlami sú ideálne v prípade energetických modernizácií existujúcich budov. Platná legislatíva pri novostavbách nariaďuje, že rodinný dom, ktorý získa stavebné povolenie po 1. januári 2021, má spĺňať podmienky na zaradenie do energetickej triedy A0 (potreba primárnej energie do 54 kWh/m2 za rok). S akými technológiami, respektíve ich kombináciou, sa zmestíte do novej normy, vždy závisí od konkrétneho projektu domu.
Typy a komponenty hybridných systémov
Tepelné čerpadlá
Tepelné čerpadlá typu vzduch/voda sú obľúbeným a čoraz častejšie inštalovaným riešením. Tepelné čerpadlá na vykurovanie objektov je možné rozdeliť podľa prostredia, z ktorého sa získava energia, na tepelné čerpadlá zem - voda, voda - voda a vzduch - voda. Tepelné čerpadlá vzduch/voda dokážu využívať energiu pochádzajúcu z obnoviteľných zdrojov, teda zo vzduchu, ktorý je všade okolo nás a zadarmo. Tepelné čerpadlá využívajú ako primárny zdroj energie obnoviteľnú energiu zo vzduchu, ktorý je dostupný všade a zdarma. Len zhruba 25 % energie je potrebné dodať vo forme elektrickej energie. O zvyšných 75 % sa postará príroda spolu s tepelným čerpadlom.
Pri každom zariadení výrobcovia uvádzajú údaj COP (skratka zo slov coefficient of performance). Je to koeficient účinnosti, vypočítaný ako pomer odovzdanej tepelnej energie (tepla) k vstupnej elektrickej energii v určitom definovanom pracovnom bode (teplote). Vykurovací systém s tepelným čerpadlom vzduch/voda sa najčastejšie skladá z tepelného čerpadla v exteriéri. V technickej miestnosti sa zároveň umiestni vnútorná jednotka (interiérový hydraulický modul s integrovaným zásobníkom na teplú vodu), prípadne vnútorná jednotka a externý zásobník na teplú vodu. Systém sa dokáže postarať o vykurovanie aj prípravu teplej vody. Pre rýchlu a jednoduchú montáž bez potreby náročných stavebných úprav sú pri modernizáciách vykurovania v starších domoch obľúbené monoblokové alebo splitové tepelné čerpadlá vzduch/voda.
Plynové kondenzačné kotly
Plynové kondenzačné kotly hrajú dôležitú úlohu v hybridných systémoch, najmä pri nižších vonkajších teplotách, kedy dopĺňajú účinnosť tepelného čerpadla. V súčasnosti sa už na Slovensku predávajú inovatívne typy kondenzačných plynových kotlov, ktoré dokážu spaľovať zmes zemného plynu s maximálne 20 % prímesou vodíka. Ich nová technológia spaľovania zaručuje neustále optimalizovanú prevádzku aj pri zmene zloženia plynu, ktorú predstavuje ekologická prímes. V budúcnosti sa očakávajú kotly pripravené na vodík, schopné pracovať s prímesou vodíka postupne až do 100 %.
Inteligentná systémová regulácia
Kľúčovým prvkom hybridných systémov je inteligentná systémová regulácia, ktorá ponúka plnú kontrolu nad vykurovaním. Systémový regulátor automaticky rozhodne, ktorý zdroj energie použije pre efektívnu prevádzku systému. Ak je tepelné čerpadlo účinnejším zdrojom tepla, kotol zostáva vypnutý, pokiaľ tepelné čerpadlo samo pokrýva potrebu tepla. Rozdiel pri hybridnom systéme vykurovania spočíva v intuitívnom prepínaní medzi zdrojmi tepla, ktoré zabezpečuje inteligentný systémový regulátor.
Príkladom takejto regulácie je sensoCOMFORT alebo Hoval TopTronic E. V základnom nastavení regulácie je možné zadávať a aktualizovať ceny energií, vrátane nízkych a vysokých tarifných cien dodávateľa elektriny, ako aj ceny za kWh spotreby plynu. To umožňuje riadiacemu systému automaticky vybrať najefektívnejší zdroj energie pre danú situáciu, minimalizujúc tak náklady. Inteligentná regulácia Hybrid Pro Control myslí dopredu a reguluje systém pomocou variabilných nastavení. Dokáže napríklad rozpoznať, ako dlho bude tepelné čerpadlo schopné samo pokryť celú potrebu tepla. Ak by sa tento čas prekročil, vyžiada si zálohu z kondenzačného modulu. Na základe aktuálne nastavených cien energie pre elektrinu a plyn alebo olej vypočíta, ktorý druh paliva sa dá v danom čase najefektívnejšie využiť. Zároveň nikdy nestráca zo zreteľa účinnosť systému ako celku, s možnosťou prevádzky s dôrazom na environmentálnu zodpovednosť alebo na nákladovú efektívnosť.
Viaczdrojové systémy a akumulácia
Hybridné systémy sa delia na bivalentné a trivalentné. Bivalentné systémy sú vykurovacie systémy s dvoma zdrojmi tepla, najčastejšie s kotlom a tepelným čerpadlom alebo s kotlom a so systémom solárnych kolektorov či fotovoltických panelov. Trivalentné systémy obsahujú tri zdroje tepla, napríklad plynový kotol, tepelné čerpadlo a solárny kolektor alebo fotovoltický panel. Hybridné vykurovanie so štyrmi alebo viacerými zdrojmi tepla sa nerealizuje, pretože ide o zložitý projekt, ktorého zapojenie a nákladovo efektívne využitie nie je reálne najmä vzhľadom na celkovú vysokú obstarávaciu cenu.
S cieľom zabezpečiť hospodárnosť prevádzky hybridného vykurovacieho systému obsahujú bivalentné aj trivalentné systémy akumulačný zásobník. Na jar a na jeseň tepelné čerpadlo zvyčajne postačuje na dodávku tepla, ktoré je potrebné na vykurovanie budov. Keď je chladnejšie ročné obdobie, tepelné čerpadlo a kotol ohrievajú vykurovaciu vodu súčasne alebo striedavo v závislosti od hospodárnosti prevádzky.
Solárne termické systémy dokážu ušetriť 70 až 80 % ročných nákladov na prípravu teplej vody. Na využitie slnečného žiarenia na ohrev vody sa používajú ploché aj vákuové trubicové kolektory. Solárne kolektory možno pripojiť k iným zdrojom tepla, napríklad ku kondenzačnému kotlu, kotlu na drevo alebo k tepelnému čerpadlu. Možné sú aj kombinácie s elektrokotlom, prípadne s elektrickým podlahovým vykurovaním.
Scenáre implementácie
Modernizácia existujúcich budov
Hybridný systém s tepelným čerpadlom môže byť ideálnym riešením pre rôzne projekty dodatočného vybavenia alebo modernizácie v existujúcej budove. Náklady závisia od konkrétnych stavebných podmienok, ale s najväčšou pravdepodobnosťou budete môcť využiť existujúce potrubné rozvody a vykurovací systém s radiátormi. Všetko je možné zachovať a s minimálnym úsilím prepojiť; jediné nutne potrebné je nové pripojenie k vonkajšej jednotke tepelného čerpadla. Ak je váš existujúci kotol zachovalý a stále v dobrom stave, môžete ho vo väčšine prípadov zachovať a jednoducho skombinovať s novým tepelným čerpadlom.
Príkladové situácie a odporúčania:
- Dom je dobre izolovaný, ale kotol je starší a bolo by vhodné ho vymeniť. Ako riešenie sa odporúča hybridný systém s plynovým kotlom a tepelným čerpadlom. Tepelné čerpadlo zabezpečí väčšiu časť vykurovania a teplej vody, kotol sa zapojí iba v prípade zníženia vonkajšej teploty.
- Používaný plynový kotol nie je veľmi starý, spĺňa potrebné normy, ale stúpa výška účtov za plyn. Riešením je rozšírenie súčasného systému vykurovania a ohrevu teplej vody o tepelné čerpadlo, ktoré bude poskytovať väčšinu vykurovacieho výkonu.
- Ideálnym riešením v dome vždy bol plynový kombinovaný kotol s prietokovým ohrevom teplej vody, ale kvôli nárastu nákladov a neistote fosílnych palív sa to mení. Ako riešenie sa navrhuje úplne nový, kompaktný a efektívny hybridný systém, kde väčšinu vykurovania zabezpečí tepelné čerpadlo.
Majitelia starších domov s elektrokotlom sa často snažia myslieť do budúcnosti a urobiť prvý krok k obnoviteľným zdrojom energie. Hybridné systémy možno použiť na vykurovanie a prípravu teplej vody v rodinných domoch s relatívne nízkou spotrebou tepla, ale aj vo veľmi veľkých budovách s vysokou spotrebou tepla.
Integrácia s inteligentnou domácnosťou a inými technológiami
Nové zelené technológie prirodzene patria do inteligentnej domácnosti. Hovoríme o ovládaní vykurovacieho systému na diaľku, cez aplikáciu v smartfóne či tablete. Budúcnosť praje kombináciám nových zelených technológií, ktorými sú ekologické tepelné čerpadlá spolu s centrálne riadeným vetraním a fotovoltikou. Tepelné čerpadlá sa v domoch v triede A0 odporúčajú kombinovať s centrálne riadeným vetraním s rekuperáciou (so spätným získavaním tepla).
Táto kombinácia síce predstavuje vyššiu vstupnú investíciu, ale z hľadiska spotreby energie počas prevádzky je najšetrnejšia. Vetrací systém s rekuperáciou odvedie odpadový vzduch z interiérov domu, energiu z neho využíva na ohrev privádzaného čerstvého vzduchu. Spätne sa tak získava energia, ktorá už raz bola vložená do vykurovania a bola by sa pri klasickom vetraní stratila. Ideálne je, ak je súčasťou systému fotovoltika, ktorá vyprodukuje elektrickú energiu potrebnú na prevádzku tepelného čerpadla aj centrálnej ventilačnej jednotky. Zatiaľ čo plyn si domácnosť sama zabezpečiť nevie, vlastnú elektrinu si vyrobiť môže. Zmysel preto dáva balíkové riešenie, kedy tepelné čerpadlo vstupuje do vykurovacieho systému spolu s fotovoltikou. Rastúci počet fotovoltických inštalácií prirodzene otvára otázku efektívneho využitia vyrobenej elektriny. Batériové úložiská pomáhajú riešiť problém, kam s nespotrebovanou elektrinou.
Budúcnosť hybridného vykurovania
Vodík ako budúce palivo
Vodík je jedným z kľúčov k zelenej revolúcii vo vykurovaní. Je to najjednoduchšia a najrozšírenejšia chemická látka vo vesmíre, odhaduje sa, že 90 % viditeľného vesmíru sa skladá z vodíka. Tento prvok má množstvo výhod - ide o silný a flexibilný zdroj, 1 kg vodíka má rovnakú energiu ako 2,8 kg benzínu. Existuje niekoľko spôsobov výroby vodíka. Rozdielny vplyv, aký majú na životné prostredie, sa premieta do jeho prívlastku vo forme farby. Existujú štyri hlavné typy: zelený, tyrkysový, modrý a sivý. V súčasnosti je najbežnejší a cenovo najefektívnejší sivý vodík, je však najmenej ekologický, vyrába sa zo zemného plynu. Aby bol ekologický, musí sa vyrábať bez CO₂, na báze obnoviteľných energií, ako takzvaný zelený vodík. Ten vzniká elektrolýzou, štiepením molekuly vody na dva prvky, kyslík a vodík.
Prvá fáza prechodu na zmes zemného plynu a vodíka už nastáva, je ňou prímes vodíka do existujúcej siete zemného plynu maximálne do 20 %. Tento krok umožňuje zníženie emisií až o 7 %. Inštalácia kotlov pripravených na prímes vodíka je jednoduchá, majú totiž rovnakú veľkosť a využívajú rovnakú sieť zemného plynu ako doteraz predávané plynové kotly. Druhým krokom majú byť kotly pripravené na vodík, schopné pracovať s prímesou vodíka postupne až do 100 %. Pôjde o prechodnú generáciu plynových kotlov, fungujúcich najskôr s 20 % vodíkom, s tým rozdielom, že pomocou ďalšieho príslušenstva sa budú dať vylepšiť tak, aby fungovali na 100 % vodík.
Trhové trendy a legislatíva
Prognózy hovoria, že nás čaká rýchla expanzia zelených energií a masívny prechod na tepelné čerpadlá. Európska komisia predpokladá do roku 2027 inštaláciu desiatich miliónov tepelných čerpadiel na vykurovanie domácností a kancelárií v Európe. Záujem o tepelné čerpadlá v sektore vykurovania, vetrania a chladenia (HVAC) prudko stúpol. Výhodou hybridnej prevádzky je, že umožňuje integrovať tepelné čerpadlá do vykurovacích systémov nielen v nových budovách, ale aj v tých objektoch, ktoré prechádzajú obnovou. Trendom je čoraz viac aplikácií tepelných čerpadiel do už existujúcich budov po ich modernizácii. Zatiaľ čo v súčasnosti sú inštalácie tepelných čerpadiel do novostavieb a starších budov približne v pomere 50 : 50, v najbližších rokoch sa tento pomer bude postupne preklápať v prospech starších rekonštruovaných objektov.
Údržba a servis
Aj tie najkvalitnejšie zariadenia vyžadujú kontrolu a preventívnu údržbu. Údržba tepelného čerpadla sa odporúča raz za rok. Túto každoročnú servisnú prehliadku požadujú všetci výrobcovia v záručných podmienkach. Hybridné systémové riešenia je potrebné kontrolovať minimálne raz ročne, čo zahŕňa krátke prerušenie ich prevádzky na vykonanie preventívnych opatrení. Netreba sa obávať, pretože kým technik údržby vykonáva servis kotla, tepelné čerpadlo môže pokračovať v prevádzke a naopak. Tepelné čerpadlo vzduch/voda napríklad v porovnaní s kotlom na tuhé palivo prináša väčší komfort, počas vykurovacej sezóny totiž nevyžaduje pravidelnú obsluhu a je zároveň zdravším riešením, pretože do ovzdušia nevylučuje škodlivé tuhé častice a emisie.
tags: #hybridne #vykurovanie #a #chladenie