Hybrid district heating substations
Łukasz Trzciński, Michał Turski
Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska
Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 2026 (2), 3-8, DOI: https://doi.org/10.65545/COW.2026.02.02
Słowa kluczowe: miejskie systemy ciepłownicze 4G, hybrydowe węzły cieplne, efektywny energetycznie system ciepłowniczy i chłodniczy, transformacja energetyczna
Streszczenie
Integracja odnawialnych źródeł energii z sieciami ciepłowniczymi trzeciej generacji i starszymi stanowi istotne wyzwanie technologiczne z uwagi na ich wysokotemperaturowy i jednokierunkowy charakter przesyłu ciepła. Elementem nowoczesnych systemów ciepłowniczych, łączącym ich rozszerzone funkcje, są hybrydowe węzły cieplne. Literatura wskazuje, że zastosowanie hybrydowych węzłów cieplnych pozwala obniżyć zużycie ciepła o 35-65%. Definicje hybrydowych węzłów cieplnych często są niejednoznaczne, z tej przyczyny w niniejszym artykule przeanalizowano definicje i funkcje hybrydowych węzłów cieplnych, obejmujące integrację odnawialnych źródeł energii, magazynowanie ciepła, dwukierunkową wymianę ciepła, chłodzenie oraz inteligentne zarządzanie. Najczęściej stosowane funkcje to integracja źródeł i magazynowanie, natomiast chłodzenie i wymiana dwukierunkowa nie są jeszcze stosowane w praktycznych rozwiązaniach, z tej przyczyny zaproponowano kompleksowe uwzględnienie wszystkich funkcji jako równoważnych oraz rozszerzenie i ujednolicenie definicji hybrydowego węzła cieplnego.
Pobierz artykuł w formacie PDF
Pobierz cały numer w formacie PDF
Keywords: 4G district heating systems, hybrid district heating substations, energy-efficient heating and cooling systems, energy transformation
Abstract
Integrating renewable energy sources with third-generation and older district heating networks causes a significant technological challenge due to their high-temperature and one-way heat transfer characteristics. Hybrid district heating substations are a component of modern district heating systems that combine their expanded functions. Literature indicates that the use of hybrid district heating substations can reduce heat consumption by 35-65%. Definitions of hybrid district heating substations are often ambiguous. Therefore, we analysed the definitions and functions of hybrid district heating substations, including the integration of renewable energy sources, heat storage, two-way heat exchange, cooling, and intelligent management. The most frequently developed functions are source integration and heat storage, while cooling and two-way heat exchange are not yet implemented in practical solutions. Therefore, a comprehensive consideration of all functions as equivalent and an expansion and unification of the definition of a hybrid district heating substation were proposed.
Download the article in PDF format
Download the entire issue in PDF format
Bibliografia / Bibliography
Andersen, E., Chen, Z., Fan, J., Furbo, S., & Perers, B. (2014). Investigations of intelligent solar heating systems
for single family house. Energy Procedia, 48, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.02.002
Baba, F. M., Ge, H., Zmeureanu, R., & Wang, L. L. (2023). Optimizing overheating, lighting, and heating energy performances in Canadian school for climate change adaptation: Sensitivity analysis and multi-objective optimization methodology. Building and Environment, 237, 110336. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2023.110336
Carpaneto, E., Lazzeroni, P., & Repetto, M. (2015). Optimal integration of solar energy in a district heating network. Renewable Energy, 75, 714-721. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.10.055
David, A., Mathiesen, B. V., Averfalk, H., Werner, S., & Lund, H. (2017). Heat roadmap Europe: large-scale electric heat pumps in district heating systems. Energies, 10(4), 578. https://doi.org/10.3390/en100405
European Parliament and Council. (2023). Directive (EU) 2023/1791 of 13 September 2023 on energy efficiency and amending Regulation (EU) 2023/955 (recast).Official Journal of the European Union, L 231, 1–111. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/ALL/?uri=CELEX:32023L1791 (Dostęp z 17.10.2025)
Han, W., Sun, L., Zheng, D., Jin, H., Ma, S., & Jing, X. (2013). New hybrid absorption–compression refrigeration system based on cascade use of mid-temperature waste heat. Applied energy, 106, 383-390. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.01.067
Hassine, I. B., & Eicker, U. (2013). Impact of load structure variation and solar thermal energy integration on an existing district heating network. Applied thermal engineering, 50(2), 1437-1446. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.12.037
Klimczak, M., Kołek, K., & Wierzbiński, M. (2022). Hybrydowy węzeł cieplny z systemem IT wspomagającym zarządzanie zużyciem energii w budynkach. Nowa Energia, nr 4(85)/2022. https://www.cire.pl/filemanager/Materia%C5%82y%20Problemowe%20%28Wies%C5%82aw%20Drozdowski%29%20
/9d36c7b8f911e11df934cb69a1677956a6819e13dc049dc061bd7a3079e579d8.pdf (Dostęp z 17.10.2025)
Kreft, W. (2010). Hierarchiczne i rozproszone sterowanie dystrybucją energii cieplnej. Pomiary Automatyka
Robotyka, 14, 61-67.
Lund, H., Østergaard, P. A., Nielsen, T. B., Werner, S., Thorsen, J. E., Gudmundsson, O., Arabkoohsar, A. & Mathiesen, B. V. (2021). Perspectives on fourth and fifth generation district heating. Energy, 227, 120520. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120520
Maier, S. (2016). Smart energy systems for smart city districts: case study Reininghaus District. Energy, Sustainability and Society, 6(1), 23. https://doi.org/10.1186/s13705-016-0085-9
OPEC Spółka z o.o. (2025). Wytyczne do projektowania i budowy węzłów hybrydowych (Wydanie 1.1, obowiązuje od 01.03.2025). https://opecgdy.com.pl/dokumenty/pdf/2025/wytyczne-do-projektowania-i-budowy-wezlow-hybrydowych_wydanie-1.1.pdf (Dostęp z 17.10.2025)
Østergaard, D. S., Smith, K. M., Tunzi, M., & Svendsen, S. (2022). Low-temperature operation of heating systems to enable 4th generation district heating: A review. Energy, 248, 123529. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123529
Perez‐Mora, N., Bava, F., Andersen, M., Bales, C., Lennermo, G., Nielsen, C., Furbo, S., & Martínez‐Moll, V. (2018). Solar district heating and cooling: A review. International Journal of Energy Research, 42(4), 1419-1441. https://doi.org/10.1002/er.3888
Petela, K., & Szlek, A. (2019). Control algorithm for an advanced hybrid heating and cooling node–Analysis of its potential. Energy Conversion and Management, 201, 112087. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112087
PGE Energia Ciepła S.A. (2023, 22 listopada). PGE Energia Ciepła uruchomiła innowacyjną instalację Hybrydowego Węzła Ciepła. https://pgeenergiaciepla.pl/aktualnosci/pge-energia-ciepla-uruchomila-innowacyjna-instalacje-hybrydowego-wezla-ciepla (Dostęp z 17.10.2025)
Sdringola, P., Ricci, M., Ancona, M. A., Gianaroli, F., Capodaglio, C., & Melino, F. (2023). Modelling a prototype of bidirectional substation for district heating with thermal prosumers. Sustainability, 15(6), 4938. https://doi.org/10.3390/su15064938
Siddiqui, F. R., El-Shaarawi, M. A. I., & Said, S. A. M. (2014). Exergo-economic analysis of a solar driven hybrid storage absorption refrigeration cycle. Energy Conversion and Management, 80, 165-172. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.01.029
Simpson, J. G., Long, N., & Zhu, G. (2024). Decarbonized district energy systems: Past review and future projections. Energy Conversion and Management: X, 24, https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2024.100726
Skagestad, B., & Mildenstein, P. (2002). District heating and cooling connection handbook. NOVEM, Netherlands Agency for Energy and the Environment. https://www.iea-dhc.org/fileadmin/documents/Annex_VI/DHC_Connection_Handbook.pdf (Dostęp z 17.10.2025)
Stokowiec, K., Wciślik, S., & Kotrys-Działak, D. (2023). Innovative modernization of building heating systems: the economy and ecology of a hybrid district-heating substation. Inventions, 8(1), 43. https://doi.org/10.3390/inventions8010043
Szczęśniak, A., Bujalski, W., Grzebielec, A., Futyma, K., Karwacki, J., & Rolka, P. (2021). A hybrid district heating substation with an adsorption chiller and PCM storage units: a concept and preliminary study. In E3S Web of Conferences (Vol. 321, p. 02009). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202132102009
Turski, M. (2023). Magazynowanie ciepła w miejskich systemach ciepłowniczych. Instal, (10), 4-8. DOI: https://doi.org/10.36119/15.2023.10.1.
Veolia Energia Warszawa S.A. (2025, 8 września). Veolia Energia Warszawa wdraża innowacyjne rozwiązanie Ciepłomat w Office House na Towarowej 22. Energia dla Warszawy. https://www.energiadlawarszawy.pl/veolia-energia-warszawa-wdraza-innowacyjne-rozwiazanie-cieplomat-w-office-house-na-towarowej22/ (Dostęp z 17.10.2025)
Yang, X., Li, H., & Svendsen, S. (2016). Decentralized substations for low-temperature district heating with no Legionella risk, and low return temperatures. Energy, 110, 65-74. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.12.073