Dlaczego hybryda do CWU ma dziś sens?
Jeszcze kilka lat temu przygotowanie ciepłej wody użytkowej kojarzyło się głównie z klasycznym zasobnikiem i kotłem, który „robił temperaturę” niezależnie od warunków na zewnątrz.
Dziś coraz częściej w domach i obiektach usługowych pracują pompy ciepła – i słusznie, bo potrafią zapewnić tanią energię przez większą część roku. Jest jednak pewien haczyk: to urządzenia, które najlepiej czują się w umiarkowanych warunkach pracy.
Kiedy temperatura zewnętrzna spada, wydajność pompy ciepła maleje, a wraz z nią jej możliwości podgrzewania wody do wysokich parametrów. W praktyce oznacza to, że choć katalogowo pompa potrafi dojść nawet do 60–75°C, to przy dużym mrozie lub w starszych konstrukcjach realna temperatura zasilania może spaść w okolice 45–47°C.
Po doliczeniu strat na wymianie ciepła dostajemy w zasobniku mniej więcej 40–43°C – czyli wartość na granicy komfortu. Pompa dalej pracuje, ale robi to ciężej, wolniej i mniej ekonomicznie.
Właśnie tutaj pojawia się sens układów hybrydowych. Połączenie pompy ciepła z kotłem pozwala wykorzystać to, co najlepsze w obu technologiach: pompa zapewnia tanią energię bazową, a kocioł wchodzi wtedy, gdy potrzebna jest szybka reakcja i wysoka temperatura.
Taki duet szczególnie dobrze sprawdza się w CWU, bo potrzeba ciepłej wody jest nie tylko sezonowa, ale też szczytowa – rano, wieczorem, w weekendy czy w obiektach o dużej rotacji użytkowników. Hybryda daje więc nie tylko oszczędność, ale przede wszystkim stabilność temperatury i bezpieczeństwo komfortu.
Jak działa hybrydowy układ pomp ciepła i kotła?
Serce całej idei stanowi logika pracy dwóch źródeł. Pompa ciepła jest pierwsza w kolejce – ma utrzymywać poziom temperatury wystarczający do „bazy”, czyli wstępnego podgrzewu. Kocioł działa jako źródło szczytowe. Nie musi pracować długo ani często, ale ma być gotowy do błyskawicznego dogrzania wody do wymaganych parametrów.
Ważnym pojęciem są punkty biwalentne. To momenty, w których pompa ciepła – ze względu na warunki zewnętrzne lub zapotrzebowanie instalacji – przestaje samodzielnie „domykać” potrzeb cieplnych.
Gdy system wykryje, że temperatura lub moc z pompy nie wystarczą, automatycznie uruchamia się kocioł. Dzięki temu nie ma ryzyka, że użytkownicy zostaną z letnią wodą tuż wtedy, gdy najbardziej jej potrzebują.
W praktyce poprawnie zaprojektowany układ hybrydowy powinien dopuszczać sytuację, w której pompa pracuje przez większą część roku, a kocioł „pojawia się na scenie” tylko wtedy, gdy jest to uzasadnione technicznie lub komfortowo. To podejście ogranicza koszty eksploatacji i wydłuża życie pompy, bo nie zmusza jej do pracy w najbardziej niekorzystnych warunkach.
Duże instalacje: stacja świeżej wody i bufor warstwowy
W budynkach o dużym zużyciu CWU – hotelach, pensjonatach, blokach, obiektach sportowych czy nawet w dużych domach wielorodzinnych – klasyczny zasobnik z wężownicą bywa po prostu niewystarczający. Tu najczęściej wygrywa układ oparty na buforze ciepła ze stratyfikacją i stacji świeżej wody.
Zasada jest prosta, ale genialna w skutkach. Bufor jest podzielony temperaturami na strefy. Dolna część bufora pracuje na niższym parametrze i jest „królestwem” pompy ciepła.
To ona podgrzewa wodę z poziomu wejściowego do około 45°C. Dla pompy to świetny zakres pracy – wysoka sprawność, stabilna moc, często całoroczna możliwość realizacji zadania.
Górna strefa bufora należy już do kotła, który w razie potrzeby podbija temperaturę do poziomu około 70°C. W efekcie stacja świeżej wody dostaje wodę grzewczą o wysokich parametrach i potrafi błyskawicznie przygotować CWU przepływowo.
To rozwiązanie ma kilka bardzo praktycznych zalet. Po pierwsze, pompa ciepła nie walczy o wysokie temperatury, więc działa taniej i łagodniej. Po drugie, stacja świeżej wody podgrzewa wodę na bieżąco, a nie w wielkim zasobniku.
To oznacza korzyść higieniczną – nie trzeba regularnie wygrzewać całej objętości podgrzewacza w ramach walki z Legionellą, bo dezynfekuje się jedynie mały wymiennik w stacji. Po trzecie, stacje można dobierać do realnych przepływów (np. 27 czy 40 l/min) i łączyć w kaskady, co daje elastyczność w rozbudowie obiektu.
Mniejsze układy: zasobnik z wężownicą i wsparcie kotła
W domach jednorodzinnych czy mniejszych instalacjach nadal często spotyka się klasyczny zasobnik z wężownicą. Taki układ też może być hybrydowy, tylko w prostszej wersji. Pompa ciepła grzeje wodę tak wysoko, jak pozwalają na to warunki i jej konstrukcja.
Jeżeli temperatura okazuje się zbyt niska, do gry wchodzi kocioł i bez problemu dobija do wartości komfortowej albo realizuje wygrzew antylegionellowy przy 70–80°C.
Ważny detal projektowy to odpowiednio duża powierzchnia wężownicy dla pompy ciepła. Pompa potrzebuje sporego wymiennika, żeby pracować bezpiecznie i bez błędów związanych z wysokim ciśnieniem. Zbyt mała wężownica sprawia, że pompa musi podnosić parametry bardziej, niż powinna – a to prosta droga do spadku sprawności i problemów serwisowych.
Dobór i projektowanie w Logasoft DIWA?
Nawet najlepsza idea nie zadziała, jeśli elementy instalacji będą dobrane „na oko”. W hybrydach do CWU liczy się precyzja: trzeba znać zapotrzebowanie na wodę, profil zużycia i wyliczyć, jakie pojemności oraz wydajności będą naprawdę potrzebne. W tym celu stosuje się program doborowy Logasoft DIWA, który prowadzi projektanta krok po kroku.
Oprogramowanie pozwala tworzyć profile zużycia CWU na bazie gotowych szablonów (np. hotel, szpital) albo danych własnych, takich jak liczba mieszkań, użytkowników czy punktów poboru.
Dzięki temu obliczenia nie bazują na uśrednieniach, tylko na realistycznym scenariuszu. Program umożliwia też symulację podziału bufora na część obsługiwaną przez pompę oraz przez kocioł, co jest kluczowe w rozwiązaniach warstwowych. Na tej podstawie można właściwie zwymiarować bufor, dobrać stację świeżej wody i ocenić, jak system zachowa się w szczytach.
Praktyczna wskazówka wynikająca z doświadczeń instalatorów jest taka, by kocioł jako źródło szczytowe dobrać z pewnym zapasem – tak, żeby w razie awarii pompy mógł przejąć całe zapotrzebowanie na CWU.
Z kolei stację świeżej wody warto dobrać lekko „na wyrost”, bo większa wydajność pozwala systemowi pracować efektywnie nawet przy niższych parametrach zasilania, np. latem, gdy pompa sama daje radę.
źródło i zdjęcia: Buderus Polska