Pompa ciepła z kotłem gazowym – jak działa taka instalacja grzewcza?

Systemy ogrzewania oparte na współpracy pompy ciepła z kotłem gazowym pozwalają na wykorzystanie zalet obu tych urządzeń, co przekłada się na wyższą efektywność energetyczną, niższe koszty ogrzewania, a także zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego. W artykule opisujemy zasadę działania tego typu układów grzewczych, ich najważniejsze zalety oraz zastosowanie.

Spis treści

1. Pompa ciepła z kotłem gazowym – konfiguracje i zasada działania instalacji
2. Pompa ciepła z kotłem gazowym – zalety i wady systemu
3. Kiedy sprawdzi się połączenie pompy ciepła z kotłem gazowym?

Pompa ciepła z kotłem gazowym – konfiguracje i zasada działania instalacji

Działanie pompy ciepła oraz kotła gazowego w jednej instalacji grzewczej jest możliwe w dwóch podstawowych konfiguracjach:

• System hybrydowy

Pompa ciepła i kocioł gazowy pracują współzależnie, a sterownik automatycznie wybiera źródło ciepła o najwyższej wydajności w danym momencie. Priorytetowym źródłem ciepła zazwyczaj jest pompa ciepła, a kocioł gazowy jedynie wspomaga ją w okresach niskich temperatur zewnętrznych lub dużego zapotrzebowania na ciepło.

• System biwalentny

Pompa ciepła i kocioł gazowy pracują niezależnie od siebie, a wybór źródła ciepła odbywa się ręcznie lub automatycznie na podstawie zadanych parametrów. System ten dzieli się dalej na: równoległy i alternatywny.

W budynkach jednorodzinnych najczęściej stosuje się systemy hybrydowe. W takim układzie oba źródła ciepła wspólnie pracują na rzecz ogrzewania budynku oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej. W danym momencie działa to urządzenie, które przynosi najwięcej oszczędności. Ze względu na większą wydajność i niskie koszty eksploatacji, zazwyczaj główne źródło ciepła stanowi pompa ciepła. Taka instalacja umożliwia uzyskanie sporych łącznych mocy grzewczych. Energia z obu źródeł jest wykorzystywana efektywnie i przy optymalnym projekcie instalacyjnym.

Co ważne, poszczególne urządzenia nie są od siebie całkowicie uzależnione – awaria jednego z nich nie wyklucza pracy drugiego. W systemach hybrydowych, w których pompa ciepła i kocioł gazowy współpracują ze sobą, z reguły instalacja automatycznie decyduje o załączeniu danego urządzenia na cele ogrzewania i przygotowania c.w.u. To czy w danej chwili pracę podejmą powietrzne pompy ciepła czy kocioł gazowy jest bezpośrednio związane z aktualnymi warunkami pogodowymi na zewnątrz, chociaż zależy to również m.in. od rodzaju pompy ciepła czy od konstrukcji budynku.

W systemie biwalentnym, w którym pompa ciepła i kocioł gazowy pracują niezależnie, wyróżnia się dwa tryby:

• równoległy: oba źródła ciepła pracują równolegle, np. pompa ciepła ogrzewa wodę użytkową, kocioł gazowy ogrzewa budynek;
• alternatywny: źródła ciepła pracują na zmianę, np. pompa ciepła pracuje w dzień, a kocioł gazowy w nocy.

Ważnym parametrem w takich układach jest punkt biwalentny, inaczej punkt równowagi. Określa on wartość temperatury zewnętrznej, poniżej której moc pompy ciepła będzie niewystarczająca do ogrzania budynku i konieczne będzie uruchomienie kotła gazowego do zapewnienia dodatkowego ciepła. Znajomość punktu biwalentnego jest ważna dla doboru odpowiedniej pompy ciepła i drugiego źródła ciepła. W praktyce często przyjmuje się, że pompa ciepła powinna pokrywać 95% mocy, a drugie źródło – 5%. Punkt biwalentny zależy od następujących czynników:

• rodzaju pompy ciepła;
• izolacji termicznej;
• położenia geograficznego;
• temperatury zadanej.

W przypadku dużych obiektów, takich jak hotele czy hale produkcyjne, stosuje się bardziej zaawansowane rozwiązania. Przykładem jest tzw. system kaskadowy, w którym kilka pomp ciepła współpracuje z kotłem gazowym. 

Pompa ciepła z kotłem gazowym – zalety i wady systemu

Wiemy już, że w systemie hybrydowym pompa ciepła funkcjonuje jako główne źródło ciepła w wysokich temperaturach zewnętrznych, a kocioł gazowy wspomaga ją w okresach niskich temperatur, zapewniając maksymalną wydajność całego systemu. Wśród przykładowej konfiguracji pomp ciepła i kotłów gazowych w systemie hybrydowym dla domów jednorodzinnych można wskazać połączenie: pompa ciepła powietrze-woda + kocioł kondensacyjny.

W układzie hybrydowym można zastosować dwa oddzielne urządzenia: pompę ciepła i kocioł gazowy lub zintegrowaną pompę hybrydową. W takim rozwiązaniu pompa ciepła powietrze-woda i kocioł gazowy są fabrycznie połączone w jednym urządzeniu i sterowane za pomocą jednego inteligentnego sterownika. W układzie hybrydowym najczęściej stosuje się właśnie urządzenia zintegrowane.

Do zalet systemu hybrydowego zalicza się:

• efektywność energetyczną: połączenie zalet pomp ciepła i kotłów gazowych pozwala na optymalizację zużycia energii i obniżenie kosztów;
• ograniczenie zużycia gazu ziemnego i emisji CO₂;
• ekologiczność: systemy hybrydowe są bardziej ekologiczne niż tradycyjne kotły gazowe, a pompa ciepła wykorzystuje energię ze źródeł odnawialnych;
• komfort: systemy hybrydowe zapewniają komfort cieplny w budynku przez cały rok;
• możliwość chłodzenia latem;
• możliwość zastosowania w nowych oraz w modernizowanych budynkach;
• możliwość dostosowania do różnych potrzeb energetycznych i klimatów;
• niską awaryjność: pompy ciepła i kotły gazowe to urządzenia o wysokiej niezawodności;
• kompatybilność z różnymi emiterami ciepła, jak np. klimakonwektory, ogrzewanie podłogowe czy zwykłe grzejniki.

 Wady układu hybrydowego pompa ciepła i kocioł gazowy:

• wyższy koszt instalacji: systemy hybrydowe są droższe w instalacji niż tradycyjne kotły gazowe;
• złożoność: systemy hybrydowe wymagają bardziej skomplikowanej instalacji i sterowania;
• potrzeba fachowej wiedzy i doświadczenia do montażu i serwisowania;
• ograniczona efektywność pomp ciepła: pompy ciepła mogą nie być tak wydajne w niskich temperaturach zewnętrznych; w ekstremalnych mrozach kocioł gazowy musi być głównym źródłem ciepła;
• należy wziąć pod uwagę zapotrzebowanie budynku na ciepło, klimat i dostępność miejsca;
• ważny jest dobór odpowiedniej pompy ciepła i kotła gazowego do danego budynku.

W porównaniu z system hybrydowym, układ biwalentny (dwa niezależne od siebie źródła ciepła) jest tańszy i prostszy w instalacji, ale może być mniej wydajny i komfortowy w użytkowaniu. W systemie biwalentnym źródła ciepła mogą być dowolne, np. pompa ciepła i kocioł gazowy, pompa ciepła i kocioł na biomasę itp.

Przeczytaj także:

• Wysokotemperaturowe pompy ciepła - jakie mają zastosowanie? Ile kosztują? Czym się różnią od pomp niskotemperaturowych?
• Certyfikacja F-gazowa instalatorów i serwisantów - co to jest, kogo obowiązuje, jak zdobyć uprawnienia?
• Czy warto zamontować pompy ciepła w budynkach istniejących? Czy trzeba wymienić grzejniki?

Kiedy sprawdzi się połączenie pompy ciepła z kotłem gazowym?

Zarówno układ hybrydowy, jak i biwalwentny, charakteryzują się dużą uniwersalnością, co oznacza, że można je z powodzeniem wykorzystać w wielu różnych typach budynków. Dużą zaletą jest kompatybilność z różnymi emiterami ciepła, jak np. klimakonwektory, ogrzewanie podłogowe czy zwykłe grzejniki. Instalacje tego typu są jednak bardziej skomplikowane, co wiąże się z wyższymi kosztami inwestycji, a także częstszymi przeglądami i serwisowaniem. W przypadku zintegrowanych urządzeń, czyli tzw. hybrydowych pomp ciepła, istnieje bardziej ograniczony wybór – asortyment urządzeń dostępnych na rynku jest mniejszy. 

Połączenie pompy ciepła i kotła gazowego jest uzasadnione przede wszystkim wtedy, gdy:

• budynek jest nowy i dobrze zaizolowany;
• istnieje możliwość podłączenia do sieci gazowej;
• ceny prądu i gazu na rynku są korzystne;
• inwestorowi zależy na bezpieczeństwie energetycznym.

A kiedy nie warto stosować systemu grzewczego z pompą ciepła i kotłem gazowym? Oto kilka przypadków:

• niewystarczająca izolacja budynku (jeśli straty ciepła będą duże, obniży to wydajność pompy ciepła i może zniwelować jej zalety);
• niewielkie zapotrzebowanie na ciepło budynku (pompa ciepła może pracować zbyt krótko, aby w pełni wykorzystać swoje możliwości).

Przed podjęciem decyzji o wyborze opisywanego systemu warto wziąć pod uwagę dostępność miejsca i warunki w danym budynku, kwestie złożoności całej instalacji i ewentualnych problemów z jej sterowaniem, a także dostępność fachowców w danym regionie. Należy też dokładnie przeanalizować potrzeby użytkowników oraz wielkość budżetu na ten cel.

W 2024 r. dostępnych jest kilka możliwości finansowania systemu grzewczego opartego na pompie ciepła współpracującej z kotłem gazowym. Inwestorzy mogą skorzystać z programów dofinansowania zarówno na poziomie krajowym (np. Program Mój Prąd, Czyste Powietrze), jak i regionalnym. W przypadku modernizacji jednorodzinnych budynków mieszkalnych, wydatki te można odliczyć od przychodu w ramach Ulgi termomodernizacyjnej.

inż. Marianna Leśniewicz