Experti Bosch Termotechnika: Hybridní vytápění pro stávající budovy

Co jsou hybridní systémy a jaké jsou podmínky pro instalaci?

V zásadě nejde o historicky neznámá řešení. Důležitá je technická úroveň dnešní doby a možnost plně optimalizovat návrh i provoz. V nabídce Bosch jde především o kombinaci tepelného čerpadla a palivového kotle. V německých podmínkách především plynového nebo na extra lehký topný olej, ale vyloučeny nejsou pelety a další paliva. Z pohledu optimální funkce je ideální takový kotel, který dokáže plně komunikovat s tzv. Hybridmanagerem.

Kdy nasazovat hybridní systémy? V grafickém vyjádření energetické náročnosti stávajících budov v závislosti na roku jejich výstavby jsou velmi zřetelné změny vyvolané zavedením energetických kritérií. V německém prostředí je to například rok 1977, kdy byla zavedena první směrnice pro snížením potřeby tepla, rok 1978, kdy se začaly domy masivně zateplovat, rok 2003 s působností první evropské směrnice s působností na energetickou náročnost budov atp. V následujícím grafu je vyznačena oblast budov vzniklých do roku 2003, které jsou zvláště vhodné pro uplatnění hybridního vytápění.

Zájem o hybridní systémy se opírá o tři druhy motivů:

• působení dotací, průmyslové granty, marketingová hodnota značky „low carbon“, nízká uhlíková stopa
• významný růst cen fosilních paliv, uhlíková daň, snížení cenových výkyvů
• zákazy fosilních paliv, cíle v obnovitelnosti, ErP legislativa, povinnosti vůči poskytovatelům energie a podnikům, energetické certifikáty budov.

Hybridní systém využívá vždy právě to nejlepší, čím jedna nebo druhá technologie v něm použitá disponuje. Slovo právě znamená v daném okamžiku, což mohou být i sekundy, podle vlastností zapojených technologií a schopnosti je uvést do provozu. U tepelného čerpadla je základním přínosem jeho vysoká energetická efektivita a v závislosti na zdroji elektrické energie i úspora CO₂, u kotlů jejich robustnost, schopnost pracovat s otopnými soustavami vyžadujícími vyšší provozní teploty, snadná dostupnost aj.

V hybridním systému se tepelné čerpalo nenavrhuje na výkon vyplývající z maximálních požadavků na teplo pro vytápění a přípravu teplé vody. Volí se bivalentní provoz s kotlem. V příkladu níže leží bod bivalence na teplotě venkovního vzduchu 5 °C. Provoz může být řešen paralelní činností TČ i kotle (graf vlevo) nebo jen jedním z nich (graf vpravo).

Návrh na bivalentní provoz šetří investiční náklady ve srovnání s pokrytím celého potřebného výkonu jen TČ, přesto může být energeticky velmi výhodný. Na základě provedených studií a technických norem byl sestaven graf pokrytí potřeby tepla TČ v závislosti na tom, s jakým procentním podílem TČ pokryje požadovaný výkon. Německému požadavku BAFA, aby výkon TČ odpovídal minimálně 25 % celkového návrhového výkonu, odpovídá, že TČ pokryje cca 75 % celoroční potřeby tepla. Tzn., že na kotel zbude jen 25 %.

V konkrétním příkladu rodinného domu byl kotel 22 kW doplněn TČ se jmenovitým výkonem 6 kW, čemuž odpovídá 27 %. Jednalo se o dům postavený v roce 1960, na kterém byla v roce 2013 provedena částečná renovace. 120 m² vytápěné plochy zajišťují radiátory, 80 m² podlahové vytápění. V domě bydlí 4 osoby a pro přípravu teplé vody slouží zásobník o objemu 290 litrů. Potřeba tepelného výkonu je 16,5 kW.

Plně paralelní bivalentní provoz kotle a TČ umožnily vlastnosti TČ, přičemž bod bivalence byl stanoven na +5 °C. Z následujícího grafu zachycujícího období květen 2020 až duben 2021 vyplývá vysoký podíl TČ na výrobě tepla. Z důvodů testování byla vypnuta příprava teplé vody v měsících únor až duben 2021.

A zde jsou závěry

• výkon TČ navržen 6 kW, tj. 35 % (6 kW/16,5 kW)
• TČ pokrylo 95 % potřeby tepla (za dobu 12 měsíců), 97 % (za dobu 9 měsíců)
• průměrný topný faktor za vytápění dosáhl 3,1 (za dobu 12 měsíců), při přípravě teplé vody 2,8 (za dobu 9 měsíců)
• hybridní řešení, které doplnilo plynový kotel, ušetřilo za rok 38 % emisí CO₂, celkem 1 tunu CO₂ (založeno na emisním faktoru 404 g/kWh u elektřiny a 219 g/kWh u zemního plynu)

Základní prvky hybridního systému

Základem hybridního systému Bosch je tepelné čerpadlo vzduch-voda. Další prvek je hydraulická skupina, která propojí tepelné čerpadlo a kotel. Její činnost ovládá Hybridmanager HM200. Manažer obsahuje funkci smart grid, může být řízen podle aktuálního vývoje cen elektřiny a plynu, pokud tyto údaje dodavatelé poskytují, případě je lze předvolit. Pokud se jedná o kotle a TČ z produkce Bosch nebo Buderus, u novějších je velká pravděpodobnost možnosti využít veškeré funkce, které Hybridmanager HM200 nabízí. Je možná spolupráce i s jinými výrobky, ale může být omezena až jen na řízení stylem on-off. V případě zájmu se doporučuje kontaktovat společnost Bosch Termotechnika a konkrétní potřebu konzultovat.

Hybridní systémy mají velký potenciál velmi rychle snížit produkci CO₂. Pro majitele kotlů, které jim spolehlivě zajišťují výrobu tepla, je rozšíření o TČ s menším výkonem, než je výpočtová potřeba, investičně zajímavým řešením. Navíc řešením, které může být za určitých předpokladů i dotováno. Například v českých podmínkách, v rámci NZÚ 2021, lze na dodatečnou instalaci tepelného čerpadla pro přípravu teplé vody získat až 45 000 Kč. Řešením, které stojí za zvážení, je-li k dispozici nevyužívaná plynová přípojka, může být v případě nařízené likvidace kotle na pevná paliva nižší než 3. třídy do konce srpna 2022, dotovaná investice do kombinace plynového kondenzačního kotle a tepelného čerpadla s malým výkonem, tedy zcela nového hybridního, plně bivalentně pracujícího systému tak, jak o tom hovořili experti společnosti Bosch Termotechnika.