EP4502473A1 - Heizsystem und heizvorrichtung, insbesondere hybridheizvorrichtung - Google Patents

Heizsystem und heizvorrichtung, insbesondere hybridheizvorrichtung Download PDF

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EP4502473A1
EP4502473A1 EP24191958.8A EP24191958A EP4502473A1 EP 4502473 A1 EP4502473 A1 EP 4502473A1 EP 24191958 A EP24191958 A EP 24191958A EP 4502473 A1 EP4502473 A1 EP 4502473A1
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EP
European Patent Office
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heating
heating unit
unit
alternative
buffer tank
Prior art date
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Application number
EP24191958.8A
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English (en)
French (fr)
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Udo Wedel
Armin Marko
Roald Bac
Thomas Fuechten
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F24D2200/32—Heat sources or energy sources involving multiple heat sources in combination or as alternative heat sources

Definitions

  • Hybrid heating devices with a heat pump and a gas heating block are already known, which are intended to provide heat energy for a central heating system of a household and a hot water system of a household.
  • the heat pump supplies energy up to a certain temperature, in particular depending on a coolant used in the heat pump, such as up to a temperature of 55°C. If the heating system and the hot water system require a higher temperature and thus an increased amount of energy, the gas heating block is switched on.
  • a heating system is proposed with a heating device, in particular a hybrid heating device, which has at least two heating units, and with an alternative heating unit, which is designed in particular as an electric heating block.
  • a “hybrid heating device” is to be understood as heating devices with at least two heating units that are based on two different energy conversion principles, such as in particular a principle in which a fuel, in particular a fossil fuel, is burned to generate thermal energy, and a principle in which electrical energy is converted into thermal energy.
  • an "alternative heating unit” is to be understood as a heating unit that differs from at least one and preferably from both of the at least two heating units of the heating device, in particular in its Energy conversion principle.
  • the alternative unit is particularly advantageously designed as an electric heating block, preferably with resistance heating elements, so that the heating system in particular can be operated entirely electrically.
  • at least one heating unit of the heating device and/or the alternative heating unit can be designed as a hydrogen heating unit.
  • the alternative heating unit can already be at least partially pre-installed and thus in particular intended as a replacement for at least one of the heating units of the hybrid heating unit.
  • at least one of the two heating units of the heating device is preferably intended for replacement with the alternative heating unit, particularly preferably by an end customer.
  • "intended” is understood to mean specially equipped, specially designed and/or specially programmed.
  • Plug connections are preferably provided by means of which the alternative heating unit can be easily installed electrically and preferably also in terms of control technology, thus achieving a so-called plug-and-play solution.
  • the heating unit to be replaced can either only be deactivated or also deactivated and removed.
  • a particularly high level of flexibility can be achieved through appropriate design, with regard to the use of fuel and electricity, as well as with regard to the required energy requirements and temperatures in the system, particularly after installation. It is particularly advantageous to react to changes, such as lower energy requirements due to newly installed thermal insulation, changes in availability, for example due to the installation of a PV system, hot water collectors, a change in the price of electricity, fuel, etc.
  • the heating device can have various heating units that appear to be useful to the person skilled in the art, but it is particularly advantageous for a heating unit to be designed as a fuel heating block, in particular as a gas heating block, and/or at least as a heat pump.
  • the heat pump can be used to replace
  • the fuel heating block is designed to be exchangeable, which allows for particularly flexible response to expected changes.
  • the heating system has a housing, wherein the at least two heating units of the heating device are each arranged at least partially within the housing, such as advantageously a burner of a heating unit designed as a fuel heating block and an in-house unit of a heating unit designed as a heat pump.
  • a hydraulic unit of the heating system which is preferably designed at least partially in one piece with a hydraulic unit of the heating unit designed as a heat pump, is particularly advantageously arranged within the housing, such as advantageously a pump for circulating water within a household, valves such as pressure equalization valves, expansion tanks and/or degassing units, etc.
  • the expert can arrange other sub-units of the at least two heating units within the housing that appear to be sensible.
  • An advantageously compact and cost-effective unit can be achieved, in particular if the alternative heating unit is also arranged within the housing, either after pre-installation, upon delivery, or at least after replacement, and is intended to be arranged within the housing.
  • An installer can carry out the replacement with minimal effort, in particular CO2-free.
  • a freed-up space can advantageously be used that was previously occupied by the heating unit of the heating device to be replaced, such as preferably the heating unit designed as a fuel heating block, or an area specifically intended for this purpose within the housing can be used, such as preferably an area adjacent to the fuel heating block.
  • the heating system has a control and/or regulating unit which is intended to control and/or regulate the alternative heating unit, whereby components and costs can be saved. It is particularly advantageous if the control and/or regulating unit is also located within of the housing. An intended electronic unit advantageously remains unchanged.
  • a hydraulic unit of the heating system also remains unchanged when one of the heating units of the heating device is deactivated and the alternative heating unit is activated.
  • the alternative unit is designed to process a signal from at least one of the heating units, particularly advantageously a signal for controlling a fan.
  • the heating system comprises a primary circuit which comprises at least one internal heat exchanger, different from the heating units and/or the alternative heating unit, for heating domestic and/or drinking water.
  • the heating units or at least one of the heating units and the alternative heating unit are fluidically integrated in the primary circuit.
  • the primary circuit is preferably provided for circulating a heat carrier, in particular heating water, in order to transfer heat from the heating units or one of the heating units and the alternative heating unit to consumers, such as a space heater and/or a hot water preparation system.
  • the internal heat exchanger is preferably provided for hot water preparation.
  • the internal heat exchanger is preferably arranged in the housing of the heating device.
  • the internal heat exchanger is preferably designed as a continuous flow heater.
  • the heating system can have a hot water storage tank, in particular outside the housing of the heating device, for storing hot water, which is fluidically integrated into a secondary circuit of the heating system.
  • the heating device has, for example, fluid connections for integrating an external heat exchanger of the hot water tank, in particular instead of the internal heat exchanger or connected in parallel to the internal heat exchanger.
  • the design according to the invention enables an advantageous A space-saving heating system can be provided.
  • an additional hot water tank can be dispensed with.
  • the heating system has at least one buffer tank that is arranged in the primary circuit or is intended for an arrangement in the primary circuit.
  • this has the buffer tank, in particular independently of the heating unit or alternative heating unit used.
  • this has at least one mounting location for attaching the buffer tank, so that it can be integrated into the primary circuit, in particular when one of the heating units is replaced by the alternative unit.
  • the buffer tank is preferably fluidically integrated into a heat exchanger flow of the primary circuit leading to the heat exchanger.
  • the buffer tank is preferably intended to supply the heat exchanger with heat, in particular at the start of a secondary-side water extraction, until a combination of the heating units and/or alternative heating unit can cover a heat requirement associated with the water extraction.
  • the at least two heating units comprise, for example, a first heating unit, in particular the fuel heating block, and at least one further heating unit, in particular the in-house unit of the heat pump.
  • a combination of the heating units and/or alternative heating units can be, for example, only the first heating unit, only the additional heating unit, only the alternative heating unit, the first heating unit and the additional heating unit, or the alternative heating unit and the additional heating unit.
  • the design according to the invention advantageously allows the reliability of the hot water preparation to be maintained independently of the heating units or alternative heating units used.
  • a heating unit with a burner can be replaced by an electric alternative heating unit, in particular by an electric alternative heating unit with an advantageously low nominal output, which advantageously results in little loss of comfort for a user in relation to the hot water preparation.
  • an advantageously reliable hot water preparation can already be achieved with an electric alternative heating unit with a nominal output between 3.5 KW and 9 kW.
  • the heating system has a housing, in particular the housing already mentioned, wherein the at least two heating units are arranged at least partially in the housing together with the at least one buffer tank or wherein the alternative heating unit is provided together with the at least one buffer tank for an at least partial arrangement in the housing.
  • this is provided to accommodate an assembly module of the heating system, on which the alternative heating unit and the buffer tank are pre-assembled and in particular fluidically connected to one another.
  • the design according to the invention allows the heating device to be kept advantageously compact.
  • piping can be kept advantageously short and a pressure drop within the primary circuit can be kept advantageously small.
  • an existing piping outside the housing can advantageously be retained unchanged when the heating device is retrofitted with the buffer tank.
  • the heating system comprises at least one fluid control element for optional flow through or at least partial bypassing of the at least one buffer tank, the heat exchanger and/or at least one of the heating units or the alternative heating unit.
  • the fluid control elements are preferably provided for setting whether heat is stored in the buffer tank, in particular bypassing the heat exchanger, whether heat is removed from the buffer tank, in particular bypassing one of the heating units and/or the alternative heating unit and/or whether the buffer tank is bypassed, in particular for heat transfer from a combination of the heating units and/or the alternative heating unit to the heat exchanger.
  • the at least one fluid control element is preferably designed as a valve, in particular as a 3-way valve, check valve or continuous valve.
  • the heating system preferably comprises at least one first fluid control element for setting whether or with which proportion of a total volume flow the buffer tank is flowed through.
  • the heating system preferably comprises at least one further fluid control element for determining a flow direction of the heat transfer medium through the buffer tank.
  • the heating device comprises the buffer tank
  • the heating device preferably comprises also the at least one fluid control element.
  • the fluid control systems are intended to be installed together with the buffer tank in the heating device, in particular by pre-assembly on the assembly module.
  • the design according to the invention allows a charge state of the buffer tank to be advantageously flexibly changed.
  • the buffer tank can be controlled specifically depending on a duration for starting operation of one of the heating units and/or the alternative heating unit.
  • a storage volume of the buffer tank can advantageously be kept small.
  • a recharging time of the buffer tank can advantageously be kept short.
  • the at least one buffer tank comprises at least one warm fluid inlet and one warm fluid outlet for supplying the heat exchanger with heat and a charging fluid connection for changing a charging state of the at least one buffer tank.
  • the buffer tank is preferably fluidically integrated into the heat exchanger flow with the warm fluid inlet and the warm fluid outlet.
  • the warm fluid inlet is preferably provided for receiving the heat transfer medium from a combination of the heating units and/or the alternative heating unit.
  • the warm fluid outlet is preferably provided for outputting the heat transfer medium to the heat exchanger.
  • the buffer tank preferably has an alignment axis which is intended to be aligned at least substantially parallel to the earth's gravity for operation of the buffer tank.
  • substantially parallel is to be understood here in particular as an alignment of a direction relative to a reference direction, in particular in a plane, wherein the direction has a deviation from the reference direction in particular of less than 8°, advantageously less than 5° and particularly advantageously less than 2°.
  • a plane running perpendicular to the alignment axis divides the buffer tank into a ceiling half and a floor half.
  • the warm fluid outlet and the warm fluid inlet are preferably arranged in the ceiling half.
  • a height distance running parallel to the alignment axis between the warm fluid outlet and the warm fluid inlet is less than 33%, preferably less than 25%, particularly preferably less than 15%, of a maximum height extension of the buffer tank parallel to the alignment axis.
  • a direct fluid path from the warm fluid inlet through the buffer tank to the The warm fluid outlet preferably bypasses a large part of the buffer tank's receiving volume, in particular so that an inlet temperature of the heat transfer medium at the warm fluid inlet is at least substantially the same as an outlet temperature of the heat transfer medium at the warm fluid outlet, in particular up to a temperature difference of less than 3 K, preferably less than 1 K, particularly preferably less than 0.5 K.
  • the charging fluid connection is preferably arranged in the bottom half of the buffer tank.
  • a fluid path from the charging fluid connection through the buffer tank to the warm fluid outlet is preferably provided for removing heat from the buffer tank.
  • a fluid path from the warm fluid inlet through the buffer tank to the charging fluid connection is preferably provided for storing heat in the buffer tank.
  • the further fluid control element is preferably connected to the charging fluid connection in order to set a flow direction of the heat transfer medium through the charging fluid connection.
  • a distance between the warm fluid outlet and the charging fluid connection is designed depending on an operating time of at least one of the heating units and/or the alternative heating unit.
  • a large part, preferably at least 50%, particularly preferably more than 75%, in particular at least 90%, of the buffer tank's receiving volume is arranged between the charging fluid connection and the warm fluid outlet.
  • the buffer tank can be designed to completely compensate for a lack of heat provision by the combination of the heating units and/or the alternative heating unit, so that a heat requirement of the secondary-side water extraction is completely covered.
  • the buffer tank is designed to maintain at least a specified minimum temperature of the extracted water at the heat exchanger during the start-up period at a specified maximum water extraction rate.
  • the distance is particularly preferably designed as a function of a heating output and/or a start-up time of the second heating unit, as a function of a heat capacity of the, in particular the entire, primary circuit and/or as a function of the desired comfort level, in particular the minimum temperature to be achieved.
  • the design according to the invention makes it possible to achieve an advantageously high level of user comfort, in particular advantageously regardless of the type of heating unit and/or alternative heating unit used.
  • losses in comfort when switching from a heating unit with a burner to an electric alternative heating unit can advantageously be kept small.
  • a method for operating a heating system according to the invention in an embodiment with the at least one buffer tank is proposed, wherein in at least one method step, service water and/or drinking water is heated by means of the at least one buffer tank.
  • the method is preferably triggered by a secondary-side water extraction at the heat exchanger.
  • the control and/or regulating unit directs the heat transfer medium within the primary circuit by means of the at least one fluid control element, preferably through the charging fluid connection to the warm fluid outlet and from there to the heat exchanger.
  • a relatively cold heat transfer medium flows through the charging fluid inlet, which displaces the relatively warm heat transfer medium already in the buffer tank through the warm fluid outlet.
  • the control and/or regulating unit preferably puts a combination of the heating units and/or the alternative heating unit into operation in order to cover a heat requirement associated with the secondary-side water extraction.
  • the control or regulating unit directs the heat carrier by means of the at least one fluid control element through the combination of heating units and/or the alternative heating unit to the warm fluid inlet.
  • the control and/or regulating unit preferably covers the Heat requirement preferably the at least one further heating unit compared to the first heating unit and/or the alternative heating unit.
  • control or regulating unit only puts the first heating unit or the alternative heating unit into operation if heat provision by the at least one further heating unit at a designated operating point of the further heating unit is not sufficient to cover the heat requirement.
  • the buffer tank is preferably designed such that the combination of the heating units and/or the alternative heating unit is ready for operation before the relatively cold heat exchanger reaches the warm fluid outlet.
  • a flow of the heat transfer medium preferably bypasses at least a large part of the buffer tank and flows through the warm fluid outlet directly to the heat exchanger. Heat distribution within the buffer tank is essentially maintained during supply of the heat exchanger by means of the combination of heating units and/or alternative heating unit, apart from a thermalization process.
  • the control or regulating unit directs the heat transfer medium by means of the at least one fluid control element, preferably through the combination of the heating units and/or the alternative heating unit to the warm fluid inlet to the charging fluid outlet, so that a relatively warm portion of the heat exchanger displaces a relatively cold portion of the heat exchanger from the buffer tank through the charging fluid outlet. If the buffer tank is sufficiently charged with heat, the control or regulating unit preferably ends operation of the combination of the heating units and/or the alternative heating unit.
  • the control or regulating unit can determine whether sufficient heat is stored in the buffer tank, for example as a function of a temperature sensor at the charging fluid outlet or within the buffer tank and/or as a function of a period of time for which the relatively warm heat transfer medium was fed into the buffer tank.
  • the design according to the invention can achieve an advantageously high level of user comfort, particularly advantageously regardless of the type of heating unit and/or alternative heating unit used.
  • the loss of comfort when switching from a heating unit with a burner to an alternative electric heating unit can be advantageously kept to a minimum.
  • the operating time of a heating unit designed as a heat pump can be advantageously buffered so that the heat pump can be used in many situations without the support of the another heating unit, in particular designed as a fuel heating block, can be used to cover an advantageously large, in particular the entire, heat requirement, in particular without compromising comfort.
  • the heating unit designed as a heat pump can be designed to be advantageously small, in particular without compromising comfort.
  • an advantageously large ratio of annually used renewable energy to used fossil energy can be achieved.
  • a heating device in particular a hybrid heating device, which has a housing, a heating unit designed as a heat pump and a heating unit designed as a fuel heating block, in particular as a gas heating block, each of which is arranged at least partially within the housing.
  • the heating device has the heat exchanger, which is preferably arranged within the housing.
  • the heating device has the fluid connections for an external heat exchanger of the hot water tank.
  • the heating device preferably has the buffer tank and/or an assembly point which is provided for arranging the buffer tank, wherein the buffer tank and/or the assembly point are preferably arranged within the housing.
  • a corresponding embodiment can create a particularly compact and flexibly usable heating device, in particular if one of the heating units is intended for replacement.
  • the Figure 1 shows a schematic representation of a heating system 10a.
  • the heating system 10a has a heating device 12a.
  • the heating device 12a is designed as a hybrid heating device.
  • the heating device 12a is intended to cover the heat requirement of a residential building 24a.
  • the heat requirement of the residential building 24a is formed at least predominantly by a living space temperature control and by a service and/or drinking water temperature control.
  • the heating device 12a has a first heating unit 14a.
  • the first heating unit 14a is designed as a fuel heating block.
  • the first heating unit 14a is designed as a gas heating block.
  • the heating device 12a has a second heating unit 16a.
  • the second heating unit 16a is designed as at least part of a heat pump.
  • the second heating unit 16a is designed as an indoor unit of a heat pump.
  • the indoor unit is connected to an outdoor unit 26a of the heat pump, which is arranged outside the residential building 24a.
  • the second heating unit 16a is intended to provide temperatures up to 55°C.
  • the first heating unit 14a is intended to provide temperatures above 55°C. If temperatures, e.g. service and/or drinking water temperatures of more than 55°C, are required in the residential building 24a, the first heating unit 14a supports the second heating unit 16a.
  • the first heating unit 14a can also provide support in particularly cold outside temperatures.
  • the residential building 24a includes a room heating system 28a.
  • the room heating system 28a is designed as an underfloor heating system, for example. However, alternative room heating systems are of course also conceivable.
  • the heating device 12a is intended for operating the room heating system 28a.
  • the residential building 24a includes a hot water tank 30a.
  • the heating device 12a is intended for heating the service water and/or drinking water in the hot water tank 30a.
  • the heating system 10a in particular the heating device 12a, has a housing 20a.
  • the first heating unit 14a is arranged in the housing 20a.
  • the second heating unit 16a is at least partially arranged in the housing 20a.
  • the indoor unit of the heat pump is arranged in the housing 20a.
  • the Heating system 10a in particular the heating device 12a, has an electronic control and/or regulating unit 22a.
  • the control and/or regulating unit 22a is arranged within the housing 20a.
  • the control and/or regulating unit 22a is at least intended to control and/or regulate the first heating unit 14a.
  • the control and/or regulating unit 22a is at least intended to control and/or regulate the second heating unit 16a.
  • the heating system 10a in particular the heating device 12a, has a user interface 32a.
  • the user interface 32a allows adjustment of the control and/or regulating unit 22a, the first heating unit 14a and/or the second heating unit 16a.
  • the user interface 32a can be accessed or operated via a surface of the housing 20a.
  • wireless operation via a remote control or another mobile device e.g. smartphone
  • the heating system 10a in particular the heating device 12a, has a hydraulic system 34a.
  • the hydraulic system 34a is arranged at least partially, preferably predominantly or completely, in the housing 20a.
  • the control and/or regulating unit 22a is at least intended to control and/or regulate the hydraulic system 34a.
  • the heating system 10a has an alternative heating unit 18a.
  • the alternative heating unit 18a is designed as an electric heating block.
  • the alternative heating unit 18a could alternatively be designed as a hydrogen heating block.
  • the alternative heating unit 18a is intended to provide temperatures above 55°C.
  • the alternative heating unit 18a is intended to be arranged within the housing 20a.
  • the first heating unit 14a designed as a fuel heating block is intended to be replaced.
  • the first heating unit 14a is intended to be replaced with the alternative heating unit 18a.
  • the alternative heating unit 18a can replace the first heating unit 14a in the heating device 12a.
  • the alternative heating unit 18a can be mounted in the housing 20a instead of the first heating unit 14a. It may be necessary for the first heating unit 14a to be removed from the housing 20a.
  • the heating system 10b comprises a primary circuit.
  • the primary circuit comprises at least one heat exchanger 36b, which is different from the heating units 14b, 16b and/or the alternative heating unit 18b, for heating domestic and/or drinking water.
  • the heat exchanger 36b is preferably designed as a continuous flow heater, in particular at least when operated with the first heating unit 14b.
  • the heating system 10b can in particular be connected to the hot water tank 30a from Figure 1
  • the heating system 10b comprises a buffer tank 38b, which is intended to be integrated into the heating device 12b when the alternative heating unit 18b is installed.
  • the already installed heat exchanger 36b can also be used with the alternative heating unit 18b in its full range of functions with advantageously low retrofitting costs.
  • FIG 3 and Figure 4 show a hydraulic diagram of the heating device 12b, 12b'.
  • the heating device 12b is shown in a configuration with the first heating unit 14b.
  • the heating device 12b' is shown in a configuration in which the first heating unit 14b has been replaced by the alternative heating unit 18b.
  • the reference numerals of the Figure 4 an apostrophe is added.
  • the primary circuit preferably comprises a fluid conveying unit 56b, 56b', in particular a pump, for circulating a heat carrier, in particular heating water, within the primary circuit.
  • the primary circuit preferably comprises the first heating unit 14b or the alternative heating unit 18b' and the second heating unit 16b, 16b'.
  • the heating unit 14b or the alternative heating unit 18b' is preferably arranged downstream of the fluid conveying unit 56b, 56b'.
  • the second heating unit 16b, 16b' is arranged upstream of the fluid conveying unit 56b, 56b', for example.
  • the second heating unit 16b, 16b' and the first heating unit 14b or the alternative heating unit 18b' connected or switchable in series in terms of fluid technology.
  • the heat exchanger 36b, 36b' preferably comprises a secondary side with a water source connection 64b, 64b' for receiving, in particular unheated, drinking and/or service water and a water output connection 62b' for outputting the drinking and/or service water at a predetermined target temperature.
  • a heat requirement is required, which is to be provided by a combination of the heating units 14b, 16b, 16b' and/or the alternative heating unit 18b'.
  • the heating fluid control element 54b, 54b' is arranged here, for example, in the heat exchanger flow 66b, 66b', alternatively in the heat exchanger return 68b, 68b'.
  • the heating device 12b, 12b' preferably comprises a housing 20b, 20b', in which the first heating unit 14b or the alternative heating unit 18b', the second heating unit 16b, 16b', the fluid conveying unit 56b, 56b' and the heat exchanger 36b, 36b' and in particular the heat exchanger feed line 66b, 66b', the heat exchanger return line 68b, 68b' and the heating fluid actuating element 54b are arranged together.
  • the buffer tank 38b' is arranged in the primary circuit.
  • the buffer tank 38b' is preferably integrated into the heat exchanger flow 66b', preferably downstream of the heating fluid actuating element 54b'.
  • the buffer tank 38b' comprises a warm fluid inlet 44b' and a warm fluid outlet 46b' for supplying the heat exchanger 36b' with heat.
  • the warm fluid inlet 44b' is arranged within the heat exchanger flow 66b', preferably upstream of the warm fluid outlet 46b'.
  • the warm fluid inlet 44b' is preferably connected to a section of the heat exchanger flow 66b' connected to the alternative heating unit 18b'.
  • the warm fluid outlet 46b' is preferably connected to a section of the heat exchanger flow 66b' connected to the heat exchanger 36b'.
  • the warm fluid inlet 44b' and the warm fluid outlet 46b' are preferably both arranged in a top half of the buffer tank 38b'.
  • the buffer tank 38b' comprises a charging fluid connection 48b' for changing a charging state of the buffer tank 38b'.
  • the charging fluid connection 48b' is preferably arranged in a bottom half of the buffer tank 38b'.
  • the charging fluid connection 48b' is preferably fluidically connected to the heat exchanger return 68b' and/or the heating return 60b' by means of a charging line of the heating system 10b.
  • the charging fluid connection 48b' is preferably connected to a fluid outlet of the fluid conveying unit 56b' by means of a discharge line of the heating system 10b.
  • the discharge line preferably branches off upstream of the alternative heating unit 18b' from a supply line of the primary circuit, which leads from the fluid conveying unit 56b' to the alternative heating unit 18b'.
  • a distance between the warm fluid outlet 46b' and the charging fluid connection 48b' is designed depending on an operating time of the second heating unit 16b' and/or the alternative heating unit 18b'.
  • the heating system 10b comprises at least one fluid control element 40b', 42b' for optionally flowing through or at least partially bypassing the buffer tank 38b', the heat exchanger 36b' and/or the alternative heating unit 18b'.
  • the heating system 10b here comprises, for example, a first fluid control element 40b', which is designed in particular as a 3-way valve.
  • the first fluid control element 40b' is preferably connected to the charging fluid connection 48b' and is intended to optionally connect the charging fluid connection 48b' with the charging line or the discharging line in a fluid-technical manner.
  • the heating system 10b comprises, for example, a further fluid control element 42b'.
  • the further fluid control element 42b' is preferably arranged in the supply line between the fluid conveying unit 56b' and the alternative heating unit 18b' and is provided to fluid-technically connect the fluid conveying unit 56b' optionally to the alternative heating unit 18b' or to the charging line.
  • the buffer tank 38b', the fluid control elements 40b', 42b', the charging line and the discharging line are preferably arranged together in the housing 20b', in particular together with the aforementioned components already arranged in the housing 20b'.
  • FIG. 5 shows a method 50b for operating the heating system 10b in the Figure 4 shown configuration.
  • the service and/or drinking water is heated by means of the buffer tank 38b'.
  • the method 50b is preferably triggered by water extraction on the secondary side of the heat exchanger 36b'.
  • the method 50b preferably comprises a buffer step 70b.
  • the control or regulating unit 22b takes temperature or at least a minimum temperature.
  • the control and/or regulating unit 22b uses the fluid control elements 40b', 42b' to guide the heat transfer medium from the fluid conveying unit 56b' via the discharge line to the charging fluid connection 48b' in the buffer tank 38b'.
  • the heat transfer medium stored in the buffer tank 38b' in particular relatively warm, is displaced and guided through the heat exchanger 36b' via the warm fluid outlet 46b'.
  • the heat transfer medium is preferably passed through the heat exchanger 36b' and preferably through the second heating unit 16b' back to the fluid conveying unit 56b'.
  • the alternative heating unit 18b' is preferably bypassed or fluidically connected in parallel to the buffer tank 38b' by means of the further fluid control element 42b' for simultaneous supply of the space heating 28.
  • the method 50b preferably comprises a regular output 72b, which is initiated by the control or regulating unit 22b when the second heating unit 16b' is ready for operation, in particular has reached a specified operating point.
  • the control or Control unit 22b preferably directs the heat transfer medium by means of the fluid control elements 40b', 42b' from the fluid conveying unit 56b' through the alternative heating unit 18b' to the warm fluid inlet 44b' and, in particular bypassing a large part of a receiving volume of the buffer tank 38b', via the warm fluid outlet 46b' to the heat exchanger 36b'.
  • the heat transfer medium is preferably guided through the heat exchanger 36b' and preferably through the second heating unit 16b' back to the fluid conveying unit 56b'.
  • the alternative heating unit 18b' can be switched on or off, in particular depending on the heat requirement to be covered.
  • the control or regulating unit 22b only puts the alternative heating unit 18b' into operation if a heating output of the second heating unit 16b is not sufficient to cover the heat requirement and/or if an increase in a heating output of the second heating unit 16b would be less efficient in relation to an electrical energy requirement than starting operation of the alternative heating unit 18b'.
  • the control or regulating unit 22b closes the charging fluid connection 48b' in the regular output 72b by means of the fluid control elements 40b', 42b'.
  • the method 50b preferably includes a recharging step 74b, which is carried out after the water extraction on the secondary side of the heat exchanger 36b' has ended.
  • the control or regulating unit 22b uses the fluid control elements 40b', 42b' to direct the heat transfer medium from the fluid conveying unit 56b' through the alternative heating unit 18b to the warm fluid inlet 44b'.
  • the heat transfer medium in the buffer tank 38b' in particular the relatively cold heat transfer medium, is displaced via the charging fluid connection 48b' and guided via the charging line back into the heat exchanger return 68b' and/or into the heating return 60b'.
  • the heat transfer medium is preferably guided through the second heating unit 16b' back to the fluid conveying unit 56b'.
  • the control and/or regulating unit 22b preferably closes the charging fluid connection 48b' by means of the first fluid control element 40b' and/or the warm fluid connection by means of the heating fluid actuating element 54b'.
  • the control or regulating unit 22b can switch off the second heating unit 16b', the alternative heating unit 18b' and/or the fluid conveying unit 56b', into a Place the device in standby mode or continue to operate it, particularly at a different operating point.
  • FIG. 6 and Figure 7 show a heating system 10c with a heating device 12c.
  • the heating device 12c is designed in particular as a hybrid heating device.
  • the heating device 12c preferably comprises a first heating unit 14c, which is designed for example as a fuel heating block.
  • the heating device 12c comprises a second heating unit 16c, which is designed for example as an in-house unit of a heat pump.
  • the heating system 10c comprises an alternative heating unit 18c, which is designed in particular as an electric heating block.
  • the heating device 12c is preferably designed such that the first heating unit 14c is interchangeable with the alternative heating unit 18c.
  • the heating system 10c comprises at least one heat exchanger 36c and a buffer tank 38c, which are integrated into a primary circuit of the heating device 12c.
  • the heating system 10c comprises a housing 20c.
  • the at least two heating units 14c, 16c or the second heating units 16c and the alternative heating unit 18c are arranged together with the buffer tank 38c at least partially in the housing
  • a Figure 4 A method analogous to the method 50b shown can be carried out, wherein in all method steps described above, depending on the configuration, the first heating unit 16c and the alternative heating unit 18c can be exchanged as desired.
  • the first heating unit 14c is preferably only put into operation by a control and/or regulating unit 22c of the heating system 10c when the heating output of the further heating unit 16c is not sufficient to cover a predetermined heat requirement.
  • the buffer tank 38c can advantageously keep user comfort high during commissioning of the second heating unit 16c even without the use of the first heating unit 14c.

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Abstract

Es wird ein Heizsystem (10a; 10b; 10c) mit einer Heizvorrichtung (12a; 12b; 12c), insbesondere einer Hybridheizvorrichtung, die zumindest zwei Heizeinheiten (14a, 16a; 14b, 16b; 14c, 16c) aufweist, und mit einer Alternativheizeinheit (18a; 18b; 18c), die insbesondere als Elektroheizblock ausgebildet ist, vorgeschlagen.

Description

    Stand der Technik
  • Es sind bereits Hybridheizvorrichtungen mit einer Wärmepumpe und einem Gasheizblock bekannt, die dazu vorgesehen sind, Wärmeenergie für ein zentrales Heizungssystem eines Haushalts und eines Warmwassersystems eines Haushalts bereitzustellen. Die Wärmepumpe liefert hierbei Energie bis zu einer bestimmten Temperatur, insbesondere abhängig von einem verwendeten Kältemittel in der Wärmepumpe, wie beispielsweise bis zu einer Temperatur von 55°C. Benötigt das Heizungssystem und das Warmwassersystem eine höhere Temperatur und damit eine erhöhte Energiemenge wird der Gasheizblock dazu geschaltet.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird ein Heizsystem mit einer Heizvorrichtung, insbesondere einer Hybridheizvorrichtung, die zumindest zwei Heizeinheiten aufweist, und mit einer Alternativheizeinheit, die insbesondere als Elektroheizblock ausbildet ist, vorgeschlagen. Unter einer "Hybridheizvorrichtung" sollen in diesem Zusammenhang Heizvorrichtungen mit zumindest zwei Heizeinheiten verstanden werden, die auf zwei unterschiedlichen Energieumwandlungsprinzipien basieren, wie insbesondere auf einem Prinzip, bei dem ein Brennstoff, insbesondere ein fossiler Brennstoff, verbrannt wird, um Wärmeenergie zu gewinnen, und einem Prinzip, bei dem elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Unter einer "Alternativheizeinheit" soll in diesem Zusammenhang eine Heizeinheit verstanden werden, die sich zumindest von einer und vorzugsweise von beiden der zumindest zwei Heizeinheiten der Heizvorrichtung unterscheidet, und zwar insbesondere in ihrem Energieumwandlungsprinzip. Dabei sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausgestaltungen denkbar, besonders vorteilhaft ist die Alternativeinheit jedoch als Elektroheizblock ausgebildet, und zwar vorzugsweise mit Widerstandsheizelementen, so dass insbesondere das Heizsystem vollständig elektrisch betrieben werden kann. Ferner kann zumindest eine Heizeinheit der Heizvorrichtung und/oder die Alternativheizeinheit als Wasserstoffheizeinheit ausgebildet sein.
  • Die Alternativheizeinheit kann bereits zumindest teilweise vorinstalliert und somit insbesondere als Ersatz zumindest einer der Heizeinheiten der Hybridheizeinheit vorgesehen sein. Alternativ ist jedoch vorzugsweise zumindest eine der zwei Heizeinheiten der Heizvorrichtung zum Austausch mit der Alternativheizeinheit vorgesehen, und zwar besonders bevorzugt durch einen Endkunden. Unter "vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang speziell ausgestattet, speziell ausgelegt und/oder speziell programmiert verstanden werden. Vorzugsweise sind Steckverbindungen vorgesehen, mittels derer die Alternativheizeinheit elektrisch und vorzugsweise auch steuerungstechnisch einfach installiert werden kann und somit eine sogenannte Plug-and-Play-Lösung erreicht werden kann. Dabei kann die auszutauschende Heizeinheit nur deaktiviert oder auch deaktiviert und entfernt werden.
  • Durch eine entsprechende Ausgestaltung kann eine besonders hohe Flexibilität erreicht werden, und zwar im Hinblick auf eine Verwendung von Brennstoff und elektrischem Strom, sowie im Hinblick auf einen erforderlichen Energiebedarf und Temperaturen im System, und zwar insbesondere auch nach einer Installation. Es kann besonders vorteilhaft auf Veränderungen reagiert werden, wie beispielsweise auf einen geringeren Energiebedarf aufgrund einer neu installierten Wärmedämmung, einer veränderten Verfügbarkeit, beispielsweise durch eine Installation einer PV-Anlage, Warmwasserkollektoren, einer Preisveränderung bzgl. Strom, Brennstoff usw.
  • Die Heizvorrichtung kann dabei verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Heizeinheiten aufweisen, jedoch besonders vorteilhaft ist eine Heizeinheit als Brennstoffheizblock, insbesondere als Gasheizblock, und/oder zumindest als Wärmepumpe ausgebildet. Es kann die Wärmepumpe zum Austausch vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Brennstoffheizblock zum Austausch vorgesehen, wodurch besonders flexibel auf zu erwartende Veränderungen reagiert werden kann.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Heizsystem ein Gehäuse aufweist, wobei die zumindest zwei Heizeinheiten der Heizvorrichtung jeweils zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, wie vorteilhaft ein Brenner einer als Brennstoffheizblock ausbildeten Heizeinheit und eine Inhauseinheit einer als Wärmepumpe ausgebildeten Heizeinheit. Besonders vorteilhaft ist zudem eine Hydraulikeinheit des Heizsystems, die vorzugsweise zumindest teilweise einstückig mit einer Hydraulikeinheit der als Wärmepumpe ausgebildeten Heizeinheit ausgeführt ist, innerhalb des Gehäuses angeordnet, wie vorteilhaft eine Pumpe zu einem Wasserumwälzen innerhalb eines Haushalts, Ventile, wie Druckausgleichsventile, Ausgleichsbehälter und/oder Entgasereinheiten usw.
  • Grundsätzlich ist auch denkbar, dass der Fachmann andere als sinnvoll erscheinende Unterheiten der zumindest zwei Heizeinheiten innerhalb des Gehäuses anordnet. Es kann eine vorteilhaft kompakte und kostengünstige Einheit erreicht werden, und zwar insbesondere, wenn zudem die Alternativheizeinheit innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, entweder bereits nach einer Vorinstallation, bereits bei Auslieferung, oder zumindest nach einem Austausch und dazu vorgesehen ist, innerhalb des Gehäuses angeordnet zu werden. Ein Installateur kann den Austausch mit minimalem Aufwand, insbesondere CO2-frei ausführen. Beim Austausch kann vorteilhaft ein freiwerdender Raum genutzt werden, der zuvor durch die auszutauschende Heizeinheit der Heizvorrichtung belegt war, wie vorzugsweise der als Brennstoffheizblock ausgebildeten Heizeinheit, oder es kann ein gezielt dazu vorgesehener Bereich innerhalb des Gehäuses genutzt werden, wie vorzugsweise ein an den Brennstoffheizblock angrenzender Bereich.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass das Heizsystem eine Steuer- und/oder Regeleinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Alternativheizeinheit zu steuern und/oder zu regeln, wodurch Bauteile und Kosten eingespart werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei die Steuer- und/oder Regeleinheit zudem innerhalb des Gehäuses angeordnet. Eine vorgesehene Elektronikeinheit bleibt vorteilhaft unverändert.
  • Vorteilhaft bleibt auch eine Hydraulikeinheit des Heizsystems bei einer Deaktivierung einer der Heizeinheiten der Heizvorrichtung und beim Aktivieren der Alternativheizeinheit unverändert.
  • Zudem können Bauteile und Installationsaufwand eingespart werden, wenn die Alternativeinheit dazu vorgesehen ist, ein Signal zumindest einer der Heizeinheiten zu verarbeiten, und zwar besonders vorteilhaft ein Signal zur Steuerung eines Gebläses.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass das Heizsystem einen Primärkreislauf umfasst, welcher zumindest einen von den Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit unterschiedlichen internen Wärmeübertrager zur Erwärmung von Brauch- und/oder Trinkwasser umfasst. Vorzugsweise sind die Heizeinheiten oder zumindest eine der Heizeinheiten und die Alternativheizeinheit in dem Primärkreislauf fluidtechnisch eingebunden. Der Primärkreislauf ist vorzugsweise zu einer Umwälzung eines Wärmeträgers, insbesondere Heizungswasser, vorgesehen, um Wärme von den Heizeinheiten oder einer der Heizeinheiten und der Alternativheizeinheit auf Verbraucher, wie beispielsweise eine Raumheizung und/oder eine Warmwasseraufbereitung zu übertragen. Der interne Wärmeübertrager ist vorzugsweise zur Warmwasseraufbereitung vorgesehen. Der interne Wärmeübertrager ist vorzugsweise in dem Gehäuse der Heizvorrichtung angeordnet. Der interne Wärmeübertrager ist vorzugsweise als Durchlauferhitzer ausgelegt. Alternativ oder zusätzlich zu dem internen Wärmeübertrager kann das Heizsystem einen Warmwasserspeicher, insbesondere außerhalb des Gehäuses der Heizungsvorrichtung, zur Vorratshaltung von Warmwasser aufweisen, welcher fluidtechnisch in einen Sekundärkreislauf des Heizsystems eingebunden ist. Bei einer Ausgestaltung mit einem Warmwasserspeicher weist die Heizvorrichtung beispielsweise, insbesondere anstelle des internen Wärmeübertragers oder fluidtechnisch parallel zu dem internen Wärmeübertrager geschaltete, Fluidanschlüsse zur Einbindung eines externen Wärmeübertragers des Warmwasserspeichers auf. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein vorteilhaft platzsparendes Heizsystem zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere kann auf einen zusätzlichen Warmwasserspeicher verzichtet werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass das Heizsystem zumindest einen Puffertank aufweist, der in dem Primärkreislauf angeordnet ist oder zu einer Anordnung in dem Primärkreislauf vorgesehen ist. In zumindest einer Ausgestaltung der Heizvorrichtung weist diese den Puffertank auf, insbesondere unabhängig von der verwendeten Heizeinheit beziehungsweise Alternativheizeinheit. In einer alternativen Ausgestaltung der Heizvorrichtung weist diese zumindest einen Montageplatz zur Anbringung des Puffertanks auf, so dass dieser insbesondere bei einem Austausch einer der Heizeinheiten durch die Alternativeinheit in den Primärkreislauf integriert werden kann. In einem in den Primärkreislauf angeordneten Zustand ist der Puffertank vorzugsweise fluidtechnisch in einen zu dem Wärmeübertrager führenden Wärmeübertragervorlauf des Primärkreislaufs eingebunden. Der Puffertank ist vorzugsweise dazu vorgesehen, insbesondere zu Beginn einer sekundärseitigen Wasserentnahme, den Wärmeübertrager solange mit Wärme zu versorgen, bis eine Kombination der Heizeinheiten und/oder Alternativheizeinheit einen mit der Wasserentnahme verbundenen Wärmebedarf decken können. Die zumindest zwei Heizeinheiten umfassen beispielsweise eine erste Heizeinheit, insbesondere den Brennstoffheizblock, und zumindest eine weitere Heizeinheit, insbesondere die Inhauseinheit der Wärmepumpe. Eine Kombination der Heizeinheiten und/oder Alternativheizeinheit kann abhängig von einer Konfiguration der Heizvorrichtung und abhängig von einem Wärmebedarf beispielsweise nur die erste Heizeinheit, nur die weitere Heizeinheit, nur die Alternativheizeinheit, die erste Heizeinheit und die weitere Heizeinheit oder die Alternativheizeinheit und die weitere Heizeinheit sein. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Zuverlässigkeit der Warmwasseraufbereitung vorteilhaft unabhängig von den verwendeten Heizeinheiten beziehungsweise der Alternativheizeinheit gehalten werden. Insbesondere kann eine Heizeinheit mit einem Brenner durch eine elektrische Alternativheizeinheit, insbesondere durch eine elektrische Alternativheizeinheit mit vorteilhaft geringer Nennleistung, ausgetauscht werden, wobei vorteilhaft geringe Komforteinbußen für einen Benutzer in Bezug auf die Warmwasseraufbereitung entstehen. Insbesondere kann eine vorteilhaft zuverlässige Warmwasseraufbereitung bereits mit einer elektrischen Alternativheizeinheit mit einer Nennleistung zwischen 3,5 KW und 9 kW erreicht werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass das Heizsystem ein, insbesondere das bereits genannte Gehäuse aufweist, wobei die zumindest zwei Heizeinheiten zusammen mit dem zumindest einen Puffertank zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnet sind oder wobei die Alternativheizeinheit zusammen mit dem zumindest einen Puffertank zu einer zumindest teilweisen Anordnung in dem Gehäuse vorgesehen sind. In einer vorteilhaft umrüstungsfreundlichen Ausgestaltung der Heizvorrichtung ist diese dazu vorgesehen, ein Montagemodul des Heizsystems aufzunehmen, an welchem die Alternativheizeinheit und der Puffertank vormontiert und insbesondere fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Heizvorrichtung vorteilhaft kompakt gehalten werden. Insbesondere kann eine Verrohrung vorteilhaft kurz und ein Druckabfall innerhalb des Primärkreislaufs vorteilhaft klein gehalten werden. Insbesondere kann eine bereits vorhandene Rohrlegung außerhalb des Gehäuses bei einer Nachrüstung der Heizvorrichtung mit dem Puffertank vorteilhaft unverändert beibehalten werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass das Heizsystem zumindest ein Fluidkontrollelement zur wahlweisen Durchströmung oder zur zumindest teilweisen Umgehung des zumindest einen Puffertanks, des Wärmeübertragers und/oder zumindest einer der Heizeinheiten beziehungsweise der Alternativheizeinheit umfasst. Die Fluidkontrollelemente sind vorzugsweise dazu vorgesehen, einzustellen, ob Wärme in dem Puffertank gespeichert wird, insbesondere unter Umgehung des Wärmeübertragers, ob Wärme aus dem Puffertank entnommen wird, insbesondere unter Umgehung einer der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit und/oder ob der Puffertank umgangen wird, insbesondere zur Wärmeübertragung von einer Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit auf den Wärmeübertrager. Das zumindest eine Fluidkontrollelement ist vorzugsweise als Ventil, insbesondere als 3-Wege-Ventil, Sperrventil oder Stetigventil, ausgebildet. Das Heizsystem umfasst vorzugsweise zumindest ein erstes Fluidkontrollelement, zu einem Einstellen, ob oder mit welchem Anteil eines Gesamtvolumenstroms der Puffertank durchströmt wird. Das Heizsystem umfasst vorzugsweise zumindest ein weiteres Fluidkontrollelement zu einer Festlegung einer Durchströmungsrichtung des Wärmeträgers durch den Puffertank. Weist die Heizvorrichtung den Puffertank auf, umfasst die Heizvorrichtung vorzugsweise auch das zumindest eine Fluidkontrollelement. Alternativ sind die Fluidkontrollsysteme dazu vorgesehen, zusammen mit dem Puffertank in der Heizvorrichtung installiert zu werden, insbesondere durch Vormontage an dem Montagemodul. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Ladezustand des Puffertanks vorteilhaft flexibel geändert werden. Insbesondere kann der Puffertank gezielt in Abhängigkeit von einer Dauer zur Betriebsaufnahme einer der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit angesteuert werden. Insbesondere kann ein Aufnahmevolumen des Puffertanks vorteilhaft klein gehalten werden. Insbesondere kann eine Wiederaufladezeit des Puffertanks vorteilhaft klein gehalten werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Puffertank zumindest einen Warmfluideinlass und einen Warmfluidauslass zu einer Versorgung des Wärmeübertragers mit Wärme und einen Ladefluidanschluss zu einer Änderung eines Ladezustands des zumindest einen Puffertanks umfasst. Der Puffertank ist vorzugsweise mit dem Warmfluideinlass und dem Warmfluidauslass in den Wärmeübertragervorlauf fluidtechnisch eingebunden. Der Warmfluideinlass ist vorzugsweise zu einem Empfang des Wärmeträgers von einer Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit vorgesehen. Der Warmfluidauslass ist vorzugsweise zu einer Ausgabe des Wärmeträgers an den Wärmeübertrager vorgesehen. Der Puffertank weist vorzugsweise eine Ausrichtungsachse auf, welche zu einem Betrieb des Puffertanks dazu vorgesehen ist, zumindest im Wesentlichen parallel zur Erdschwerkraft ausgerichtet zu werden. Unter "im Wesentlichen parallel" soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Eine zu der Ausrichtungsachse senkrecht verlaufende Ebene unterteilt den Puffertank in eine Deckenhälfte und eine Bodenhälfte. Der Warmfluidauslass und der Warmfluideinlass sind vorzugsweise in der Deckenhälfte angeordnet. Besonders bevorzugt ist ein zu der Ausrichtungsachse parallel verlaufender Höhenabstand zwischen dem Warmfluidauslass und dem Warmfluideinlass kleiner als 33 %, bevorzugt kleiner als 25 %, besonders bevorzugt kleiner als 15 %, einer maximalen Höhenerstreckung des Puffertanks parallel zu der Ausrichtungsachse. Eine direkter Fluidpfad von dem Warmfluideinlass durch den Puffertank zu dem Warmfluidauslass umgeht vorzugsweise einen Großteil des Aufnahmevolumens des Puffertanks, insbesondere sodass eine Eingangstemperatur des Wärmeträgers an dem Warmfluideinlass zumindest im Wesentlichen gleich groß, insbesondere bis auf eine Temperaturdifferenz von weniger als 3 K, vorzugsweise von weniger als 1 K, besonders bevorzugt von weniger als 0,5 K, wie eine Ausgangstemperatur des Wärmeträgers an dem Warmfluidauslass ist. Der Ladefluidanschluss ist vorzugsweise in der Bodenhälfte des Puffertanks angeordnet. Ein Fluidpfad von dem Ladefluidanschluss durch den Puffertank zu dem Warmfluidauslass ist vorzugsweise zu einer Wärmeentnahme aus dem Puffertank vorgesehen. Ein Fluidpfad von dem Warmfluideinlass durch den Puffertank zu dem Ladefluidanschluss ist vorzugweise zu einer Speicherung von Wärme in dem Puffertank vorgesehen. Das weitere Fluidkontrollelement ist vorzugsweise an dem Ladefluidanschluss angeschlossen, um eine Strömungsrichtung des Wärmeträgers durch den Ladefluidanschluss einzustellen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der Puffertank vorteilhaft schnell wieder aufgeladen werden. Insbesondere können Zeiten, in denen der Puffertank einen kurzfristigen Wärmebedarf einer weiteren sekundärseitigen Wasserentnahme nicht ausreichend überbrücken kann, vorteilhaft klein gehalten werden.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass ein Abstand zwischen dem Warmfluidauslass und dem Ladefluidanschluss in Abhängigkeit von einer Betriebsaufnahmedauer zumindest einer der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit ausgelegt ist. Vorzugsweise ist ein Großteil, bevorzugt zumindest 50 %, besonders bevorzugt mehr als 75 %, insbesondere zumindest 90 %, des Aufnahmevolumens des Puffertanks zwischen dem Ladefluidanschluss und dem Warmfluidauslass angeordnet. Nach einer Initiierung einer sekundärseitigen Wasserentnahme an dem Wärmeübertrager benötigt eine Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit eine Betriebsaufnahmedauer, um einen Betriebspunkt zu erreichen, welcher einen Wärmebedarf der sekundärseitigen Wasserentnahme decken kann. Der Puffertank ist vorzugsweise dazu ausgelegt, genügend Wärme zu speichern, um eine von der Kombination der Heizeinheiten und/oder Alternativheizeinheit benötigte maximale Betriebsaufnahmedauer zu überbrücken. Der Puffertank kann dazu ausgelegt sein, eine fehlende Wärmebereitstellung durch die Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit vollständig auszugleichen, so dass ein Wärmebedarf der sekundärseitigen Wasserentnahme vollständig gedeckt ist. Alternativ ist der Puffertank dazu ausgelegt, während der Betriebsaufnahmedauer bei einer festgelegten maximalen Wasserentnahmerate an dem Wärmeübertrager zumindest eine festgelegte Mindesttemperatur des entnommenen Wassers aufrechtzuerhalten. Der Abstand ist besonders bevorzugt ausgelegt in Abhängigkeit von einer Heizleistung und/oder einer Anlaufzeit der zweiten Heizeinheit, in Abhängigkeit einer Wärmekapazität des, insbesondere gesamten, Primärkreislaufs und/oder in Abhängigkeit des gewünschten Komfortlevels, insbesondere der zu erreichenden Mindesttemperatur. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein vorteilhaft hoher Benutzerkomfort, insbesondere vorteilhaft unabhängig von der Art der verwendeten Heizeinheit und/oder Alternativheizeinheit erreicht werden. Insbesondere können Komforteinbußen bei einem Umstieg von einer Heizeinheit mit einem Brenner auf eine elektrische Alternativheizeinheit vorteilhaft klein gehalten werden.
  • Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Heizsystems in einer Ausgestaltung mit dem zumindest einen Puffertank vorgeschlagen, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt Brauch- und/oder Trinkwasser mittels des zumindest einen Puffertanks erwärmt wird. Das Verfahren wird vorzugsweise durch eine sekundärseitige Wasserentnahme an dem Wärmeübertrager ausgelöst. Die Steuer- und/oder Regeleinheit lenkt zu Beginn der sekundärseitigen Wasserentnahme den Wärmeträger innerhalb des Primärkreislaufs mittels des zumindest einen Fluidkontrollelements vorzugsweise durch den Ladefluidanschluss zu dem Warmfluidauslass und von dort zu dem Wärmeübertrager. Insbesondere strömt durch den Ladefluideinlass ein relativ kalter Wärmeträger, welcher den bereits in dem Puffertank befindlichen relativ warmen Wärmeträger durch den Warmfluidauslass hindurch verdrängt. Die Steuer- und/oder Regeleinheit nimmt zu Begin der sekundärseitigen Wasserentnahme vorzugsweise eine Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit in Betrieb, um einen mit der sekundärseitigen Wasserentnahme verbundenen Wärmebedarf zu decken. Wenn die Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit betriebsbereit sind, lenkt die Steuer- oder Regeleinheit den Wärmeträger mittels des zumindest einen Fluidkontrollelements durch die Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit zu dem Warmfluideinlass. Die Steuer- und/oder Regeleinheit bevorzugt zur Deckung des Wärmebedarfs vorzugsweise die zumindest eine weitere Heizeinheit gegenüber der ersten Heizeinheit und/oder der Alternativheizeinheit. Insbesondere nimmt die Steuer- oder Regeleinheit die erste Heizeinheit oder die Alternativheizeinheit nur dann in Betrieb, wenn eine Wärmebereitstellung durch die zumindest eine weitere Heizeinheit bei einem vorgesehenen Betriebspunkt der weiteren Heizeinheit nicht ausreichend ist, um den Wärmebedarf zu decken. Der Puffertank ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit betriebsbereit ist, bevor der relativ kalte Wärmeübertrager den Warmfluidauslass erreicht. Bei einem Eintritt des Wärmeträgers durch den Warmfluideinlass umgeht eine Strömung des Wärmeträgers vorzugsweise zumindest einen Großteil des Puffertanks und strömt durch den Warmfluidauslass direkt zu dem Wärmeübertrager. Eine Wärmeverteilung innerhalb des Puffertanks bleibt während einer Versorgung des Wärmeübertragers mittels der Kombination an Heizeinheiten und/oder Alternativheizeinheit abgesehen von einem Thermalisierungsprozess im Wesentlichen erhalten. Nach einer Beendigung der sekundärseitigen Wasserentnahme lenkt die Steuer- oder Regeleinheit den Wärmeträger mittels des zumindest einen Fluidkontrollelements vorzugsweise durch die Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit zu dem Warmfluideinlass zu dem Ladefluidauslass, sodass ein relativ warmer Anteil des Wärmeübertragers einen relativ kalten Anteil des Wärmeübertragers aus dem Puffertank durch den Ladefluidauslass verdrängt. Ist der Puffertank hinreichend mit Wärme aufgeladen, beendet die Steuer- oder Regeleinheit vorzugsweise einen Betrieb der Kombination der Heizeinheiten und/oder der Alternativheizeinheit. Ob hinreichend Wärme in dem Puffertank gespeichert ist, kann die Steuer- oder Regeleinheit beispielsweise in Abhängigkeit von einem Temperatursensor an dem Ladefluidauslass oder innerhalb des Puffertanks und/oder in Abhängigkeit von einer Zeitdauer, mit welcher der relativ warme Wärmeträger in den Puffertank eingespeist wurde, ermitteln. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein vorteilhaft hoher Benutzerkomfort, insbesondere vorteilhaft unabhängig von der Art der verwendeten Heizeinheit und/oder Alternativheizeinheit erreicht werden. Insbesondere können Komforteinbußen bei einem Umstieg von einer Heizeinheit mit einem Brenner auf eine elektrische Alternativheizeinheit vorteilhaft klein gehalten werden. Ferner kann eine Betriebsaufnahmedauer einer als Wärmepumpe ausgebildeten Heizeinheit vorteilhaft gepuffert werden, sodass die Wärmepumpe in vorteilhaft vielen Situationen auch ohne Unterstützung der anderen, insbesondere als Brennstoffheizblock ausgebildeten, Heizeinheit zur Deckung eines vorteilhaft großen, insbesondere des gesamten, Wärmebedarfs eingesetzt werden kann, insbesondere ohne Komforteinbußen. Ferner kann die als Wärmepumpe ausgebildete Heizeinheit, insbesondere ohne Komforteinbußen, vorteilhaft klein ausgelegt werden. Ferner kann ein vorteilhaft großes Verhältnis von jährlich eingesetzter regenerativer Energie zu eingesetzter fossiler Energie erreicht werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Heizvorrichtung, insbesondere eine Hybridheizvorrichtung, vorgeschlagen, die ein Gehäuse, eine als Wärmepumpe ausgebildete Heizeinheit und eine als Brennstoffheizblock, insbesondere als Gasheizblock, ausgebildete Heizeinheit aufweist, die jeweils zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. In zumindest einer Ausgestaltung weist die Heizvorrichtung den Wärmeübertrager auf, welcher vorzugsweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich weist die Heizvorrichtung die Fluidanschlüsse für einen externen Wärmeübertrager des Warmwasserspeichers auf. In einer Ausgestaltung mit Wärmeübertrager weist die Heizvorrichtung vorzugsweise den Puffertank und/oder eine Montagestelle, welche zur Anordnung des Puffertanks vorgesehen ist, auf, wobei der Puffertank und/oder die Montagestelle vorzugsweise innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Durch eine entsprechende Ausgestaltung kann eine besonders kompakte und flexibel einsetzbare Heizvorrichtung geschaffen werden, und zwar insbesondere, wenn eine der Heizeinheiten zum Austausch vorgesehen ist.
  • Das erfindungsgemäße Heizsystem, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Heizvorrichtung sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Heizsystem, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Heizvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen.
    • Zeichnungen
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizsystems mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung und mit einer austauschbar zu der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung hinzufügbaren Alternativheizeinheit,
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäße Heizsystems mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ohne internen Puffertank, welche insbesondere als Durchlaufheizer ausgebildet ist und für welche kein externer Warmwassertank vorgesehen ist,
    Fig. 3
    einen schematischen Hydraulikplan der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung aus Figur 2 in einer Konfiguration mit einer ersten Heizeinheit,
    Fig. 4
    einen schematischen Hydraulikplan der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung aus Figur 2 in einer Konfiguration mit einer Alternativheizeinheit,
    Fig. 5
    ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 6
    eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Heizsystems mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mit internem Puffertank und
    Fig. 7
    einen schematischen Hydraulikplan der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung aus Figur 6.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizsystems 10a. Das Heizsystem 10a weist eine Heizvorrichtung 12a auf. Die Heizvorrichtung 12a ist als eine Hybridheizvorrichtung ausgebildet. Die Heizvorrichtung 12a ist dazu vorgesehen, den Wärmebedarf eines Wohngebäudes 24a zu decken. Der Wärmebedarf des Wohngebäudes 24a ist zumindest überwiegend durch eine Wohnraumtemperierung und durch eine Brauch- und/oder Trinkwassertemperierung gebildet.
  • Die Heizvorrichtung 12a weist eine erste Heizeinheit 14a auf. Die erste Heizeinheit 14a ist als ein Brennstoffheizblock ausgebildet. Die erste Heizeinheit 14a ist als ein Gasheizblock ausgebildet. Die Heizvorrichtung 12a weist eine zweite Heizeinheit 16a auf. Die zweite Heizeinheit 16a ist als zumindest ein Teil einer Wärmepumpe ausgebildet. Die zweite Heizeinheit 16a ist als eine Indoor Unit einer Wärmepumpe ausgebildet. Die Indoor Unit steht in Verbindung mit einer Outdoor Unit 26a der Wärmepumpe, welche außerhalb des Wohngebäudes 24a angeordnet ist. Die zweite Heizeinheit 16a ist zu einer Bereitstellung von Temperaturen bis zu 55°C vorgesehen. Die erste Heizeinheit 14a ist zu einer Bereitstellung von Temperaturen oberhalb von 55°C vorgesehen. Wenn also in dem Wohngebäude 24a Temperaturen, z.B. Brauch- und/oder Trinkwassertemperaturen von mehr als 55°C angefordert werden unterstützt die erste Heizeinheit 14a die zweite Heizeinheit 16a. Auch bei besonders kalten Außentemperaturen kann die erste Heizeinheit 14a unterstützend wirken.
  • Das Wohngebäude 24a umfasst eine Raumheizung 28a. Die Raumheizung 28a ist beispielhaft als eine Fußbodenheizung ausgebildet. Alternative Raumheizungen sind jedoch selbstverständlich ebenfalls denkbar. Die Heizvorrichtung 12a ist zu einem Betrieb der Raumheizung 28a vorgesehen. Das Wohngebäude 24a umfasst einen Warmwassertank 30a. Die Heizvorrichtung 12a ist zu einer Erwärmung des Brauch- und/oder Trinkwassers in dem Warmwassertank 30a vorgesehen.
  • Das Heizsystem 10a, insbesondere die Heizvorrichtung 12a, weist ein Gehäuse 20a auf. Die erste Heizeinheit 14a ist in dem Gehäuse 20a angeordnet. Die zweite Heizeinheit 16a ist zumindest teilweise in dem Gehäuse 20a angeordnet. Die Indoor Unit der Wärmepumpe ist in dem Gehäuse 20a angeordnet. Das Heizsystem 10a, insbesondere die Heizvorrichtung 12a, weist eine elektronische Steuer- und/oder Regeleinheit 22a auf. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 22a ist innerhalb des Gehäuses 20a angeordnet. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 22a ist zumindest dazu vorgesehen, die erste Heizeinheit 14a zu steuern und/oder zu regeln. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 22a ist zumindest dazu vorgesehen, die zweite Heizeinheit 16a zu steuern und/oder zu regeln. Das Heizsystem 10a, insbesondere die Heizvorrichtung 12a, weist ein Nutzerinterface 32a auf. Das Nutzerinterface 32a erlaubt eine Einstellung der Steuer- und/oder Regeleinheit 22a, der ersten Heizeinheit 14a und/oder der zweiten Heizeinheit 16a. Das Nutzerinterface 32a kann über eine Oberfläche des Gehäuses 20a zugreifbar oder bedienbar sein. Alternativ ist auch eine drahtlose Bedienung über eine Fernbedienung oder ein anderes Mobilendgerät (z.B. Smartphone) denkbar. Das Heizsystem 10a, insbesondere die Heizvorrichtung 12a, weist ein Hydrauliksystem 34a auf. Das Hydrauliksystem 34a ist zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend oder vollständig, in dem Gehäuse 20a angeordnet. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 22a ist zumindest dazu vorgesehen, das Hydrauliksystem 34a zu steuern und/oder zu regeln.
  • Das Heizsystem 10a weist eine Alternativheizeinheit 18a auf. Die Alternativheizeinheit 18a ist als ein Elektroheizblock ausgebildet. Die Alternativheizeinheit 18a könnte alternativ auch als Wasserstoffheizblock ausgebildet sein. Die Alternativheizeinheit 18a ist zu einer Bereitstellung von Temperaturen oberhalb von 55°C vorgesehen. Die Alternativheizeinheit 18a ist dazu vorgesehen, innerhalb des Gehäuses 20a angeordnet zu werden. Die als Brennstoffheizblock ausgebildete erste Heizeinheit 14a ist zum Austausch vorgesehen. Die erste Heizeinheit 14a ist zum Austausch mit der Alternativheizeinheit 18a vorgesehen. Die Alternativheizeinheit 18a kann die erste Heizeinheit 14a in der Heizvorrichtung 12a ersetzen. Die Alternativheizeinheit 18a kann anstelle der ersten Heizeinheit 14a in das Gehäuse 20a montiert werden. Dabei kann es nötig sein, dass die erste Heizeinheit 14a aus dem Gehäuse 20a entfernt wird. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 22a ist zumindest dazu vorgesehen, die Alternativheizeinheit 18a zu steuern und/oder zu regeln. Die Alternativheizeinheit 18a ist kompatibel mit dem Hydrauliksystem 34a des Heizsystems 10a. Die Alternativheizeinheit 18a ist kompatibel mit dem Nutzerinterface 32a des Heizsystems 10a. Die Alternativheizeinheit 18a ist kompatibel mit dem Warmwassertank 30a. Die Alternativheizeinheit 18a ist kompatibel mit der Raumheizung 28a. Die Alternativheizeinheit 18a ist kompatibel mit der zweiten Heizeinheit 16a. Die Alternativheizeinheit 18a ist dazu vorgesehen, ein Signal zumindest einer der Heizeinheiten 14a, 16a, insbesondere der zweiten Heizeinheit 16a, der Heizvorrichtung 12a zu verarbeiten. Der Austausch der ersten Heizeinheit 14a mit der Alternativheizeinheit 18a ist ein Plug & Play-Vorgang.
  • Es ist denkbar, dass nach einem Austausch oder Einbau der Alternativheizeinheit 18a diese elektrisch mit einer Signalleitung verbunden ist, welche zuvor zu einer Steuerung eines Ventilators / Lüfters der durch die Alternativheizeinheit 18a ersetzten ersten Heizeinheit 14a, insbesondere eines Ventilators / Lüfters des Gasheizblocks, vorgesehen war. Die Stromversorgung des Ventilators / Lüfters des Gasheizblocks kann dadurch vorteilhaft zu einer Stromversorgung des Elektronikheizblocks, insbesondere zumindest einer Steuerplatine des Elektronikheizblocks wiederverwendet werden. Zudem kann vorteilhaft ein besonders einfacher Umbau ermöglicht werden, welcher insbesondere einen minimalen Impakt auf ein Steuerungsdesign oder einen Kabelbaum des Heizsystems 10a besitzt.
  • In den Figuren 2 bis 7 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figur 1, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der Figur 1 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 7 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis c ersetzt.
  • Figur 2 zeigt ein Heizsystem 10b mit einer Heizvorrichtung 12b. Die Heizvorrichtung 12b ist insbesondere als Hybridheizvorrichtung ausgebildet. Die Heizvorrichtung 12b umfasst zumindest eine erste Heizeinheit 14b und eine zweite Heizeinheit 16b. Die erste Heizeinheit 14b ist vorzugsweise als Brennstoffheizblock, insbesondere Gasheizblock, ausgebildet und die zweite Heizeinheit 16b umfasst vorzugsweise einen Wärmeübertrager einer Wärmepumpe. Das Heizsystem 10b umfasst eine Alternativheizeinheit 18b, die insbesondere als Elektroheizblock ausgebildet ist. Die Heizvorrichtung 12b ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die erste Heizeinheit 14b mit der Alternativheizeinheit 18b austauschbar ist.
  • Das Heizsystem 10b umfasst einen Primärkreislauf. Der Primärkreislauf umfasst zumindest einen von den Heizeinheiten 14b, 16b und/oder der Alternativheizeinheit 18b unterschiedlichen Wärmeübertrager 36b zur Erwärmung von Brauch- und/oder Trinkwasser. Der Wärmeübertrager 36b ist vorzugsweise als Durchlauferhitzer ausgelegt, insbesondere zumindest bei einem Betrieb mit der ersten Heizeinheit 14b. Das Heizsystem 10b kann insbesondere auf den Warmwassertank 30a aus Figur 1 verzichten. Für einen Betrieb mit der Alternativheizeinheit 18b, welche insbesondere eine geringere Heizleistung und/oder eine längere Betriebsaufnahmedauer als die erste Heizeinheit 14b aufweist, umfasst das Heizsystem 10b einen Puffertank 38b, welcher dazu vorgesehen ist, bei einem Einbau der Alternativheizeinheit 18b in der Heizvorrichtung 12b integriert zu werden. Durch eine derartige Ausgestaltung kann der bereits verbaute Wärmeübertrager 36b mit vorteilhaft geringen Nachrüstkosten auch mit der Alternativheizeinheit 18b im vollen Funktionsumfang genutzt werden.
  • Figur 3 und Figur 4 zeigen je einen Hydraulikplan der Heizvorrichtung 12b, 12b'. In Figur 3 ist die Heizvorrichtung 12b in einer Konfiguration mit der ersten Heizeinheit 14b gezeigt. In Figur 4 ist die Heizvorrichtung 12b' in einer Konfiguration gezeigt, in welcher die erste Heizeinheit 14b durch die Alternativheizeinheit 18b ersetzt wurde. Zur Unterscheidung der Konfigurationen ist den Bezugszeichen der Figur 4 ein Apostroph angehängt.
  • Der Primärkreislauf umfasst vorzugsweise eine Fluidfördereinheit 56b, 56b', insbesondere eine Pumpe, zu einem Umwälzen eines Wärmeträgers, insbesondere Heizwasser, innerhalb des Primärkreislaufs. Der Primärkreislauf umfasst vorzugsweise die erste Heizeinheit 14b oder die Alternativheizeinheit 18b' sowie die zweite Heizeinheit 16b, 16b'. Die Heizeinheit 14b oder die Alternativheizeinheit 18b' ist vorzugsweise stromabwärts der Fluidfördereinheit 56b, 56b' angeordnet. Die zweite Heizeinheit 16b, 16b' ist beispielsweise stromaufwärts der Fluidfördereinheit 56b, 56b' angeordnet. Insbesondere sind die zweite Heizeinheit 16b, 16b' und die erste Heizeinheit 14b oder die Alternativheizeinheit 18b' fluidtechnisch in Reihe geschaltet oder schaltbar. Der Primärkreislauf umfasst vorzugsweise einen an einem Fluidauslass der ersten Heizeinheit 14b oder der Alternativheizeinheit 18b' angeschlossenen Wärmeübertragervorlauf 66b, 66b'. Der Wärmeübertragervorlauf 66b, 66b' ist vorzugsweise an einem Fluideinlass des Wärmeübertragers 36b, 36b' angeschlossen. Der Primärkreislauf umfasst vorzugsweise einen Wärmeübertragerrücklauf 68b, 68b', der an einem Fluidauslass des Wärmeübertragers 36b, 36b' und an einem Fluideinlass der zweiten Heizeinheit 16b, 16b' angeschlossen ist. Der Wärmeübertrager 36b, 36b' umfasst vorzugsweise eine Sekundärseite mit einem Wasserquellanschluss 64b, 64b' zu einem Empfang von, insbesondere untemperiertem, Trink- und/oder Brauchwasser und einem Wasserausgabeanschluss 62b' zu einer Ausgabe des Trink- und/oder Brauchwassers mit einer vorgegebenen Solltemperatur. Zur Erwärmung des Trink- und/oder Brauchwassers auf die Solltemperatur und gegebenenfalls zusätzlich zum Betrieb einer Raumheizung 28b (vgl. Fig. 2) ist ein Wärmebedarf erforderlich, der von einer Kombination der Heizeinheiten 14b, 16b, 16b' und/oder der Alternativheizeinheit 18b' zu erbringen ist.
  • Vorzugsweise umfasst der Primärkreislauf zumindest einen von dem Wärmeübertragervorlauf 66b, 66b' abzweigenden Heizungsvorlauf 58b, 58b' zur Versorgung der Raumheizung 28b mit dem Wärmeträger (vgl. Fig. 2). Ein Heizungsrücklauf 60b, 60b' des Primärkreislaufs mündet vorzugsweise in den Wärmeübertragerrücklauf 68b'. Vorzugsweise umfasst das Heizsystem 10b zumindest ein Heizungsfluidstellelement 54b, 54b', zu einem Einstellen einer Aufteilung eines Gesamtvolumenstroms in dem Primärkreislauf auf zumindest die Raumheizung 28b, 28b' und den Wärmeübertrager 36b, 36b'. Das Heizungsfluidstellelement 54b, 54b' ist hier beispielhaft in dem Wärmeübertragervorlauf 66b, 66b', alternativ in dem Wärmeübertragerrücklauf 68b, 68b', angeordnet. Die Heizvorrichtung 12b, 12b' umfasst vorzugsweise ein Gehäuse 20b, 20b', in welchem die erste Heizeinheit 14b oder die Alternativheizeinheit 18b', die zweite Heizeinheit 16b, 16b', die Fluidfördereinheit 56b, 56b' und der Wärmeübertrager 36b, 36b' sowie insbesondere der Wärmeübertragervorlauf 66b, 66b', der Wärmeübertragerrücklauf 68b, 68b' und das Heizungsfluidstellelement 54b gemeinsam angeordnet sind.
  • In der Konfiguration der Heizvorrichtung 12b' zu einem Betrieb mit der Alternativheizeinheit 18b' ist der Puffertank 38b' in dem Primärkreislauf angeordnet. Der Puffertank 38b' ist vorzugsweise in den Wärmeübertragervorlauf 66b' integriert, vorzugsweise stromabwärts des Heizungsfluidstellelements 54b'. Der Puffertank 38b' umfasst einen Warmfluideinlass 44b' und einen Warmfluidauslass 46b' zu einer Versorgung des Wärmeübertragers 36b' mit Wärme. Der Warmfluideinlass 44b' ist innerhalb des Wärmeübertragervorlaufs 66b' vorzugsweise stromaufwärts des Warmfluidauslasses 46b' angeordnet. Der Warmfluideinlass 44b' ist vorzugsweise an einem an der Alternativheizeinheit 18b' angeschlossenen Abschnitt des Wärmeübertragervorlaufs 66b' angeschlossen. Der Warmfluidauslass 46b' ist vorzugsweise an einem an dem Wärmeübertrager 36b' angeschlossenen Abschnitt des Wärmeübertragervorlaufs 66b' angeschlossen. Der Warmfluideinlass 44b' und der Warmfluidauslass 46b' sind vorzugsweise beide in einer Deckenhälfte des Puffertanks 38b' angeordnet. Der Puffertank 38b' umfasst einen Ladefluidanschluss 48b' zu einer Änderung eines Ladezustands des Puffertanks 38b'. Der Ladefluidanschluss 48b' ist vorzugsweise in einer Bodenhälfte des Puffertanks 38b' angeordnet. Der Ladefluidanschluss 48b' ist vorzugsweise mittels einer Ladeleitung des Heizsystems 10b fluidtechnisch an dem Wärmeübertragerrücklauf 68b' und/oder dem Heizungsrücklauf 60b' angeschlossen. Der Ladefluidanschluss 48b' ist vorzugsweise mittels einer Entladeleitung des Heizsystems 10b an einem Fluidauslass der Fluidfördereinheit 56b' angeschlossen. Die Entladeleitung zweigt vorzugsweise stromaufwärts der Alternativheizeinheit 18b' von einer Versorgungsleitung des Primärkreislaufs ab, welche von der Fluidfördereinheit 56b' zur Alternativheizeinheit 18b' führt. Ein Abstand zwischen dem Warmfluidauslass 46b' und dem Ladefluidanschluss 48b' ist in Abhängigkeit von einer Betriebsaufnahmedauer der zweiten Heizeinheit 16b' und/oder der Alternativheizeinheit 18b' ausgelegt.
  • Das Heizsystem 10b umfasst zumindest ein Fluidkontrollelement 40b', 42b' zur wahlweisen Durchströmung oder zur zumindest teilweisen Umgehung des Puffertanks 38b', des Wärmeübertragers 36b' und/oder der Alternativheizeinheit 18b'. Das Heizsystem 10b umfasst hier beispielhaft ein erstes Fluidkontrollelement 40b', welches insbesondere als 3-Wege-Ventil ausgebildet ist. Das erste Fluidkontrollelement 40b' ist vorzugsweise an dem Ladefluidanschluss 48b' angeschlossen und dazu vorgesehen, den Ladefluidanschluss 48b' wahlweise mit der Ladeleitung oder der Entladeleitung fluidtechnisch zu verbinden. Das Heizsystem 10b umfasst beispielhaft ein weiteres Fluidkontrollelement 42b'. Das weitere Fluidkontrollelement 42b' ist vorzugsweise in der Versorgungsleitung zwischen der Fluidfördereinheit 56b' und der Alternativheizeinheit 18b' angeordnet und dazu vorgesehen, die Fluidfördereinheit 56b' wahlweise mit der Alternativheizeinheit 18b' oder der Ladeleitung fluidtechnisch zu verbinden.
  • Der Puffertank 38b', die Fluidkontrollelemente 40b', 42b', die Ladeleitung und die Entladeleitung sind vorzugweise in dem Gehäuse 20b' gemeinsam angeordnet, insbesondere zusammen mit den bereits in dem Gehäuse 20b' angeordneten genannten Bauteilen.
  • Figur 5 zeigt ein Verfahren 50b zum Betrieb des Heizsystems 10b in der in Figur 4 gezeigten Konfiguration. In zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens 50b wird das Brauch- und/oder Trinkwasser mittels des Puffertanks 38b' erwärmt. Das Verfahren 50b wird vorzugsweise durch eine Wasserentnahme auf der Sekundärseite des Wärmeübertragers 36b' ausgelöst. Das Verfahren 50b umfasst vorzugsweise einen Pufferschritt 70b. In dem Pufferschritt 70b nimmt die Steuer- oder Regeleinheit 22b Temperatur oder zumindest eine Minimaltemperatur zu bringen. In dem Pufferschritt 70b leitet die Steuer- und/oder Regeleinheit 22b mittels der Fluidkontrollelemente 40b', 42b' den Wärmeträger von der Fluidfördereinheit 56b' über die Entladeleitung zu dem Ladefluidanschluss 48b' in den Puffertank 38b'. Der in dem Puffertank 38b' gespeicherte, insbesondere relative warme, Wärmeträger wird verdrängt und über den Warmfluidauslass 46b' durch den Wärmeübertrager 36b' geführt. Der Wärmeträger wird vorzugsweise durch den Wärmeübertrager 36b' hindurch und vorzugsweise durch die zweite Heizeinheit 16b' zurück zur Fluidfördereinheit 56b' geführt. In dem Pufferschritt 70b wird die Alternativheizeinheit 18b' vorzugsweise umgangen oder mittels des weiteren Fluidkontrollelements 42b' zu einer gleichzeitigen Versorgung der Raumheizung 28 fluidtechnisch parallel zu dem Puffertank 38b' geschaltet.
  • Das Verfahren 50b umfasst vorzugsweise eine reguläre Ausgabe 72b, welche von der Steuer- oder Regeleinheit 22b eingeleitet wird, wenn die zweite Heizeinheit 16b' betriebsbereit ist, insbesondere einen vorgesehen Betriebspunkt erreicht hat. Zu Beginn der regulären Ausgabe 72b lenkt die Steuer- oder Regeleinheit 22b den Wärmeträger mittels der Fluidkontrollelemente 40b', 42b' vorzugsweise von der Fluidfördereinheit 56b' durch die Alternativheizeinheit 18b' zu dem Warmfluideinlass 44b' und, insbesondere unter Umgehung eines Großteils eines Aufnahmevolumens des Puffertanks 38b', über den Warmfluidauslass 46b' zu dem Wärmeübertrager 36b'. Der Wärmeträger wird vorzugsweise durch den Wärmeübertrager 36b' hindurch und vorzugsweise durch die zweite Heizeinheit 16b' zurück zur Fluidfördereinheit 56b' geführt. In der regulären Ausgabe 72b kann die Alternativheizeinheit 18b', insbesondere in Abhängigkeit von der abzudeckendem Wärmebedarf, eingeschaltet oder ausgeschaltet sein. Insbesondere nimmt die Steuer- oder Regeleinheit 22b die Alternativheizeinheit 18b' nur in Betrieb, wenn eine Heizleistung der zweiten Heizeinheit 16b nicht ausreicht, um den Wärmebedarf zu decken und/oder wenn eine Erhöhung einer Heizleistung der zweiten Heizeinheit 16b ineffizienter bezogen auf einen elektrischen Energiebedarf als eine Betriebsaufnahme der Alternativheizeinheit 18b' wäre. Vorzugsweise schließt die Steuer- oder Regeleinheit 22b in der regulären Ausgabe 72b den Ladefluidanschluss 48b' mittels der Fluidkontrollelemente 40b', 42b'.
  • Das Verfahren 50b umfasst vorzugsweise einen Wiederaufladeschritt 74b, der nach einem Beenden der Wasserentnahme auf der Sekundärseite des Wärmeübertragers 36b' ausgeführt wird. In dem Wiederaufladeschritt 74b lenkt die Steuer- oder Regeleinheit 22b mittels der Fluidkontrollelemente 40b', 42b' den Wärmeträger von der Fluidfördereinheit 56b' durch die Alternativheizeinheit 18b zu dem Warmfluideinlass 44b'. Der in dem Puffertank 38b' befindliche, insbesondere relative kalte, Wärmeträger wird über den Ladefluidanschluss 48b' verdrängt und über die Ladeleitung zurück in den Wärmeübertragerrücklauf 68b' und/oder in den Heizungsrücklauf 60b' geführt. Der Wärmeträger wird vorzugsweise durch die zweite Heizeinheit 16b' zurück zur Fluidfördereinheit 56b' geführt. Am Ende des Wiederaufladeschritts 74b, insbesondere wenn der Puffertank 38b' hinreichend mit Wärme gefüllt ist, verschließt die Steuer- und/oder Regeleinheit 22b vorzugsweise den Ladefluidanschluss 48b' mittels des ersten Fluidkontrollelements 40b' und/oder den Warmfluidanschluss mittels des Heizungsfluidstellelements 54b'. Abhängig von einem weiteren Wärmebedarf der Raumheizung 28b kann die Steuer- oder Regeleinheit 22b die zweite Heizeinheit 16b', die Alternativheizeinheit 18b' und/oder die Fluidfördereinheit 56b' ausschalten, in einen Standby-Betrieb versetzen oder weiterbetreiben, insbesondere auf einem anderen Betriebspunkt.
  • Figur 6 und Figur 7 zeigen ein Heizsystem 10c mit einer Heizvorrichtung 12c. Die Heizvorrichtung 12c ist insbesondere als Hybridheizvorrichtung ausgebildet. Die Heizvorrichtung 12c umfasst vorzugsweise eine erste Heizeinheit 14c, die beispielsweise als Brennstoffheizblock ausgebildet ist. Die Heizvorrichtung 12c umfasst eine zweite Heizeinheit 16c, die beispielsweise als Inhauseinheit einer Wärmepumpe ausgebildet ist. Das Heizsystem 10c umfasst eine Alternativheizeinheit 18c, die insbesondere als Elektroheizblock ausgebildet ist. Die Heizvorrichtung 12c ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die erste Heizeinheit 14c mit der Alternativheizeinheit 18c austauschbar ist. Das Heizsystem 10c umfasst zumindest einen Wärmeübertrager 36c und einen Puffertank 38c, die in einen Primärkreislauf der Heizvorrichtung 12c eingebunden sind. Das Heizsystem 10c umfasst ein Gehäuse 20c. Die zumindest zwei Heizeinheiten 14c, 16c oder die zweite Heizeinheiten 16c und die Alternativheizeinheit 18c sind zusammen mit dem Puffertank 38c zumindest teilweise in dem Gehäuse 20c angeordnet.
  • In einer Konfiguration mit Puffertank 38c und mit einer als Brennstoffheizblock ausgebildeten ersten Heizeinheit 14c, kann ein zu dem in Figur 4 gezeigten Verfahren 50b analoges Verfahren durchgeführt werden, wobei in allen oben beschriebenen Verfahrensschritten je nach Konfiguration die erste Heizeinheit 16c und die Alternativheizeinheit 18c beliebig austauschbar sind. Insbesondere wird in einer regulären Ausgabe des Verfahrens die erste Heizeinheit 14c von einer Steuer- und/oder Regeleinheit 22c des Heizsystems 10c vorzugsweise nur dann in Betrieb genommen, wenn eine Heizleistung der weiteren Heizeinheit 16c nicht ausreicht, um einen vorgegebenen Wärmebedarf zu decken. Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein Verbrauch an fossilen Energieträgern durch die Heizvorrichtung 12c vorteilhaft klein im Verhältnis zu einem Einsatz von elektrischem Strom, insbesondere zu einem Einsatz von regenerativen Energieträgern, gehalten werden. Insbesondere kann durch den Puffertank 38c ein Benutzerkomfort während einer Inbetriebnahme der zweiten Heizeinheit 16c auch ohne Einsatz der ersten Heizeinheit 14c vorteilhaft hoch gehalten werden.

Claims (19)

  1. Heizsystem (10a; 10b; 10c) mit einer Heizvorrichtung (12a; 12b; 12c), insbesondere Hybridheizvorrichtung, die zumindest zwei Heizeinheiten (14a, 16a; 14b, 16b; 14c, 16c) aufweist, und mit einer Alternativheizeinheit (18a; 18b; 18c), die insbesondere als Elektroheizblock ausgebildet ist.
  2. Heizsystem (10a; 10b; 10c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der zumindest zwei Heizeinheiten (14a, 16a; 14b, 16b; 14c, 16c) der Heizvorrichtung (12a; 12b; 12c) zum Austausch mit der Alternativheizeinheit (18a; 18b; 18c) vorgesehen ist.
  3. Heizsystem (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (12a; 12b; 12c) eine als Brennstoffheizblock, insbesondere Gasheizblock, ausgebildete Heizeinheit (14a; 14b; 14c) aufweist.
  4. Heizsystem (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (12a; 12b; 12c) eine als Wärmepumpe ausgebildete Heizeinheit (16a; 16b; 16c) aufweist.
  5. Heizsystem (10a; 10b; 10c) zumindest nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffheizblock zum Austausch vorgesehen ist.
  6. Heizsystem (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (20a; 20b; 20c), wobei die zumindest zwei Heizeinheiten (14a, 16a; 14b, 16b; 14c, 16c) der Heizvorrichtung (12a; 12b; 12c) jeweils zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses (20a; 20b; 20c) angeordnet sind.
  7. Heizsystem (10a; 10b; 10c) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Alternativheizeinheit (18a; 18b; 18c) innerhalb des Gehäuses (20a; 20b; 20c) angeordnet ist oder dazu vorgesehen ist, innerhalb des Gehäuses (20a; 20b; 20c) angeordnet zu werden.
  8. Heizsystem (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuer- und/oder Regeleinheit (22a; 22b; 22c), die dazu vorgesehen ist, die Alternativheizeinheit (18a; 18b; 18c) zu steuern und/oder zu regeln.
  9. Heizsystem (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Alternativheizeinheit (18a; 18b; 18c) dazu vorgesehen ist, ein Signal zumindest einer der Heizeinheiten (14a, 16a; 14b, 16b; 14c, 16c) der Heizvorrichtung (12a; 12b; 12c) zu verarbeiten.
  10. Heizsystem (10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Primärkreislauf, welcher zumindest einen von den Heizeinheiten (14b, 16b; 14c, 16c) und/oder der Alternativheizeinheit (18b; 18c) unterschiedlichen Wärmeübertrager (36b; 36c) zur Erwärmung von Brauch- und/oder Trinkwasser umfasst.
  11. Heizsystem (10b; 10c) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zumindest einen Puffertank (38b; 38c), der in dem Primärkreislauf angeordnet ist oder zu einer Anordnung in dem Primärkreislauf vorgesehen ist.
  12. Heizsystem (10b; 10c) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (20b; 20c), wobei die zumindest zwei Heizeinheiten (14b, 16b; 14c, 16c) zusammen mit dem zumindest einen Puffertank (38b; 38c) zumindest teilweise in dem Gehäuse (20b; 20c) angeordnet sind oder wobei die Alternativheizeinheit (18b; 18c) zusammen mit dem zumindest einen Puffertank (38b; 38c) zu einer zumindest teilweisen Anordnung in dem Gehäuse (20b; 20c) vorgesehen sind.
  13. Heizsystem (10b; 10c) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, gekennzeichnet durch zumindest ein Fluidkontrollelement (40b, 42b; 40c, 42c) zur wahlweisen Durchströmung oder zur zumindest teilweisen Umgehung des zumindest einen Puffertanks (38b; 38c), des Wärmeübertragers (36b; 36c) und/oder zumindest einer der Heizeinheiten (14b; 14c) beziehungsweise der Alternativheizeinheit (18b; 18c).
  14. Heizsystem (10b; 10c) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Puffertank (38b; 38c) zumindest einen Warmfluideinlass (44b; 44c) und einen Warmfluidauslass (46b; 46c) zu einer Versorgung des Wärmeübertragers (36b; 36c) mit Wärme und einen Ladefluidanschluss (48b; 48c) zu einer Änderung eines Ladezustands des zumindest einen Puffertanks (38b; 38c) umfasst.
  15. Heizsystem (10b; 10c) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem Warmfluidauslass (46b; 46c) und dem Ladefluidanschluss (48b; 48c) in Abhängigkeit von einer Betriebsaufnahmedauer zumindest einer der Heizeinheiten (14b; 14c) und/oder der Alternativheizeinheit (18b; 18c) ausgelegt ist.
  16. Verfahren (50b) zum Betrieb eines Heizsystems (10b; 10c) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt Brauch- und/oder Trinkwasser mittels des zumindest einen Puffertanks (38b; 38c) erwärmt wird.
  17. Heizvorrichtung (12a; 12b; 12c) für eine Heizsystem (10a; 10b; 10c) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
  18. Heizvorrichtung (12a; 12b; 12c), insbesondere Hybridheizvorrichtung, vorzugsweise nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (20a; 20b; 20c), eine als Wärmepumpe ausgebildete Heizeinheit (16a; 16b; 16c) und eine als Brennstoffheizblock, insbesondere Gasheizblock, ausgebildete Heizeinheit (14a; 14b; 14c), die jeweils zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses (20a; 20b; 20c) angeordnet sind.
  19. Alternativheizeinheit (18a; 18b; 18c) eines Heizsystems (10a; 10b; 10c) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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