EP4428448A1 - Verfahren zur umrüstung einer heizungsanlage, heizungsanlage und verwendung - Google Patents

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EP4428448A1
EP4428448A1 EP24161396.7A EP24161396A EP4428448A1 EP 4428448 A1 EP4428448 A1 EP 4428448A1 EP 24161396 A EP24161396 A EP 24161396A EP 4428448 A1 EP4428448 A1 EP 4428448A1
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EP
European Patent Office
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heating
gas heater
heat pump
heating system
water
Prior art date
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Pending
Application number
EP24161396.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolas Morilleau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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Publication of EP4428448A1 publication Critical patent/EP4428448A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/10—Feed-line arrangements, e.g. providing for heat-accumulator tanks, expansion tanks ; Hydraulic components of a central heating system
    • F24D3/1091—Mixing cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump

Definitions

  • the invention relates to a method for converting a heating system, a heating system and a use.
  • the present invention relates in particular to heating systems for single-family houses, which in particular comprise wall-mounted gas boilers for heating hot water. These are to be improved with regard to CO2 emissions.
  • the existing gas boiler generates CO2 emissions when gas is burned to heat the house and possibly also to heat water.
  • CO2 emissions Upon the backdrop of global warming and the collective awareness of the need for ecological change, there is a desire to switch to an ecological energy supply in order to reduce CO2 emissions and possibly even operating costs.
  • the EN 10 2009 011 715 A1 describes a hydraulic switch with two flow stages for a heating system with a high-temperature and a low-temperature heat generator, whereby a solar heat exchanger is installed within the flow space of the hydraulic switch is provided.
  • a heat storage tank is provided in the heating system.
  • the EN 10 2006 028 521 A1 describes a heating system that also includes two heat sources, a preheating tank, a heat storage tank and a buffer tank.
  • the complex design makes this solution unsuitable for retrofitting, and in this respect this heating system cannot contribute anything to solving the above problem.
  • the EP 2 159 495 A1 describes a heating system in which a heat pump and a boiler are connected in parallel via a hydraulic switch. A control unit for controlling the same and a hot water tank are also disclosed. However, this system is also not suitable for retrofitting.
  • a concept for converting a heating system is to be provided that is easy and space-saving to install. It is also desirable that the heating system can work without significant loss of comfort for the user but with reduced CO2 emissions.
  • the heating system can be installed in a building, such as a single-family home.
  • the heating system is designed to heat radiators in the building so that a desired room temperature can be set for the rooms.
  • the radiators can be designed as radiators, surface heating systems, etc. They are characterized by the fact that they are designed to release heat to the room or room surfaces, which is supplied by means of heating water. After the heat has been released or leaves the radiators, the heating water is fed to a heat exchanger in the gas heater, where a fuel gas-air mixture is burned and the combustion heat is fed back into the heating water.
  • a fossil, gaseous fuel is usually burned with air to generate the desired heat.
  • the exhaust gases are released into the environment via an exhaust system, possibly after exhaust gas treatment.
  • the process is particularly used in heating systems where the heating water has previously only been heated by a (single) gas heater.
  • the gas heater is the only device in the heating system that increases the temperature of the heating water (in a controlled manner).
  • a heat pump is to be installed in the heating system described above, this is usually done with the simultaneous integration of a buffer storage tank, the installation of which allows the heat supply and heat demand to be decoupled.
  • the hot heating water is then taken from the buffer storage tank (as needed or temporarily), and the gas heater and the heat pump together supply the buffer storage tank with hot heating water (as needed or temporarily).
  • the buffer storage tank of such a gas heating system ensures that the gas heater has to start up less often and therefore also has a longer operating time.
  • One type of buffer storage tank is the stratified storage tank, in which several (water) layers form within the boiler, each of which has a different temperature.
  • the stratified storage tank has various feed and extraction points at which heat (water) can be taken and/or supplied, so that the different heat levels in the boiler are maintained as far as possible. This leads to more energy-efficient operation, in which temperature losses can be kept to a minimum.
  • a buffer storage boiler usually has a storage volume of more than 500 liters, especially more than 1,000 liters.
  • this solution is very complex, expensive and requires a lot of installation space.
  • a hydraulic switch is integrated into the heating system (instead of a buffer tank).
  • the hydraulic switch is designed in such a way that the heating water circuits of the two heat generators are hydraulically decoupled or separated, which can regularly be different.
  • a hydraulic switch can be installed vertically between a primary and a secondary circuit and decouple these two system areas.
  • the flow and return are connected to the hydraulic separator. Due to a predetermined size and/or a predetermined storage volume of the hydraulic separator, the flow rate of the heating water through it can be relatively low. Therefore, the different water flows from the flow and/or return can create a temperature stratification inside: the warmer/hot heating water flows through the connections geodetically located at the top, the colder heating water flows through the connections geodetically located at the bottom.
  • the result of this method can in particular be a heating system with a hydraulic switch, as is also disclosed or proposed below.
  • the hydraulic switch can be connected to an inlet and outlet of the gas heater.
  • the inlet is used to supply cooler heating water to the gas heater for heating.
  • the outlet is used to supply heating water heated by combustion in the gas heater away from the gas heater.
  • the inlet and/or outlet can be assigned to the gas heater or extend from a housing of the gas heater. It is possible to connect the hydraulic switch directly there.
  • the gas heater can therefore (already originally) be hung on a wall at a distance above the floor so that users or operators can easily use a control panel and/or a display on the gas heater.
  • the space between the gas heater and the floor can be used to save space to install or accommodate the hydraulic separator.
  • a heating system which comprises at least one gas heater and a heat pump, which together generate a
  • the pipe system is designed with a hydraulic separator, which represents the largest water reservoir in the pipe system and/or has a storage volume of a maximum of 10 liters.
  • the heating system was manufactured in particular using the conversion process described here.
  • the explanations of the conversion process can be used in part or in full to describe the (new) heating system.
  • the heating system comprises a pipe system that usually hydraulically connects heat generators (such as gas heaters, heat pumps), heat consumers (such as radiators) and, if necessary, (external or separate) conveying devices (such as pumps) so that the heating water can flow to and from these components.
  • the pipe system can be formed with pipes. Fittings, sensors, etc. can be assigned to the pipe system.
  • the pipe system can therefore specify a flow path for the heating water, which can be designed in the form of a simple circuit or a more complex circuit with branches and/or loops.
  • the heating system has (only) a single heat pump and a (single) gas heater. It is preferred that the (colder) heating water coming from the radiators (via the heating return) is first fed to the heat pump, then (as required or via the heating flow) to the gas heater, before it flows back to the radiators.
  • only a single hydraulic separator is provided in the pipe system.
  • the hydraulic separator which is part of the pipe system, means that the pipe system itself no longer requires a separate buffer storage tank.
  • the hydraulic separator represents the largest heating water reservoir in the pipe system, i.e. in other words, no other part of the pipe system provides a larger reservoir (per unit length of the pipe system) for heating water.
  • the hydraulic switch can be designed with a storage volume of a maximum of 10 liters. It is preferred that the storage volume of the hydraulic switch is in the following range: 5 to 10 liters. This enables efficient operation and at the same time a space-saving arrangement.
  • the hydraulic switch and line sections of a heating flow and a heating return can (together) form a kit.
  • it can be a predetermined configuration of the hydraulic switch to which (possibly predetermined or marked) provided or assigned line sections can be connected.
  • (only) line sections of a heating flow can be connected to the hydraulic switch or are intended for connection.
  • a line section for implementation on/in the heating return is not connectable to the hydraulic switch or is intended for connection there.
  • connection pieces and/or line sections of the heating flow can be provided which (can) connect the hydraulic switch to an inlet and/or an outlet of the gas heater.
  • the kit can include uniform packaging or specify a joint installation of the components.
  • Such a kit can (also) include a differential pressure valve, which is designed to be positioned between the pipe sections of the heating flow and the heating return, or in the installed version between the heating flow and the heating return.
  • the differential pressure valve is designed to initiate or create a pressure equalization between the heating flow and the heating return.
  • the components of the kit are at least partially provided in a kit housing. It is possible that the kit housing can be assembled together with pre-installed components of the kit. It is possible that all of the components of the kit mentioned are at least partially located within the kit housing, possibly even before assembly or installation. This enables a compact and/or easy-to-handle retrofit kit.
  • the heat pump is an air-water heat pump in a monoblock design.
  • the system of an air-water heat pump contains a coolant that constantly circulates in a circuit. In this circuit, it is heated by the ambient air that is sucked in and compressed until it releases this heat to the heating water, cools down and the cycle begins again.
  • a monoblock device all of the important technical components of the heat recovery process are combined in a single device, namely the compressor, the condenser, the throttling device (expansion valve) and the evaporator.
  • a hydraulic separator as the only heating water storage tank in a hybrid heating system with a gas heater and heat pump is proposed. This is particularly intended to provide a space-saving, energy-efficient retrofit for gas heaters and to reduce CO2 emissions when operating the gas heater.
  • the problem described at the beginning is solved by providing a very compact hydraulic kit that can be easily installed under the wall-mounted gas heater.
  • a small LW heat pump can be connected, creating a very efficient hybrid system that significantly reduces the CO2 emissions of the system with very little investment.
  • This new hybrid hydraulic kit is very compact, and can be installed under the existing hanging gas heater, especially if the width and depth are the same.
  • Fig.1 illustrates the structure of a (conventional) heating system 1 with a (wall-mounted) gas heater 2 (with additional domestic hot water heating (DHW) 3), a radiator 14 and a pipe system 8 with a heating flow 9 and a heating return 10.
  • a (conventional) heating system 1 with a (wall-mounted) gas heater 2 (with additional domestic hot water heating (DHW) 3), a radiator 14 and a pipe system 8 with a heating flow 9 and a heating return 10.
  • DHW domestic hot water heating
  • Fig. 2 the structure of a (converted) heating system 1 is illustrated schematically.
  • This comprises a gas heater 2 and a heat pump 4, which together can heat heating water conveyed in a pipe system 8 of the heating system 1.
  • the gas heater 2 has an inlet 6, via which heating water can be supplied.
  • the gas heater 2 has a burner 16 and a heat exchanger 15 assigned to the burner 16, wherein the heating water in this heat exchanger 15 can be heated by means of the burner 6.
  • Another (possibly electric) DHW heat exchanger 15 for drinking water for heating heating water is provided in parallel in a switchable branch.
  • the heated heating water can leave the gas heater 2 via an outlet 7.
  • the heat pump 4 is an air-water heat pump in monoblock design.
  • the pipe system 8 has a hydraulic switch 5, which is designed in such a way that it represents the largest heating water reservoir in the pipe system 8 and/or has a (predetermined) small storage volume.
  • the hydraulic switch is connected to pipe sections to the following components: to the heat pump 4, to the inlet 6 of the Gas heater 2, to the outlet 7 of the gas heater 2 and to the radiator 14. Downstream of the hydraulic switch 5, a differential pressure valve 13 is provided, arranged between line sections of the heating flow 9 and the heating return 10.
  • the hydraulic switch 5 as well as pipe sections of the heating flow 9 and the heating return 10 form a kit 11 which can be accommodated in a common kit housing 12.

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Abstract

Verfahren zur Umrüstung einer Heizungsanlage (1) mit einem Gasheizgerät (2) zur Erwärmung von Heizwasser, einem Leitungssystem (8) und mindestens einem Heizkörper (14), wobei eine Wärmepumpe (4) zur Erwärmung von Heizwasser und eine hydraulische Weiche (5), die das größte Heizwasserreservoir im Leitungssystem (8) darstellt oder ein Speichervolumen von maximal 10 Litern hat, in die Heizungsanlage (1) integriert werden. Zudem wird eine Heizungsanlage (1) angegeben, umfassend mindestens ein Gasheizgerät (2) und eine Wärmepumpe (4), die gemeinsam ein in einem Leitungssystem (8) der Heizungsanlage (1) gefördertes Heizwasser erwärmen können, wobei das Leitungssystem (8) mit einer hydraulischen Weiche (5) ausgeführt ist, die das größte Heizwasserreservoir im Leitungssystem (8) darstellt oder ein Speichervolumen von maximal 10 Litern hat.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zur Umrüstung einer Heizungsanlage, eine Heizungsanlage und eine Verwendung.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Heizungssysteme für Einfamilienhäuser, die insbesondere wandhängende Gasheizkessel zur Erwärmung von Heizwasser umfassen. Diese sollen mit Blick auf die CO2-Emissionen verbessert werden.
  • Der vorhandene Gasheizkessel erzeugt CO2-Emissionen bei der Verbrennung von Gas zur Beheizung des Hauses und ggf. auch zur Warmwasserbereitung. Vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung und des kollektiven Bewusstseins für die Notwendigkeit eines ökologischen Wandels besteht der Wunsch einer Umstellung auf eine ökologische Energieversorgung, um die CO2-Emissionen und ggf. sogar auch die Betriebskosten zu senken.
  • Verfügbare Lösungen, um ihren Kohlenstoff-Fußabdruck zu verringern, sind: (A) Ersatz des funktionalen und kompakten Gasheizkessels durch ein Hochleistungs-Wärmepumpensystem; (B) Installierung einer Hybridlösung, bei der eine Wärmepumpe an die bestehende Anlage angeschlossen wird. Der Ersatz eines Gasheizkessels gemäß (A) ist oft sehr teuer (Produktkosten und Installationskosten). Die Lösung (B), den vorhandenen Gasheizkessel zu hybridisieren, ist ebenfalls sehr komplex und teuer, insbesondere weil sie den Einbau eines separaten Pufferspeichers für das Heizwasser erfordert.
  • Die DE 10 2009 011 715 A1 beschreibt eine hydraulische Weiche mit zwei Strömungsstufen für eine Heizungsanlage mit einem Hochtemperatur- sowie einem Niedertemperatur-Wärmeerzeuger, wobei ein Solarwärmetauscher innerhalb des Strömungsraumes der hydraulischen Weiche vorgesehen ist. Zusätzlich ist in der Heizungsanlage ein Wärmespeicher vorgesehe. Diese Lösung ist für eine Umrüstung einer bestehenden Heizungsanlage nicht geeignet und kann zu der oben genannten Problemstellung nicht beitragen,
  • Die DE 10 2006 028 521 A1 beschreibt eine Heizungsanlage, die gleichfalls zwei Wärmequellen, einen Vorwärmspeicher, einen Wärmespeicher sowie einen Pufferspeicher umfasst. Die aufwendige Gestaltung macht diese Lösung für eine Nachrüstung ungeeignet, und insofern kann auch diese Heizungsanlage zur Lösung obigen Problems nichts beitragen.
  • Auch die EP 2 159 495 A1 beschreibt eine Heizungsanlage, bei der eine Wärmepumpe und ein Boiler parallel über eine hydraulische Weiche eingebunden sind. Weiter werden eine Steuereinheit zur Steuerung derselben und ein Warmwasserspeicher offenbart. Jedoch ist auch dieses System nicht zur Nachrüstung geeignet.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lindern oder zu lösen. Insbesondere soll ein Konzept zur Umrüstung einer Heizungsanlage angegeben werden, dass einfach und platzsparend zu installieren ist. Weiter ist wünschenswert, dass das Heizungssystem für den Nutzer ohne signifikante Komfort-Einbußen aber reduzierten CO2-Emissionen arbeiten kann.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt ein Verfahren zur Umrüstung einer Heizungsanlage mit einem Gasheizgerät zur Erwärmung von Heizwasser, einem Leitungssystem und mindestens einem Heizkörper bei, wobei eine Wärmepumpe zur Erwärmung von Heizwasser und eine hydraulische Weiche, die das größte Heizwasserreservoir im Leitungssystem darstellt oder ein Speichervolumen von maximal 10 Litern hat, in die Heizungsanlage integriert werden.
  • Die Heizungsanlage kann beispielsweise in einem Gebäude, wie einem Einfamilienhaus installiert sein. Die Heizungsanlage ist dazu eingerichtet, Heizkörper im Gebäude zu erwärmen, damit für die Räume eine gewünschte Raumtemperatur einstellbar ist. Die Heizkörper können als Radiatoren, Flächenheizsysteme etc. ausgebildet sein. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Abgabe von Wärme zum Raum oder Raumflächen eingerichtet sind, welche mittels eines Heizwassers zugeführt wird. Nach Abgabe der Wärme bzw. Verlassen der Heizkörper wird das Heizwasser einem Wärmetauscher des Gasheizgeräts zugeführt, wobei dort ein Brenngas-Luftgemisch verbrannt wird und die Verbrennungswärme wieder dem Heizwasser zugeführt wird.
  • In dem Gasheizgerät wird meist ein fossiler, gasförmiger Brennstoff mit Luft verbrannt, um die gewünschte Wärme zu erzeugen. Die Abgase werden, ggf. nach einer Abgasnachbehandlung, über eine Abgasanlage an die Umgebung abgegeben.
  • Das Verfahren findet insbesondere Anwendung bei Heizungsanlagen, deren Heizwasser bislang allein mittels eines (einzigen) Gasheizgerätes erwärmt wird. Das bedeutet insbesondere, dass das Gasheizgerät in der Heizungsanlage das einzige Gerät ist, welches die Temperatur des Heizwassers (geregelt) erhöht.
  • Grundsätzlich bietet sich eine Umrüstung einer solchen Heizungsanlage an, wobei durch einen reduzierten Einsatz / Betrieb des Gasheizgeräts geringere CO2-Emissionen erreicht werden. Hierfür wird zur Erwärmung des Heizwassers zusätzlich eine Wärmepumpe installiert bzw. integriert. Damit können nach dem Umrüsten beide Wärmeerzeuger (vorrangig die Wärmepumpe und ggf. (nur) in hohen Lastsituationen auch das Gasheizgerät) das Heizwasser erwärmen und den Heizkörpern zur Verfügung stellen.
  • Soll in die vorstehend beschriebene Heizungsanlage eine Wärmepumpe eingebaut werden, erfolgt dies üblicherweise mit gleichzeitiger Integration eines Pufferspeichers, mit dessen Installation sich die Wärmebereitstellung und der Wärmebedarf entkoppeln lässt. Demnach wird das heiße Heizwasser (bedarfsgerecht bzw. zeitweise) aus dem Pufferspeicher entnommen, und das Gasheizgerät und die Wärmepumpe versorgen gemeinsam den Pufferspeicher (bedarfsgerecht bzw. zeitweise) mit heißem Heizwasser. Der Pufferspeicher einer solchen Gasheizung sorgt dafür, dass das Gasheizgerät seltener anspringen muss und daher auch auf eine längere Betriebszeit kommt. Eine Pufferspeicher-Art ist der Schichtladespeicher, bei dem sich innerhalb des Kessels mehrere (Wasser-)Schichten bilden, welche jeweils unterschiedlich temperiert sind. Der Schichtladespeicher besitzt verschiedene Einspeise- und Entnahmestellen, an denen Wärme (Wasser) entnommen und/oder zugeführt werden kann, so dass die unterschiedlichen Wärmeniveaus im Kessel möglichst beibehalten bleiben. Dies führt zu einem energetisch effizienteren Betrieb, bei dem Temperaturverluste geringgehalten werden können. Ein solcher Pufferspeicherkessel hat regelmäßig ein Speichervolumen von mehr als 500 Litern, insbesondere von mehr als 1.000 Litern. Diese Lösung ist allerdings sehr aufwändig, teuer und verlangt viel Bauraum.
  • Daher wird hier ein anderes Lösungskonzept verfolgt, wonach auf einen Pufferspeicherkessel verzichtet wird.
  • Es wird (statt einem Pufferspeicher) eine hydraulische Weiche in die Heizungsanlage integriert. Die hydraulische Weiche ist insbesondere so eingerichtet bzw. ausgeführt, dass die Heizwasserkreise der beiden Wärmeerzeuger hydraulisch entkoppelt bzw. getrennt sind, die regelmäßig unterschiedlich sein können. Eine hydraulische Weiche kann senkrecht zwischen einem Primär- und einem Sekundärkreis platziert werden und diese beiden Systembereiche entkoppeln. Dabei wird jeweils der Vor- und Rücklauf an die hydraulische Weiche angebunden. Durch eine vorbestimmte Größe und/oder ein vorbestimmtes Speichervolumen der hydraulischen Weiche kann die Fließgeschwindigkeit des Heizwassers dort hindurch relativ gering sein. Daher kann sich durch die unterschiedlichen Wasserströmungen aus dem Vor- und/oder Rücklauf im Innern eine Temperatur-Schichtung einstellen: durch die geodätisch oben liegenden Anschlüsse fließt das wärmere/heiße Heizwasser, durch die geodätisch unten liegenden Anschlüsse das kältere Heizwasser.
  • Als Ergebnis dieses Verfahrens kann insbesondere eine Heizungsanlage mit hydraulischer Weiche vorliegen, wie sie nachfolgend ebenfalls offenbart bzw. vorgeschlagen wird.
  • Die hydraulische Weiche kann an einen Zulauf und Ablauf des Gasheizgeräts angeschlossen werden. Über den Zulauf wird insbesondere kühleres Heizwasser dem Gasheizgerät zur Erwärmung zugeleitet. Über den Ablauf wird insbesondere durch die Verbrennung im Gasheizgerät erwärmtes Heizwasser aus dem Gasheizgerät weggeleitet. Zulauf und/oder Ablauf können dem Gasheizgerät zugeordnet sein, bzw. sich aus einem Gehäuse des Gasheizgerätes erstrecken. Es ist möglich, die hydraulische Weiche direkt dort anzuschließen.
  • Es ist insbesondere möglich, die hydraulische Weiche unterhalb des mindestens einen, wandhängenden Gasheizgeräts zu installieren. Das Gasheizgerät kann demnach (bereits ursprünglich) mit einem Abstand über dem Boden an einer Wand aufgehängt sein, so dass Nutzer oder Bediener einfach ein Bedienfeld und/oder eine Anzeige am Gasheizgerät nutzen können. Der Raum zwischen Gasheizgerät und Boden kann hier platzsparend zur Installation bzw. Unterbringung der hydraulische Weiche genutzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Heizungsanlage vorgeschlagen, welche mindestens ein Gasheizgerät und eine Wärmepumpe umfasst, die gemeinsam ein in einem Leitungssystem der Heizungsanlage geförderten Heizwasser erwärmen können. Das Leitungssystem ist hierbei mit einer hydraulischen Weiche ausgeführt, die das größte Wasserreservoir im Leitungssystem darstellt und/oder die ein Speichervolumen von maximal 10 Liter hat.
  • Die Heizungsanlage ist insbesondere mit dem hier genannten Verfahren zur Umrüstung hergestellt worden. Die Erläuterungen zum Umrüstverfahren können jedenfalls teilweise oder vollumfänglich zur Beschreibung der (neuen) Heizungsanlage herangezogen werden.
  • Die Heizungsanlage umfasst ein Leitungssystem, dass üblicherweise Wärmeerzeuger (wie Gasheizgerät, Wärmepumpe), Wärmeverbraucher (wie Heizkörper) und ggf. (externe bzw. separate) Fördereinrichtungen (wie Pumpe) miteinander hydraulisch verbindet, so dass das Heizwasser diese Komponenten anströmen und wieder davon wegströmen kann. Das Leitungssystem kann mit Leitungsrohren gebildet sein. Es können dem Leitungssystem ggf. Armaturen, Messfühler, etc. zugeordnet sein. Mit dem Leitungssystem kann demnach ein Strömungspfad für das Heizwasser vorgegeben sein, wobei dieses nach Art eines einfachen Kreislaufs oder eines komplexeren Kreislaufs mit Abzweigungen und/oder Schleifen ausgeführt sein kann.
  • Die Heizungsanlage weist insbesondere (nur) eine einzelne Wärmepumpe und ein (einzelnes) Gasheizgerät auf. Bevorzugt ist, dass das von den Heizkörpern kommende (kältere) Heizwasser (über den Heizungsrücklauf) zunächst der Wärmepumpe, dann (bedarfsgerecht bzw. über den Heizungsvorlauf) dem Gasheizgerät zugeführt wird, bevor es wieder die Heizkörper anströmt.
  • Bevorzugt ist auch nur eine einzelne hydraulische Weiche im Leitungssystem vorgesehen. Die hydraulische Weiche, die Teil des Leitungssystems ist, ermöglicht, dass das Leitungssystem selbst keinen separaten Pufferspeicherkessel mehr benötigt.
  • Dies wird insbesondere dadurch zum Ausdruck gebracht, dass die hydraulische Weiche das größte Heizwasserreservoir im Leitungssystem darstellt, also mit anderen Worten insbesondere kein anderer Teil des Leitungssystems ein größeres Reservoir (pro Längeneinheit des Leitungssystems) für Heizwasser bereitstellt.
  • Alternativ oder kumulativ kann die hydraulische Weiche mit einem Speichervolumen von maximal 10 Litern ausgeführt sein. Bevorzugt ist, dass das Speichervolumen der hydraulische Weiche in folgendem Bereich liegt: 5 bis 10 Liter Damit ist ein effizienter Betrieb und gleichzeitig eine platzsparende Anordnung ermöglicht.
  • Die hydraulische Weiche und Leitungsabschnitte eines Heizungsvorlaufs und eines Heizungsrücklaufs können (gemeinsam) einen Bausatz bilden. Es kann sich beispielsweise um eine vorbestimmte Konfiguration der hydraulischen Weiche handeln, an die (ggf. vorbestimmt oder gekennzeichnet) bereitgestellte bzw. zugeordnete Leitungsabschnitte anschließbar sind. Ganz besondere bevorzugt ist dabei, dass (nur) Leitungsabschnitte eines Heizungsvorlaufs an die hydraulischen Weiche anschließbar bzw. zum Anschließen vorgesehen sind. Dabei ist weiter bevorzugt, dass ein Leitungsabschnitt zur Implementierung an / in den Heizungsrücklauf nicht an die hydraulischen Weiche anschließbar bzw. zum Anschließen dort vorgesehen ist. Zusätzlich können Anschlussstücke und/oder Leitungsabschnitte des Heizungsvorlaufs vorgesehen sein, die die hydraulischen Weiche mit einem Zulauf und/oder einem Ablauf des Gasheizgerätes verbinden (können). Der Bausatz kann eine einheitliche Verpackung umfassen oder eine gemeinschaftliche Installation der Bauteile vorgeben.
  • Bei einem solchen Bausatz kann (auch) ein Differenzdruckventil vorgesehen sein, welches zur Anordnung zwischen den Leitungsabschnitten des Heizungsvorlaufs und des Heizungsrücklaufs vorgesehen ist bzw. in der installierten Version zwischen Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf vorgesehen ist. Das Differenzdruckventil ist eingerichtet, einen Druckausgleich zwischen Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf einzuleiten bzw. herzustellen.
  • Es ist möglich, dass die Bauteile des Bausatzes zumindest teilweise in einem Bausatzgehäuse vorgesehen sind. Es ist möglich, dass das Bausatzgehäuse mit vorinstallierten Bauteilen des Bausatzes gemeinschaftlich montierbar ist. Es ist möglich, dass alle genannten Bauteile des Bausatzes sich zumindest teilweise innerhalb des Bausatzgehäuses befinden, ggf. auch schon vor der Montage bzw. Installation. Die ermöglicht ein kompaktes und/oder leicht handhabbares Nachrüst-Kit.
  • Bevorzugt ist, dass die Wärmepumpe eine Luft-Wasser-Wärmepumpe in Monoblock-Bauweise ist. Das System einer Luft/Wasser-Wärmepumpe enthält ein Kältemittel, welches ständig in einem Kreislauf zirkuliert. In diesem wird es durch angesaugte Umgebungsluft erhitzt und soweit verdichtet, bis es diese Wärme an das Heizwasser abgibt, dadurch erkaltet und der Kreislauf erneut beginnt. Bei einem Monoblock-Gerät sind alle wichtigen technischen Komponenten des Wärmegewinnungs-Prozesses in einem einzigen Gerät zusammengeführt, nämlich der Verdichter (Kompressor), der Verflüssiger (Kondensator), das Drosselorgan (Expansionsventil) und der Verdampfer.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Verwendung einer hydraulischen Weiche als einziger Heizwasserspeicher einer hybriden Heizungsanlage mit Gasheizgerät und Wärmepumpe vorgeschlagen. Dies folgt insbesondere dem Zweck einer platzsparenden, energetisch effizienten Nachrüstung von Gasheizungen bzw. zur Reduzierung von CO2-Emissionen beim Betrieb der Gasheizung.
  • Das eingangs geschilderte Problem wird durch die Bereitstellung eines sehr kompakten Hydrauliksatzes gelöst, der einfach unter dem wandhängenden Gasheizgeräts installiert werden kann. Es kann eine kleine L-W-Wärmepumpe angeschlossen werden, so dass ein sehr effizientes Hybridsystem vorliegt, welches die CO2-Emissionen der Anlage mit sehr geringen Investitionen deutlich reduziert. Dieser neue Hybrid-Hydraulik-Bausatz ist sehr kompakt, und kann unter dem bestehenden hängenden Gasheizgerät installiert werden, insbesondere bei gleicher Breite und Tiefe.
  • Damit ist Möglichkeit geschaffen worden, ohne Pufferspeicher auszukommen und den Parallelbetrieb von Kessel und Wärmepumpe zu ermöglichen, ebenso wie die gleichzeitige Möglichkeit der Wärmepumpen-Enteisung im Bedarfsfall (Gegenstromprinzip).
  • Die Hauptvorteile solcher Lösungen sind:
    • Geringe Investitionen aufgrund der geringen Leistung der Wärmepumpe und keine Änderung des Heizkreises (gleiche Heizkörper);
    • Reduktion der CO2-Emissionen um bis zu 80% (abhängig vom Energiebedarf des Hauses);
    • Senkung der Betriebskosten für eine Zentralheizung und Wassererwärmung um bis zu ca. 30% (abhängig von den Energiekosten).
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine herkömmliche, umzurüstende Gasheizung, und
    Fig. 2:
    ein nachgerüstetes System einer Heizungsanlage.
  • Fig. 1 veranschaulicht den Aufbau einer (herkömmlichen) Heizungsanlage 1 mit einem (wandhängenden) Gasheizgerät 2 (mit einer zusätzlichen Trinkwassererwärmung (DHW) 3), einem Heizkörper 14 sowie ein Leitungssystem 8 mit einem Heizungsvorlauf 9 und einem Heizungsrücklauf 10.
  • Es wird hier vorgeschlagen, insbesondere diese (herkömmliche) Heizungsanlage 1 umzurüsten, indem eine Wärmepumpe 4 zur Erwärmung von Heizwasser und eine hydraulische Weiche 5 in die Heizungsanlage 1 integriert werden.
  • In Fig. 2 ist schematisch der Aufbau einer (umgerüsteten) Heizungsanlage 1 veranschaulicht. Diese umfasst ein Gasheizgerät 2 und eine Wärmepumpe 4, die gemeinsam ein in einem Leitungssystem 8 der Heizungsanlage 1 gefördertes Heizwasser erwärmen können. Das Gasheizgerät 2 hat einen Zulauf 6, über den Heizwasser zuführbar ist. Im Gasheizgerät 2 ist ein Brenner 16 und ein dem Brenner 16 zugeordneter Wärmetauscher 15 vorgesehen, wobei das Heizwasser in diesem Wärmetauscher 15 mittels des Brenners 6 erhitzbar ist. Es ist ein weiterer (ggf. elektrischen) DHW Wärmetauscher 15 (für Trinkwasser) einer zur Erwärmung von Heizwasser parallel dazu in einer schaltbaren Abzweigung vorgesehen. Das erwärmte Heizwasser kann das Gasheizgerät 2 über einen Ablauf 7 verlassen. Die Wärmepumpe 4 ist eine Luft-Wasser-Wärmepumpe in Monoblock-Bauweise.
  • Das Leitungssystem 8 ist dabei so gestaltet, dass der Heizungsrücklauf 10 den Heizkörper 14 (direkt) mit der Wärmepumpe 4 verbindet. Weiter ist das Leitungssystem 8 so gestaltet, dass der Heizungsvorlauf 9 die Wärmepumpe 4 mit dem Heizkörper 14 verbindet, allerdings über eine hydraulische Weiche 5 und das Gasheizgerät 2. Das Leitungssystem 8 umfasst keinen Pufferspeicherkessel (mehr).
  • Das Leitungssystem 8 hat eine hydraulische Weiche 5, die so ausgeführt ist, dass sie das größte Heizwasserreservoir im Leitungssystem 8 darstellt und/oder ein (vorbestimmtes) kleines Speichervolumen aufweist. Die hydraulische Weiche ist mit Leitungsabschnitten zu folgenden Komponenten verbunden: zur Wärmepumpe 4, zum Zulauf 6 des Gasheizgeräts 2, zum Ablauf 7 des Gasheizgeräts 2 und zum Heizkörper 14. Stromab der hydraulische Weiche 5 ist ein Differenzdruckventil 13 vorgesehen, angeordnet zwischen Leitungsabschnitten des Heizungsvorlaufs 9 und des Heizungsrücklaufs 10.
  • Wie angedeutet, bilden die hydraulische Weiche 5 sowie Leitungsabschnitte des Heizungsvorlaufs 9 und des Heizungsrücklaufs 10 einen Bausatz 11, der in einem gemeinsamen Bausatzgehäuse 12 untergebracht sein kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizungsanlage
    2
    Gasheizgerät
    3
    Trinkwassererwärmung
    4
    Wärmepumpe
    5
    hydraulische Weiche
    6
    Zulauf
    7
    Ablauf
    8
    Leitungssystem
    9
    Heizungsvorlauf
    10
    Heizungsrücklauf
    11
    Bausatz
    12
    Bausatzgehäuse
    13
    Differenzdruckventil
    14
    Heizkörper
    15
    Wärmetauscher
    16
    Brenner

Claims (9)

  1. Verfahren zur Umrüstung einer Heizungsanlage (1) mit einem Gasheizgerät (2) zur Erwärmung von Heizwasser, einem Leitungssystem (8) und mindestens einem Heizkörper (14), gekennzeichnet dadurch, dass eine Wärmepumpe (4) zur Erwärmung von Heizwasser und eine hydraulische Weiche (5), die das größte Heizwasserreservoir im Leitungssystem (8) darstellt oder ein Speichervolumen von maximal 10 Litern hat, in die Heizungsanlage (1) integriert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Weiche (5) an einen Zulauf (6) und Ablauf (7) des Gasheizgeräts (2) angeschlossen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Weiche (5) unterhalb des mindestens einen, wandhängenden Gasheizgeräts (2) installiert wird.
  4. Heizungsanlage (1), umfassend mindestens ein Gasheizgerät (2) und eine Wärmepumpe (4), die gemeinsam ein in einem Leitungssystem (8) der Heizungsanlage (1) gefördertes Heizwasser erwärmen können, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem (8) mit einer hydraulischen Weiche (5) ausgeführt ist, die das größte Heizwasserreservoir im Leitungssystem (8) darstellt oder ein Speichervolumen von maximal 10 Litern hat.
  5. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Weiche (5) und Leitungsabschnitte eines Heizungsvorlaufs (9) und eines Heizungsrücklaufs (10) einen Bausatz (11) bilden.
  6. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzdruckventil (13) vorgesehen ist, angeordnet zwischen den Leitungsabschnitten des Heizungsvorlaufs (9) und des Heizungsrücklaufs (10).
  7. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bausatzgehäuse (12) vorgesehen ist.
  8. Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (4) eine Luft-Wasser-Wärmepumpe in Monoblock-Bauweise ist.
  9. Verwendung einer hydraulischen Weiche (5) als einzigen Heizwasserspeicher einer hybriden Heizungsanlage (1) mit Gasheizgerät (2) und Wärmepumpe (4).
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