Wydawać by się mogło, że wspólna praca łączonych źródeł ciepła nie ma swojej nazwy. Jest to jednak błędne przekonanie. Łączony system, gdzie pracuje np. pompa ciepła i kocioł grzewczy nazywamy bowiem systemem biwalentnym. Specjaliści wyróżniają kilka rodzajów systemów pracy źródeł ciepła.
W pierwszej kolejności należy wyjaśnić znaczenie terminu „system monowalentny”. To system, w którym pompa ciepła jest jedynym urządzeniem pokrywającym całkowite zapotrzebowanie na energię cieplną. Systemu monowalentnego nie możemy stosować wszędzie. Jego poprawne działanie i możliwość zastosowania wynikają z Obliczania Zapotrzebowania na Ciepło (w skrócie OZC). Maksymalna temperatura w tym systemie na odbiorniku (np. grzejniku) wynosi 55oC.
Wśród systemów biwalentnych wyróżniamy trzy rodzaje: alternatywny, równoległy – monoenergetyczny i częściowo równoległy. We wszystkich tych systemach pracują dwa urządzenia grzewcze, choć ich działanie rożni się nieco od siebie. System biwalentny alternatywny działa na zasadzie zamiany źródeł ciepła. Pompa ciepła pokrywa tylko zapotrzebowanie, jakie zostało określone w obliczeniach OZC. Chodzi tu przeważnie o temperatury ujemne: jeśli pompa ma punkt wyłączenia zaprogramowany na np. - 8oC, po przekroczeniu tej temperatury następuje jej wyłączenie, a funkcję źródła ciepła przejmuje kocioł grzewczy. W tym systemie możemy zastosować kocioł gazowy lub olejowy. Wynika to z faktu, że zasilanie tego systemu jest ograniczone maksymalnie do temperatury 90oC.
System biwalentny równoległy działa bardzo podobnie. Pompa ciepła może pracować do określonej w OZC temperatury, np. - 8oC, a po przekroczeniu tej temperatury drugie źródło ciepła włącza się. Od punktu włączenia drugiego źródła energii oba urządzenia pracują w tym samym czasie – ciepło zapewnia i pompa ciepła, i kocioł grzewczy. W przypadku, gdy drugim źródłem ciepła jest grzałka elektryczna, mamy do czynienia z systemem biwalentnym równoległym monoenergetycznym. Układ ten pracuje w systemie 70-50, co oznacza, że maksymalna temperatura systemu wynosi 70oC, a maksymalna temperatura powrotu instalacji - 50oC. Jest to najpopularniejszy system spośród systemów biwalentnych.
Trzecim systemem biwalentnym jest system częściowo równoległy. Podobnie jak w dwóch poprzednich systemach, pompa pracuje do określonej w OZC temperatury. Po jej osiągnięciu włącza się drugie urządzenie (kocioł grzewczy olejowy lub gazowy). Obniżenie temperatury o kolejne stopnie powoduje wyłączenie się pompy ciepła (jest to wspomniana wcześniej temperatura punktu biwalentnego, wyłączenia pompy ciepła). Od tego momentu obciążenie grzewcze przejmuje w całości kocioł grzewczy. Ten układ pracy stosowany jest przy temperaturze zasilania systemu do i powyżej 60oC.
Dobór pompy ciepła powinien być oparty na dwóch uwarunkowaniach:
• obniżająca się temperatura powietrza zewnętrznego implikuje wzrost zapotrzebowania ciepła budynku;
• obniżająca się temperatura źródła ciepła implikuje obniżenie się mocy cieplnej pompy ciepła.
W monoenergetycznym systemie pracy pompa ciepła dostarcza od 85 do 95% wymaganego ciepła. Elektryczne źrodło ciepła uzupełnia braki. Takim źródłem może być wbudowany przepływowy podgrzewacz elektryczny (grzałka) lub elektryczny kocioł grzewczy. Moc grzewcza pompy ciepła jest zmniejszona, ale również niższa jest cena inwestycji. Koszt eksploatacji może być wyższy, gdy energia zużywana przez pompę ciepła przekroczy 15%.
Pompa ciepła w biwalentnym równoległym systemie pracy może dostarczyć między 60 a 80% potrzebnej energii cieplnej. Poprawne działanie tego systemu zależy w dużej mierze od rewelacyjności mocy grzewczej drugiego źródła ciepła.
W biwalentnym alternatywnym trybie pompa ciepła dostarcza również 60-80% wymaganego ciepła. Pozostałe 20-40% dostarcza nieelektryczne źródło ciepła. Ten zmienny tryb pracy jest najbardziej przydatny w modernizowanych obiektach, które mają niższy standard energetyczny i wyższą temperaturę roboczą instalacji.
Każdy z trybów eksploatacji pompy ciepła ma swoje odrębne zastosowanie. Biwalentny tryb monoenergetyczny znajduje zastosowanie w nowych budynkach niskoenergetycznych. Warto pamiętać, że mamy możliwość przyjęcia niższych założeń: przy mniejszej mocy grzewczej pompy ciepła otrzymamy niższe koszty zakupu, a mniejsze dolne źródło ciepła możemy zastosować, gdy np. nie dysponujemy zbyt dużą ilością miejsca.
Równoległy biwalentny system możemy stosować przy modernizacjach systemu grzewczego. Posłużenie się tym systemem jest również możliwe, gdy standard energetyczny budynku i podwyższone temperatury robocze instalacji nie pozwalają na pracę pompy ciepła w trybie monowalentnym lub biwalentnym monoenergetycznym.
System biwalentny alternatywny ma zastosowanie głownie przy modernizacjach systemów grzewczych, przy zachowaniu w budynku dotychczasowego źródła ciepła. Dzięki temu, bieżące zapotrzebowanie na ciepło pokrywa zasilanie pompą ciepła, a skutki niższych temperatur zewnętrznych są niwelowane przez dotychczasowe źródło ciepła.
Wadą pracy biwalentnej jest przede wszystkim większe niż w przypadku pracy monowalentnej zużycie energii z konwencjonalnego źródła. Jednocześnie stanowi to pewnego rodzaju zaletę: wyższe koszty eksploatacji wiążą się z niższymi kosztami zakupu pompy, która może mieć mniejszą moc niż w przypadku systemu monowalentnego. Obliczeniowa temperatura zewnętrzna, jaką przyjmuje się do OZC, to - 20oC. Jest to wielkość obowiązująca na terytorium niemal całej Polski, jednak w praktyce tak silne mrozy nie trwają długo, a przez większość sezonu grzewczego nie wykorzystujemy nawet 50% mocy instalacji.
Najlepszą więc metodą na ustalenie optymalnych wymagań dla systemu biwalentnego jest analiza panujących w danym miejscu warunków klimatycznych oraz porównanie kosztów zakupu i eksploatacji inwestycji w rożnych wariantach. Ważne, aby brać pod uwagę godzinowy odczyt temperatury, gdyż sezonowa lub miesięczna średnia da nam niezbyt dokładne informacje o rozkładzie temperatur. Taki pomiar okaże się pomocny podczas ustalania czasu, przez jaki będzie musiało pracować drugie źródło ogrzewania oraz wysokości wiążących się z tym kosztów.