EP4671624A1 - Hybridheizungsanlage - Google Patents

Hybridheizungsanlage

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Publication number
EP4671624A1
EP4671624A1 EP25183262.2A EP25183262A EP4671624A1 EP 4671624 A1 EP4671624 A1 EP 4671624A1 EP 25183262 A EP25183262 A EP 25183262A EP 4671624 A1 EP4671624 A1 EP 4671624A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
flow
heat pump
check valve
return
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP25183262.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Schwirblat
Hendrik Gesell
Florian Viedenz
Benjamin Miksa
Pauka Carsten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP4671624A1 publication Critical patent/EP4671624A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D12/00—Other central heating systems
    • F24D12/02—Other central heating systems having more than one heat source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/10—Feed-line arrangements, e.g. providing for heat-accumulator tanks, expansion tanks ; Hydraulic components of a central heating system
    • F24D3/1058—Feed-line arrangements, e.g. providing for heat-accumulator tanks, expansion tanks ; Hydraulic components of a central heating system disposition of pipes and pipe connections
    • F24D3/1066—Distributors for heating liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/04—Gas or oil fired boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/02—Fluid distribution means
    • F24D2220/025—Check valves

Definitions

  • the invention relates to a hybrid heating system comprising a heat generator and a heat pump for heating a heat transfer medium.
  • Hybrid heating systems for supplying a building with heating and hot water are becoming increasingly common. These systems typically consist of a heat generator, such as a gas boiler, and a heat pump hydraulically connected via a heating circuit, enabling them to generate heat as needed.
  • the heat generator can also be considered an auxiliary heating unit, used when the heat output of a heat pump is insufficient to meet the heating demand.
  • a hybrid heating system offers the advantage that, during periods of high heat demand, the heat generator can contribute additional heat, thus ensuring that all heating requirements are met with a high level of comfort.
  • Such a hybrid heating system is used, for example, in... EP 4 253 867 A1
  • another advantage of a hybrid heating system is that its heat pump can also operate in cooling mode by reversing the heat pump's refrigeration cycle.
  • the EP 2 806 218 A1 Such a hybrid heating system comprehensively describes a three-way valve that is complex in design.
  • a simple heating system with a heat pump and a boiler is installed in the DE3049132A1 As shown, the heat pump and boiler negatively affect each other when operated simultaneously, since the sub-circuits are not hydraulically decoupled.
  • hybrid heating systems Various configurations of hybrid heating systems are known. Often, the heat generator and the heat pump are connected to a buffer storage tank and can transfer heat into it. A heating circuit can be supplied with heated heat transfer fluid from the buffer storage tank. If necessary, domestic hot water can also be supplied via a heat exchanger in the buffer storage tank. Such hybrid heating systems are often complex in design and require, in particular, sophisticated hydraulic connections and place high demands on the available installation space. Furthermore, in such a hybrid heating system, if the heat pump fails, the heating circuit may no longer be supplied with heat, even though the heat generator is operational.
  • a mixing pipe can also be installed in the flow line of the heat pump, connected to the flow and return lines of the heat generator. This mixing pipe can then act as a hydraulic separator to decouple the parallel operation of the heat pump and heat generator.
  • a hybrid heating system is to be provided which avoids condensation in the heat generator during cooling operation of the heat pump and which can also continue to be operated using only the heat generator in the event of a heat pump failure.
  • a hybrid heating system that includes at least one heat generator, one heat pump and one heating circuit, which are hydraulically connected.
  • the heat pump and heat generator are designed to heat a heat transfer fluid, particularly suitable for (space) heating and/or (domestic) hot water supply.
  • a first check valve is installed in the flow line of the heat pump between a flow and a return connection of the heat generator, and/or a second check valve is installed in a flow or return connection of the heat generator.
  • the heat pump's flow line is connected to a mixing pipe, and the flow and return connections of the heat generator are connected to the mixing pipe.
  • the first check valve is located in the mixing pipe between the flow and return connections of the heat generator, and/or the second check valve is located in the heat generator's flow line leading to the mixing pipe.
  • a heat pump can be a familiar type of heat pump that extracts heat from an ambient medium, such as geothermal energy, water, or ambient air, and transfers it to a heat transfer medium for use.
  • the heat pump may include a refrigeration cycle in which a refrigerant circulates and transfers heat through a phase change.
  • the refrigerant can evaporate and absorb heat.
  • the refrigerant can be converted into a liquid state, and the resulting heat can be transferred to a heat transfer medium.
  • a compressor and an expansion valve can be located between the evaporator and condenser to control the refrigeration cycle. To switch from heating to cooling mode, the evaporator and condenser can exchange their functions, thus reversing the process.
  • the hybrid heating system can operate in heating mode and cooling mode (as needed, selectively, or automatically).
  • heating mode the heat pump is designed to transfer heat from the ambient medium to a heat transfer fluid.
  • cooling mode the heat pump can transfer heat from the heat transfer fluid to the ambient medium, thus absorbing heat via the consumers in the heating circuit and releasing it to the ambient medium.
  • the refrigeration cycle of the heat pump can be reversed. In this case, the evaporator from heating mode becomes the condenser, and vice versa, thus reversing the direction of heat flow within the heat pump.
  • the heat generator can be, in particular, a heating appliance for burning a fuel, such as heating oil, fossil fuels like natural gas, hydrogen, or even wood.
  • the heating appliance can also be an electric heating appliance that heats a heat transfer medium using a flow-through principle.
  • the heat generator can be a gas-fired heating appliance.
  • the gas-fired heating appliance draws in a mass flow of combustion air via an air intake system.
  • a mass flow of fuel gas corresponding to a predetermined combustion air ratio (also known as lambda or air-fuel ratio), is then added to this air.
  • the resulting combustion mixture can be fed to a burner via a mixture channel, exit into a combustion chamber, and combusted there.
  • the combustion products can be discharged via an exhaust duct from the gas-fired heating appliance into the building's exhaust system.
  • the gas boiler can adjust the burner output to the demand, a process also known as "modulation". This can be achieved by detecting a change in heat demand, for example, by adjusting the flow and...
  • the return temperature of a heating circuit connected to the heater, a control unit of the heater adjusts the output of the heater's fan and thus the mass flow of combustion air to the heat demand.
  • a control system adjusts the hydrogen mass flow to the changing mass flow of combustion air. Modulating operation of the gas heater enables targeted heat generation and thus precise heating of the heat transfer fluid flowing from the heat pump to a predetermined setpoint temperature.
  • the gas heater can be, in particular, a wall-mounted gas heater.
  • Both the heat pump and the heat generator can include a return line through which the heat transfer fluid to be heated can flow in, and a supply line through which the heated heat transfer fluid can flow out.
  • the heat generator and the heat pump can be connected in parallel to the heating circuit.
  • the heat pump's return line can be connected to a return line of the heating circuit, so that the heat transfer fluid is heated by the heat pump first.
  • the heat pump's flow line can be connected to the heating circuit's flow line.
  • the heat pump's flow line can be connected to a buffer tank or a mixing tube.
  • the heat pump's return line can (also) be connected to the buffer tank.
  • the heat generator's flow and return lines can be connected to the mixing tube or buffer tank at a flow connection and a return connection, respectively, whereby, with respect to a regular flow direction of the heat transfer fluid, the return connection can be located upstream of the flow connection on the mixing tube.
  • the return connection can be located at the beginning of the mixing tube, and the flow connection at the end of the mixing tube.
  • the beginning and end of the mixing tube refer to the... Flow direction of the heat transfer fluid.
  • the described arrangement allows the hybrid heating system to operate in three modes. In the first mode, only the heat pump can be in operation, heating the heat transfer fluid to a predetermined setpoint temperature. In a second mode, the heat pump and heat generator can operate simultaneously. The heat pump initially heats the heat transfer fluid to a temperature below the predetermined setpoint temperature, and the heat generator, through which the heat transfer fluid flows after the heat pump, then heats the heat transfer fluid further to the predetermined setpoint temperature. In this respect, the heat pump and heat generator can be considered to be connected in series in the second mode.
  • Both the heat pump and the heat generator can include a circulation pump that moves the heat transfer fluid.
  • the circulation pump can, in particular, be a controlled pump.
  • the heating circuit can contain consumers such as radiators, heating elements, or surface heating systems (room heating such as wall or floor heating) and form a heat sink.
  • the heating circuit can also contain several sub-circuits.
  • the sub-heating circuits can be assigned to different rooms or residential units within the building. These sub-heating circuits can be high-temperature circuits for supplying radiators or other heating systems, or low-temperature circuits for supplying underfloor heating.
  • the sub-heating circuits can be connected to a primary heating circuit, which may include the heat generator, heat pump, and, if applicable, buffer tank and/or hot water storage tank.
  • the mixing pipe can be a section of pipe in which a partial flow of the heat transfer fluid, heated by the heat generator, is mixed with a partial flow of the heat transfer fluid flowing directly from the heat pump to the heating circuit.
  • the mixing pipe has, in particular, a hydraulic connection for at least one of the following components: the heat pump's flow, a flow and return from the heat generator, and a flow from the heating circuit (i.e., the heat sink).
  • the flow rates of the heat generator and the heat pump are largely hydraulically decoupled by the use of the mixing pipe.
  • the volume flow rate in the mixing tube is the difference between the volume flow rate of the heat pump and the volume flow rate of the heat generator and is 0–5000 l/h, preferably 0–2500 l/h.
  • the resulting volume flow rate supplied to the heating circuit can be in the range of 400–5000 l/h, preferably 500–2500 l/h.
  • the ratio of the inner diameter of a pipe in the flow of the heat pump, the return of the heat pump, or the heating circuit (especially the flow and return of the heating circuit connected to the hybrid heating system) to the inner diameter of the mixing pipe can be equal to 1, particularly greater than 1 ⁇ 2, or particularly greater than 1/5. It is noted that the pipes have a circular cross-section and thus also a circular internal flow cross-section. This embodiment can contribute to the hydraulic decoupling of the heat generator and the heat pump by means of the mixing pipe.
  • the hybrid heating system can include a control unit that regulates and controls its operation.
  • the control unit can be connected to at least the heat generator, the heat pump, and several sensors, such as temperature sensors in the flow and return lines of the heat pump and/or the heat generator, temperature sensors for measuring the temperature of the contents of a hot water storage tank and/or a buffer tank, and/or a... Temperature sensors for recording the temperature of the ambient medium used by the heat pump must be connected via data technology.
  • a first check valve must be installed between the flow and return connections of the heat generator.
  • a second check valve can be installed in the flow or return line of the heat generator.
  • a check valve is a component that allows flow in a normal direction while preventing flow in the opposite direction, thus closing the flow path.
  • the normal flow direction can, in particular, correspond to the normal flow direction of the hybrid heating system, or the heat pump and heat generator, from the return to the flow.
  • the check valve can be designed as a flap valve.
  • the first check valve advantageously allows, for example, the operation of the heat generator in the event of a heat pump failure or during maintenance work on the heat pump.
  • the first check valve ensures the flow direction of the heat transfer fluid from the heat pump to the heat sink, or the heating circuit, and prevents any side flows. If the flow rate of the heat generator is greater than that of the heat pump, the check valve prevents the supply fluid from flowing back into the return line of the heat generator.
  • the check valve in the mixing pipe also prevents the heat transfer fluid from flowing back to the heat pump and enables or supports the independent operation of the heat generator and heat pump. When only the heat pump is operating, it can supply the heating circuit independently of the heat generator via the check valve. If only the heat generator is operating, it can operate independently of the heat generator. The heat pump operates. If only the circulation pump of the heat generator is in operation, the heat transfer medium can be transported to the heating circuit by the heat pump and the heat generator.
  • the second check valve can prevent flow through the heat generator in or against the normal flow direction. This can occur, for example, during cooling operation of the heat pump, where unfavorable flow conditions can cause the heat transfer fluid to flow from the heat generator's supply line into its return line.
  • the second check valve can be designed so that an opening pressure is required to allow flow. This opening pressure should be selected to be greater than the pressure differences between the supply and return lines of the heat generator caused by unintended flow effects. This effectively prevents unintended flow effects and their consequences to a large extent.
  • the check valve can be configured to open at an opening pressure greater than the differential pressure generated by the heat pump during operation. Furthermore, as described above, the opening pressure should also be higher due to pressure differences arising from unintended flow effects. This embodiment applies particularly to the second check valve and ensures that the check valve cannot be opened by the operation of the heat pump and only opens when the circulation pump of the heat generator is started.
  • the hybrid heating system can include a buffer storage tank for receiving heat transfer fluid, which can be arranged as a mixing tube. Alternatively or cumulatively, a buffer storage tank can also be located in the return line of the heating circuit.
  • the hybrid heating system can include a hot water storage tank for storing heated potable or domestic hot water from a hot water supply.
  • This tank can be connected to a supply network, a water network, or a well to replace hot water drawn from the storage tank.
  • the hot water storage tank can have a heat exchanger through which a heat transfer fluid flows to heat the water contained within.
  • the hot water storage tank can be integrated into the heating circuit via a three-way valve. Depending on the heat demand, the three-way valve can control whether the heat transfer fluid flows through the heating circuit or, alternatively, through the hot water storage tank to heat it.
  • the mixing tube and the first check valve and/or the second check valve can be arranged or housed in a (common) component.
  • the component can comprise exactly one (single) housing containing the mixing tube and the first check valve and/or the second check valve.
  • the component can be part of a kit for constructing a hybrid heating system.
  • the component can include at least one connection each for the flow and return of the heat generator, for a flow of the heat pump, and for the flow of the heating circuit.
  • Arranging a first check valve and a second check valve in a hybrid heating system can advantageously allow the use of synergistic effects of the two check valves depending on their installation position.
  • the hybrid heating system can ensure efficient heat transfer and prevent bypass flow. Furthermore, it completely avoids condensation in the heat generator, thus preventing damage to the generator and extending its service life.
  • the non-return valves are advantageously inexpensive and easy to install. Therefore, the invention is also suitable for retrofitting existing hybrid heating systems.
  • FIG. 1 shows an exemplary and schematic representation of a proposed hybrid heating system 1.
  • This system comprises a heat pump 2 with a flow 4 and a return 3, and a heat generator 5 with a flow 7 and a return 6.
  • the heat generator 2 can be, in particular, a gas-fired boiler.
  • the heat pump 2 and the heat generator 5 supply heat to a heating circuit 8, which acts as a heat sink.
  • the heating circuit 8 has a flow 10 and a return 17.
  • the return 17 of the heating circuit 8 can be connected to the return 3 of the heat pump 2.
  • An optional buffer storage tank 16 can be arranged between the return 17 of the heating circuit 8 and the return 3 of the heat pump 2.
  • the heat pump 2, the heat generator 5, a mixing pipe 9, and the heating circuit 8 have a flow direction 21 in which the heat transfer fluid flows through them.
  • the flow 4 of the heat pump 2 can be connected to the mixing pipe 9, the other end of which can be connected to the flow 10 of the heating circuit 8.
  • the return 6 of the heat generator 5 can be connected to a return connection 23 in an initial section of the mixing pipe 9 (relative to the flow direction 21), and the flow 7 can be connected to an end section of the mixing pipe 9 (relative to the flow direction 21) via a flow connection 24.
  • the heat generator 5 draws a volume of heat transfer fluid from the mixing pipe 9 via the return connection 23, heats this volume, and returns it to the system via the flow connection 24.
  • a temperature sensor 22 can also be arranged, which can be connected to a control and regulating device of the hybrid heating system 1 (not shown here) and measures a flow temperature of the heating circuit 8.
  • a first check valve 12 can be arranged in the mixing tube 9 and a second check valve 11 can be arranged in the flow line of the heat generator.
  • Fig. 1 It is shown that both the first check valve 12 are located in the mixing tube 9 and the second check valve 11 are located in the flow line 7 of the heat generator 5. It is explicitly noted that according to the invention (unlike in Fig. 1 (as shown) only the first check valve 12 can be present in the mixing tube 9. Furthermore, (unlike in Fig. 1 (as shown) only the second check valve 11 is present in the flow line 7 of the heat generator 5.
  • the first check valve 12 is thus arranged in the mixing pipe 9 between the return connection 23 and the supply connection 24 of the heat generator 5 on the mixing pipe 9 and can prevent flow in the mixing pipe 9 against its flow direction 21, thereby ensuring that the heat generator 5 can be operated and supply the heating circuit 8 with heat even when the heat pump 2 is switched off.
  • the second check valve 11 is arranged in the supply line 7 of the heat generator 5 and prevents flow through the heat generator 5 in a direction opposite to its flow direction 21. In an alternative embodiment not shown here, the second check valve 11 can also be arranged in the return line 8 of the heat generator 5.
  • the mixing tube 9 and the first and second check valves 12, 11 can be arranged in a component 13, in particular together within a housing of the component 13.
  • the component 13 can be part of a kit for the hybrid heating system 1 and significantly simplify assembly.
  • Fig. 2 It also shows, by way of example and schematically, the hybrid heating system 1.
  • the bypass valve 20 can enable defrosting of an evaporator of the heat pump 22 and ensure a minimum circulation rate when the consumers of the heating circuit 8 are closed.
  • the reference numerals and their respective explanations from or to Fig. 1 can also be used in or for Fig. 2 be applied.
  • both the first check valve 12 are located in the mixing tube 9 and the second check valve 11 are located in the flow line 7 of the heat generator 5. It is explicitly noted that according to the invention (unlike in Fig. 2 (as shown) only the first check valve 12 may be present in the mixing tube 9. Likewise, (unlike in Fig. 2 (as shown) only the second check valve 11 is present in the flow line 7 of the heat generator 5.
  • FIG. 3 Figure 1 shows a hybrid heating system 1 with a hot water supply, which may include a hot water storage tank 15 with a flow 14 and a return 18.
  • An alternative flow through the hot water storage tank 15 with heat transfer fluid can be initiated via a motor-driven three-way valve 19.
  • the three-way valve 19 can be connected to a control unit of the hybrid heating system 1.
  • the reference symbols and their respective explanations are from or relating to... Fig. 1 can also be used in or for Fig. 3 be applied.
  • the hybrid heating system 1 has a buffer storage tank 16 that can hold heated heat transfer fluid.
  • the buffer storage tank 16 is connected to the return line 17 of the Heating circuit 8 and the return 3 of the heat pump 2 are connected, so that heat transfer fluid from the return 17 of the heating circuit 8 can flow through the buffer storage tank 16.
  • both the first check valve 12 are located in the mixing tube 9 and the second check valve 11 are located in the flow line 7 of the heat generator 5. It is explicitly noted that according to the invention (unlike in Fig. 3 (as shown) only the first check valve 12 may be present in the mixing tube 9. Likewise, (unlike in Fig. 3 (as shown) only the second check valve 11 is present in the flow line 7 of the heat generator 5.

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Abstract

Vorgeschlagen wird Hybridheizungsanlage (1) umfassend einen Wärmeerzeuger (5), eine Wärmpumpe (2) sowie einen Heizkreis (8), die hydraulisch verbunden sind, wobei Wärmepumpe (2) und Wärmeerzeuger (5) dazu eingerichtet sind, einen Wärmeträger zur Heizung und/ oder Warmwasserversorgung zu erwärmen und ein erstes Rückschlagventil (12) zwischen einem Vorlaufanschluss (24 und einem Rücklaufanschluss (23) des Wärmeerzeugers (5) und/ oder ein zweites Rückschlagventil (11) im Vorlauf (7) des Wärmeerzeugers (5) angeordnet ist, wobei ein Vorlauf (4) der Wärmepumpe (2) mit einem Mischrohr (9) verbunden ist, Vorlauf (7) und Rücklauf (6) des Wärmeerzeugers (5) mit dem Mischrohr (9) verbunden sind, und wobei das erste Rückschlagventil (12) im Mischrohr (9) zwischen dem Vorlaufanschluss (24) und dem Rücklaufanschluss (23) des Wärmeerzeugers (5) angeordnet ist und/ oder das zweite Rückschlagventil (11) im Vorlauf (7) des Wärmeerzeugers (5) zu dem Mischrohr (9) angeordnet ist

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridheizungsanlage, die einen Wärmeerzeuger und eine Wärmepumpe zur Erwärmung eines Wärmeträgers umfasst.
  • Hybridheizungsanlagen zur Versorgung eines Gebäudes mit Heizung und Warmwasser kommen zunehmend zur Anwendung. Dabei sind in der Regel ein Wärmeerzeuger, beispielsweise ein Gasheizgerät, und eine Wärmepumpe über einen Heizkreis hydraulisch verbunden und können bedarfsgerecht Wärme erzeugen. Dabei kann der Wärmeerzeuger auch als Zusatzheizgerät verstanden werden, der eingesetzt wird, wenn die Wärmeleistung einer Wärmepumpe einer Wärmeanforderung nicht entsprechen kann. Eine Hybridheizungsanlage bietet dabei die Möglichkeit, dass bei hohen Wärmeanforderungen der Wärmeerzeuger kumulativ Wärme einbringt und so allen Wärmeanforderungen mit hohem Komfort entsprochen werden kann. Eine derartige Hybridheizungsanlage wird beispielsweise in der EP 4 253 867 A1 gezeigt. Ein weiterer Vorteil einer Hybridheizungsanlage besteht darin, dass die Wärmepumpe derselben auch einen Kühlbetrieb durch eine Umkehr des Kältekreises der Wärmepumpe realisieren kann.
  • Die EP 2 806 218 A1 beschreibt eine derartige Hybridheizungsanlage umfassend ein Dreiwegeventil, die kompliziert aufgebaut ist.
  • Auch die DE 100 33 669 A1 beschreibt eine hybride Heizungsanlage mit einem Pufferspeicher, die gleichfalls kompliziert aufgebaut ist.
  • Eine einfach aufgebaute Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe und einem Heizkessel wird in der DE3049132A1 gezeigt. Nachteilig beeinflussen sich Wärmepumpe und Heizkessel bei einem gleichzeitigen Betrieb gegenseitig, da die Teilkreise nicht hydraulisch entkoppelt sind.
  • Auch die DE 10 2022 132 372 A1 beschreibt eine Heizungsanlage mit einer Verbrennungseinrichtung und einer Wärmepumpe, wobei auch hier ein vollständig unabhängiger Betrieb der Wärmeerzeuger nicht möglich erscheint.
  • Dabei sind verschiedene Ausgestaltungen von Hybridheizungsanlagen bekannt. Häufig sind der Wärmeerzeuger und die Wärmepumpe mit einem Pufferspeicher verbunden und können Wärme in diesen eintragen. Aus dem Pufferspeicher kann ein Heizkreis mit erwärmtem Wärmeträger versorgt werden. Gegebenenfalls kann auch eine Warmwasseranforderung über einen Wärmetauscher des Pufferspeichers bereitgestellt werden. Eine derartige Hybridheizungsanlage ist häufig aufwendig aufgebaut und erfordert insbesondere eine aufwendige hydraulische Anbindung und stellt hohe Anforderungen an den vorhandenen Bauraum. Zudem kann es bei einer derartigen Hybridheizungsanlage dazu kommen, dass bei einem Ausfall der Wärmepumpe der Heizkreis nicht mehr mit Wärme versorgt werden kann, obwohl der Wärmeerzeuger einsatzbereit ist.
  • Dabei kann anstatt des Pufferspeichers auch ein Mischrohr im Vorlauf der Wärmepumpe vorgesehen sein, das mit dem Vorlauf und dem Rücklauf des Wärmeerzeugers verbunden ist. Das Mischrohr kann dabei als hydraulische Weiche zur Entkopplung der parallelen Einbindung von Wärmepumpe und Wärmeerzeuger dienen.
  • Zudem kann es im Kühlbetrieb aufgrund ungünstiger Strömungsverhältnisse dazu kommen, dass abgekühlter Wärmeträger durch den Wärmeerzeuger strömt und im Wärmeerzeuger eine Kondensatbildung verursacht. Neben einer Minderung der Kühlleistung kann das im Wärmeerzeuger auftretende Kondensat zu einer Schädigung, bzw. einer Verkürzung der Standzeit, des Wärmeerzeugers führen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lindern oder zu lösen. Insbesondere soll eine Hybridheizungsanlage angegeben werden, die eine Kondensatbildung im Wärmeerzeuger bei einem Kühlbetrieb der Wärmepumpe vermeidet und zudem auch bei einem Ausfall der Wärmepumpe nur mit dem Wärmeerzeuger weiter betreibbar ist.
  • Zudem soll die Komplexität einer Hybridheizungsanlage zumindest nicht wesentlich gesteigert werden und die Erfindung auch an bestehenden Anlagen nachrüstbar sein.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt eine Hybridheizungsanlage bei, die zumindest einen Wärmeerzeuger, eine Wärmpumpe sowie einen Heizkreis umfasst, die miteinander hydraulisch verbunden sind. Die Wärmepumpe und der Wärmeerzeuger sind dazu eingerichtet, einen Wärmeträger, insbesondere geeignet für eine (Raum-)Heizung und/ oder geeignet für eine (sanitäre) Warmwasserversorgung, zu erwärmen. Es ist vorgesehen, dass ein erstes Rückschlagventil in einem Vorlauf der Wärmepumpe zwischen einem Vorlauf- und einem Rücklaufanschluss des Wärmeerzeugers und/ oder dass ein zweites Rückschlagventil in einem Vorlauf oder einem Rücklauf des Wärmeerzeugers angeordnet ist. Es ist der Vorlauf der Wärmepumpe mit einem Mischrohr verbunden, der Vorlauf und der Rücklauf des Wärmeerzeugers sind mit dem Mischrohr verbunden, und das erste Rückschlagventil ist im Mischrohr zwischen dem Vorlaufanschluss und dem Rücklaufanschluss des Wärmeerzeugers angeordnet und/oder das zweite Rückschlagventil ist im Vorlauf des Wärmeerzeugers zu dem Mischrohr angeordnet.
  • Die Wärmepumpe kann eine bekannte Wärmepumpe sein, die einem Umgebungsmedium, beispielsweise Erdwärme, Wasser oder Umgebungsluft, Wärme entzieht und zur Nutzung auf einen Wärmeträger übertragen kann. Die Wärmepumpe kann einen Kältekreis umfassen, in dem ein Kältemittel zirkuliert und einen Wärmetransport mittels eines Phasenwechsels realisiert. Dabei kann das Kältemittel in einem Verdampfer des Kältekreises verdampfen und Wärme aufnehmen. In einem Verflüssiger kann das Kältemittel in einen flüssigen Zustand überführt werden und die entstehende Wärme auf einen Wärmeträger übertragen werden. Zwischen Verdampfer und Verflüssiger kann ein Kompressor und ein Expansionsventil angeordnet sein, mittels derer der Kältekreis gesteuert werden kann. Um ein Umschalten von einem Heizbetrieb in einen Kühlbetrieb zu ermöglichen können Verdampfer und Verflüssiger ihre Funktionen tauschen und der Prozess umgekehrt werden.
  • Die Hybridheizungsanlage kann (bedarfsgerecht bzw. wahlweise bzw. automatisch umschaltend) in einem Heizungsbetrieb und einem Kühlbetrieb arbeiten. Bei dem Heizungsbetrieb ist die Wärmepumpe dazu eingerichtet, Wärme vom Umgebungsmedium auf einen Wärmeträger zu übertragen. Im Kühlbetrieb kann die Wärmepumpe Wärme vom Wärmeträger an das Umgebungsmedium übertragen, und somit über Verbraucher des Heizkreises Wärme aufnehmen und an das Umgebungsmedium abgeben. Für den Kühlbetrieb kann eine Umkehr des Kältekreises der Wärmepumpe erfolgen. Dabei wird der Verdampfer des Heizbetriebes zum Verflüssiger und der Verflüssiger des Heizbetriebes zum Verdampfer, wodurch die Transportrichtung des Wärmestromes der Wärmepumpe umgekehrt wird.
  • Bei dem Wärmeerzeuger kann es sich insbesondere um ein Heizgerät zur Verbrennung eines Brennstoffes, beispielsweise Heizöl, fossile Brenngase wie Erdgas, Wasserstoff, oder auch Holz handeln. Alternativ kann das Heizgerät auch ein elektrisches Heizgerät sein, das Wärmeträger nach dem Durchlaufprinzip erwärmt. Insbesondere kann es sich bei dem Wärmeerzeuger um ein Gasheizgerät handeln.
  • Das Gasheizgerät kann über eine Luftzuführung einen Massestrom Verbrennungsluft mittels einer Fördereinrichtung ansaugen, dem ein, einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis, auch als Lambda oder Luftzahl bezeichnet, entsprechender Massestrom Brenngas, zugesetzt wird. Das einstehende Verbrennungsgemisch kann über einen Gemischkanal einem Brenner zugeführt werden, in eine Brennkammer austreten und dort verbrennen. Die Verbrennungsprodukte können über einen Abgaskanal des Gasheizgerätes einer Abgasanlage des Gebäudes zugeführt werden.
  • Das Gasheizgerät kann insbesondere die Brennerleistung an den Bedarf anpassen, was auch als "Modulieren" bezeichnet wird. Hierzu kann bei einem Erkennen eines geänderten Wärmebedarfs, beispielsweise unter Einbeziehung einer Vorlauf- und Rücklauftemperatur eines mit dem Heizgerät verbundenen Heizkreises, ein Regel- und Steuergerät des Heizgerätes eine Leistung des Gebläses des Heizgerätes und damit den Massestrom Verbrennungsluft an den Wärmebedarf anpassen. Gleichzeitig passt eine Regelung den Wasserstoffmassestrom an den sich ändernden Massestrom Verbrennungsluft an. Ein modulierender Betrieb des Gasheizgerätes ermöglicht eine gezielte Wärmeerzeugung, und so ein gezieltes Erwärmen des aus der Wärmepumpe ausströmenden Wärmeträgers auf eine vorgegebene Solltemperatur. Bei dem Gasheizgerät kann es sich insbesondere um ein wandhängendes Gasheizgerät handeln.
  • Sowohl die Wärmepumpe als auch der Wärmeerzeuger können einen Rücklauf, über den zu erwärmender Wärmeträger einströmen kann, und einen Vorlauf, über den erwärmter Wärmeträger ausströmen kann, umfassen. Dabei können insbesondere der Wärmeerzeuger und die Wärmepumpe parallel mit dem Heizkreis verbunden sein.
  • Insbesondere kann der Rücklauf der Wärmepumpe mit einem Rücklauf des Heizkreises verbunden sein, so dass der Wärmeträger zuerst von der Wärmepumpe erwärmt wird. Der Vorlauf der Wärmepumpe kann mit dem Vorlauf des Heizkreises verbunden sein. Insbesondere kann der Vorlauf der Wärmepumpe mit einem Pufferspeicher oder einem Mischrohr verbunden sein. Der Rücklauf der Wärmepumpe kann (auch) mit dem Pufferspeicher verbunden sein. Vorlauf und Rücklauf des Wärmeerzeugers können an einem Vorlaufanschluss und an einem Rücklaufanschluss mit dem Mischrohr oder dem Pufferspeicher verbunden sein, wobei bezogen auf eine reguläre Durchströmungsrichtung des Wärmeträgers der Rücklaufanschluss vor dem Vorlaufanschluss am Mischrohr angeordnet sein kann. Beispielhaft kann der Rücklaufanschluss in einem Anfangsbereich des Mischrohres und der Vorlaufanschluss in einem Endbereich des Mischrohres mit diesem verbunden sein. Dabei beziehen sich Anfangsbereich und Endbereich auf die Durchströmungsrichtung des Wärmeträgers. Die beschriebene Anordnung ermöglicht ein Betreiben der Hybridheizungsanlage in drei Betriebsarten. In der ersten Betriebsart kann nur die Wärmepumpe in Betrieb sein und den Wärmeträger auf eine vorgegebene Solltemperatur erwärmen. In einer zweiten Betriebsart können Wärmepumpe und Wärmeerzeuger gleichzeitig in Betrieb sein, wobei die Wärmepumpe den Wärmeträger zunächst auf eine Temperatur unterhalb der vorgegebenen Solltemperatur erwärmt und der Wärmeerzeuger, den der Wärmeträger nach der Wärmepumpe durchströmt, den Wärmeträger weiter auf die vorgegebene Solltemperatur erwärmt. Insofern können Wärmepumpe und Wärmeerzeuger in der zweiten Betriebsart als in Reihe geschaltet verstanden werden. In einer dritten Betriebsart kann nur der Wärmerzeuger in Betrieb sein. Die dritte Betriebsart kann beispielsweise bei einem Defekt der Wärmepumpe und/oder bei sehr niedrigen Außentemperaturen und einem damit verbundenen hohen Wärmebedarf auftreten. Die erste Betriebsart kann bei für die Wärmeanforderung ausreichender Wärmeleistung der Wärmepumpe vorkommen. Die zweite Betriebsart kann notwendig sein, wenn die Wärmepumpe der Wärmeanforderung nicht entsprechen kann und zusätzliche Wärmeleistung des Wärmerzeugers benötigt wird. Die Wärmeanforderung kann dabei Heizwärme, eine Anforderung von Warmwasser und/ oder eine Speicherbeladung, beispielsweise eines Warmwasserspeichers oder Pufferspeichers, betreffen.
  • Sowohl die Wärmepumpe als auch der Wärmeerzeuger können eine Umwälzpumpe umfassen, die den Wärmeträger fördert. Die Umwälzpumpe kann dabei insbesondere eine geregelte Pumpe sein.
  • In dem Heizkreis können Verbraucher, wie Heizkörper, Radiatoren oder auch Flächenheizungen (Raumheizungen wie Wand- oder Fußbodenheizungen) angeordnet sein und eine Wärmesenke bilden. Dabei kann der Heizkreis auch mehrere Unterheizkreise umfassen. Die Unterheizkreise können dabei unterschiedlichen Räumen oder Wohneinheiten des Gebäudes zugeordnet sein. Dabei können die Unterheizkreise Hochtemperaturheizkreise zur Versorgung von Heizkörpern oder Radiatoren, oder auch Niedertemperaturheizkreise zur Versorgung von Flächenheizungen sein. Die Unterheizkreise können dabei mit einem Primärheizkreis verbunden sein, in den Wärmeerzeuger, Wärmepumpe und gegebenenfalls Pufferspeicher und/ oder Warmwasserspeicher eingebunden sind.
  • Bei dem Mischrohr kann es sich um einen Rohrabschnitt handeln, in dem ein Teilvolumenstrom des Wärmeträgers, der vom Wärmeerzeuger erwärmt wurde, mit einem Teilvolumenstrom des Wärmeträgers, der direkt von der Wärmepumpe zu dem Heizkreis strömt, gemischt werden. Das Mischrohr hat insbesondere eine hydraulische Anschlussmöglichkeit für zumindest eine der nachfolgenden Komponenten: Vorlauf der Wärmepumpe, einen Vorlauf und einen Rücklauf des Wärmeerzeugers und einen Vorlauf des Heizkreises (also der Wärmesenke). Die Volumenströme von Wärmeerzeuger und Wärmepumpe sind durch den Einsatz des Mischrohrs weitestgehend vollständig hydraulisch entkoppelt.
  • Vorteilhaft ermöglicht so das Mischrohr, dass der Wärmeerzeuger unabhängig von der Wärmepumpe agieren kann. Dies bedeutet, dass der Wärmeerzeuger einen kleineren, gleichen oder größeren Volumenstrom Wärmeträger nutzen kann, ohne dass dadurch der in den mindestens einen Heizkreise austretende Volumenstrom beeinflusst wird. Gemäß einer Ausgestaltung kann das Mischrohr derart dimensioniert sein, dass sich folgende Volumenströme Wärmeträger in der Hybridheizungsanlage unabhängig voneinander einstellen können:
    • ein Volumenstrom in der Wärmepumpe von 400 - 5000 I/h, bevorzugt von 500 - 2500 I/h, und ein
    • Volumenstrom im Wärmeerzeuger von 400 - 2500 I/h, bevorzugt von 500 - 1500 I/h.
  • Der Volumenstrom im Mischrohr stellt sich als Differenz des Volumenstroms der Wärmepumpe und dem Volumenstrom des Wärmeerzeugers ein und beträgt 0 - 5000l/h und bevorzugt 0 - 2500 I/h. Der dem Heizkreis zugeführte Volumenstrom kann resultierend in einem Bereich von 400 - 5000 I/h, bevorzugt von 500 - 2500 l/h, liegen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Verhältnis des Innendurchmessers eines Leitungsrohres des Vorlaufs der Wärmepumpe, des Rücklaufs der Wärmepumpe oder des Heizkreises (insbesondere des mit der Hybridheizungsanlage verbundenen Vorlaufs und Rücklaufs des Heizkreises) bezogen auf den Innendurchmesser des Mischrohres gleich 1, insbesondere größer ½ oder insbesondere größer 1/5 sein. Es wird angemerkt, dass die Leitungsrohre einen kreisrunden Querschnitt und somit auch einen kreisrunden inneren Strömungsquerschnitt haben. Diese Ausgestaltung kann zu der hydraulischen Entkopplung von Wärmeerzeuger und Wärmepumpe durch das Mischrohr beitragen.
  • Die Hybridheizungsanlage kann ein Regel- und Steuergerät umfassen, das den Betrieb der Hybridheizungsanlage regelt und steuert. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät zumindest mit dem Wärmeerzeuger, der Wärmepumpe sowie mehreren Sensoren, beispielsweise Temperatursensoren in Vorlauf und Rücklauf der Wärmepumpe und/ oder des Wärmeerzeugers, Temperatursensoren zur Erfassung der Temperatur des Inhalts eines Warmwasserspeichers und/ oder eines Pufferspeichers und/ oder eines Temperatursensors zur Erfassung der Temperatur des von der Wärmepumpe genutzten Umgebungsmediums, datentechnisch verbunden sein.
  • Ein erstes Rückschlagventil ist zwischen dem Vorlauf- und dem Rücklaufanschluss des Wärmeerzeugers anzuordnen. Alternativ oder kumulativ kann ein zweites Rückschlagventil im Vorlauf oder im Rücklauf des Wärmeerzeugers angeordnet werden / sein. Ein Rückschlagventil bezeichnet hierbei ein Bauteil, das eine Durchströmung in einer regulären Durchströmungsrichtung zulässt und eine Durchströmung in der regulären Durchströmungsrichtung entgegengesetzter Richtung verhindert und den Strömungsweg schließt. Die reguläre Durchströmungsrichtung kann dabei insbesondere einer regulären Durchströmungsrichtung der Hybridheizungsanlage, bzw. der Wärmepumpe und des Wärmeerzeugers vom Rücklauf zum Vorlauf entsprechen. Das Rückschlagventil kann als Rückschlagklappe ausgeführt sein. Das erste Rückschlagventil ermöglicht vorteilhaft beispielsweise einen Betrieb des Wärmeerzeugers bei einem Ausfall der Wärmepumpe oder auch Wartungsarbeiten an derselben.
  • Das erste Rückschlagventil kann dabei die Durchflussrichtung des Wärmeträgers von der Wärmepumpe zur Wärmesenke, bzw. dem Heizkreis realisieren, bzw. auftretende Nebenströmungen verhindern. Für den Fall, dass der Volumenstrom des Wärmeerzeugers größer ist als der Volumenstrom der Wärmepumpe, kann das Rückschlagventil ein Rückströmen des Vorlaufmediums in den Rücklauf des Wärmeerzeugers verhindern. Das Rückschlagventil im Mischrohr verhindert zudem ein Rückströmen des Wärmeträgers zur Wärmepumpe und ermöglicht bzw. unterstützt den unabhängigen Betrieb von Wärmeerzeuger und Wärmepumpe. Wenn nur die Wärmepumpe betrieben wird, kann diese unabhängig vom Wärmeerzeuger durch das Rückschlagventil den Heizkreis versorgen. Für den Fall, dass nur der Wärmeerzeuger betrieben wird, kann dieser unabhängig von der Wärmepumpe agieren. Ist nur die Umwälzpumpe des Wärmeerzeugers im Betrieb, kann das Wärmeträgermedium durch die Wärmepumpe und den Wärmeerzeuger zum Heizkreis transportiert werden.
  • Das zweite Rückschlagventil kann eine Durchströmung des Wärmeerzeugers in oder entgegen der regulären Durchströmungsrichtung verhindern. Diese kann beispielsweise bei einem Kühlbetrieb der Wärmepumpe auftreten, wobei ungünstige Strömungsverhältnisse dazu führen können, dass Wärmeträger über den Vorlauf des Wärmeerzeugers in dessen Rücklauf strömt. Das zweite Rückschlagventil kann so ausgeführt sein, dass ein Öffnungsdruck notwendig ist, um eine Durchströmung zu ermöglichen. Der Öffnungsdruck sollte so gewählt sein, dass dieser größer ist als durch ungewollt auftretende Strömungseffekte verursachte Druckunterschiede zwischen Vor- und Rücklauf des Wärmeerzeugers. Vorteilhaft können so ungewollt auftretende Strömungseffekte und deren Auswirkungen weitestgehend verhindert werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Rückschlagventil dazu eingerichtet sein, bei einem Öffnungsdruck zu öffnen, der größer als der von der Wärmepumpe im Betrieb aufgebaute Differenzdruck ist. Zudem sollte der Öffnungsdruck, wie oben beschrieben, auch größer aufgrund von ungewollten Strömungseffekten auftretenden Druckunterschieden sein. Diese Ausgestaltung betrifft insbesondere das zweite Rückschlagventil und bewirkt, dass das Rückschlagventil durch den Betrieb der Wärmepumpe nicht geöffnet werden kann und erst durch die Inbetriebnahme der Umwälzpumpe des Wärmerzeugers öffnet.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Hybridheizungsanlage einen Pufferspeicher zur Aufnahme von Wärmeträger umfassen, der als Mischrohr angeordnet sein kann. Alternativ oder kumulativ kann ein Pufferspeicher auch im Rücklauf des Heizkreises angeordnet sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Hybridheizungsanlage einen Warmwasserspeicher zur Aufnahme erwärmten Trink- oder Brauchwassers einer Warmwasserversorgung aufweisen. Dieser kann mit einem Versorgungsnetz, einem Wassernetz, oder einem Brunnen verbunden sein, um aus dem Warmwasserspeicher entnommenes Warmwasser zu ersetzen. Der Warmwasserspeicher kann einen Wärmetauscher aufweisen, durch den Wärmeträger strömen kann, um im Warmwasserspeicher enthaltenes Wasser zu erwärmen. Der Warmwasserspeicher kann dabei über ein Dreiwegeventil in den Heizkreis eingebunden sein. Mittels des Dreiwegeventils kann in Abhängigkeit einer Wärmeanforderung gesteuert werden, ob das Wärmeträgermedium den Heizkreis oder alternativ den Warmwasserspeicher durchströmt und diesen beheizt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung können das Mischrohr sowie das erste Rückschlagventil und/ oder das zweite Rückschlagventil in einem (gemeinsamen) Bauteil angeordnet bzw. untergebracht sein. Das Bauteil kann dabei insbesondere genau ein (einzelnes) Gehäuse umfassen, in dem das Mischrohr und das erste Rückschlagventil und/ oder das zweite Rückschlagventil enthalten sind. Bei dem Bauteil kann es sich um ein Bauteil eines Kits zum Aufbau einer Hybridheizungsanlage handeln. Somit kann das Bauteil zumindest jeweils einen Anschluss für den Vorlauf und Rücklauf des Wärmeerzeugers, für einen Vorlauf der Wärmepumpe und für den Vorlauf des Heizkreises umfassen.
  • Eine Anordnung von erstem Rückschlagventil und zweitem Rückschlagventil in eine Hybridheizungsanlage kann es vorteilhaft ermöglichen, Synergieeffekte der beiden Rückschlagventile in Abhängigkeit von deren Einbauposition zu nutzen.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Hier wird somit eine Hybridheizungsanlage angegeben, die die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise löst. Insbesondere kann die Hybridheizungsanlage einen effizienten Wärmetransport gewährleisten und Nebenströmungen verhindern. Dabei kann auch eine Bildung von Kondensat im Wärmerzeuger vollständig vermieden werden und damit Beschädigungen des Wärmerzeugers verhindert und dessen Standzeit verlängert werden. Vorteilhaft sind Rückschlagventile kostengünstig erhältlich und einfach zu installieren. Insofern eignet sich die Erfindung auch für eine Nachrüstung an bestehenden Hybridheizungsanlagen.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine Hybridheizungsanlage,
    Fig. 2:
    eine alternative Ausgestaltung der Hybridheizungsanlage, und
    Fig. 3:
    eine Hybridheizungsanlage mit Warmwasserversorgung.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch eine hier vorgeschlagene Hybridheizungsanlage 1. Diese umfasst eine Wärmepumpe 2 mit einem Vorlauf 4 und einem Rücklauf 3 sowie einen Wärmeerzeuger 5 mit einem Vorlauf 7 und einem Rücklauf 6. Bei dem Wärmeerzeuger 2 kann es sich insbesondere um ein Gasheizgerät handeln. Wärmepumpe 2 und Wärmeerzeuger 5 versorgen einen Heizkreis 8 als Wärmesenke mit Wärme. Der Heizkreis 8 hat einen Vorlauf 10 und einen Rücklauf 17. Der Rücklauf 17 des Heizkreises 8 kann mit dem Rücklauf 3 der Wärmepumpe 2 verbunden sein. Zwischen dem Rücklauf 17 des Heizkreises 8 und dem Rücklauf 3 der Wärmepumpe 2 kann ein optionaler Pufferspeicher 16 angeordnet sein.. Die Wärmepumpe 2, der Wärmeerzeuger 5, ein Mischrohr 9 und der Heizkreis 8 haben eine Durchströmungsrichtung 21 in der diese vom Wärmeträger durchströmt werden.
  • Der Vorlauf 4 der Wärmepumpe 2 kann mit dem Mischrohr 9 verbunden sein, dessen anderes Ende mit dem Vorlauf 10 des Heizkreises 8 verbunden sein kann. Der Rücklauf 6 des Wärmeerzeugers 5 kann in einem, auf die Durchströmungsrichtung 21 bezogenen, Anfangsbereich des Mischrohres 9 über einen Rücklaufanschluss 23 verbunden sein und der Vorlauf 7 mit einem, auf die Durchströmungsrichtung 21 bezogenen, Endbereich des Mischrohres 9 über einen Vorlaufanschluss 24 verbunden sein. Insofern saugt der Wärmerzeuger 5 über den Rücklaufanschluss 23 einen Volumenstrom Wärmeträger aus dem Mischrohr 9, erwärmt diesen Volumenstrom und führt diesen über den Vorlaufanschluss 24 zurück in das Mischrohr 9. Im Endbereich des Mischrohres 9 kann zudem ein Temperatursensor 22 angeordnet sein, der mit einem (hier nicht gezeigten) Regel- und Steuergerät der Hybridheizungsanlage 1 verbunden sein kann und eine Vorlauftemperatur des Heizkreises 8 misst.
  • In dem Mischrohr 9 kann ein erstes Rückschlagventil 12 und im Vorlauf des Wärmeerzeugers kann ein zweites Rückschlageventil 11 angeordnet sein. In Fig. 1 ist dargestellt, dass sowohl das erste Rückschlagventil 12 im Mischrohr 9 als auch das zweite Rückschlagventil 11 im Vorlauf 7 des Wärmeerzeugers 5 vorhanden sind. Es wird explizit angemerkt, dass gemäß der Erfindung (anders als in Fig. 1 dargestellt) nur das erste Rückschlagventil 12 im Mischrohr 9 vorhanden sein kann. Des Weiteren kann (anders als in Fig. 1 dargestellt) nur das zweite Rückschlagventil 11 im Vorlauf 7 des Wärmeerzeugers 5 vorhanden sein.
  • Das erste Rückschlagventil 12 ist somit im Mischrohr 9 zwischen dem Rücklaufanschluss 23 und dem Vorlaufanschluss 24 des Wärmeerzeugers 5 am Mischrohr 9 angeordnet und kann eine Strömung im Mischrohr 9 entgegen dessen Durchströmungsrichtung 21 verhindern und damit sicherstellen, dass auch bei ausgeschalteter Wärmepumpe 2 der Wärmeerzeuger 5 betrieben werden kann und den Heizkreis 8 mit Wärme versorgen kann. Das zweite Rückschlageventil 11 ist im Vorlauf 7 des Wärmeerzeugers 5 angeordnet und verhindert eine Durchströmung des Wärmeerzeugers 5 in einer Richtung entgegen von dessen Durchströmungsrichtung 21. In einer hier nicht gezeigten alternativen Ausgestaltung kann das zweite Rückschlagventil 11 auch im Rücklauf 8 des Wärmeerzeugers 5 angeordnet sein.
  • Das Mischrohr 9 sowie erstes und zweites Rückschlageventil 12, 11 können dabei in einem Bauteil 13, insbesondere gemeinsam innerhalb eines Gehäuses des Bauteils 13 angeordnet sein. Das Bauteil 13 kann Teil eines Kits der Hybridheizungsanlage 1 sein und die Montage wesentlich vereinfachen.
  • Fig. 2 zeigt gleichfalls beispielhaft und schematisch die Hybridheizungsanlage 1 aus Fig. 1 mit einem Überströmventil 20, das zwischen dem Mischrohr 9 und dem Rücklauf 17 des Heizkreises 8 bzw. dem Rücklauf 3 der Wärmepumpe 2 angeordnet sein kann. Das Überströmventil 20 kann eine Enteisung eines Verdampfers der Wärmepumpe 22 ermöglichen und eine Mindestumlaufmenge bei geschlossenen Verbrauchern des Heizkreises 8 sicherstellen. Die Bezugszeichen und die jeweiligen Erklärungen aus bzw. zu Fig. 1 können auch in bzw. für Fig. 2 angewandt werden.
  • In Fig. 2 ist dargestellt, dass sowohl das erste Rückschlagventil 12 im Mischrohr 9 als auch das zweite Rückschlagventil 11 im Vorlauf 7 des Wärmeerzeugers 5 vorhanden sind. Es wird explizit angemerkt, dass gemäß der Erfindung (anders als in Fig. 2 dargestellt) nur das erste Rückschlagventil 12 im Mischrohr 9 vorhanden sein kann. Ebenso kann (anders als in Fig. 2 dargestellt) nur das zweite Rückschlagventil 11 im Vorlauf 7 des Wärmeerzeugers 5 vorhanden sein.
  • Fig. 3 zeigt eine Hybridheizungsanlage 1 mit einer Warmwasserversorgung, die einen Warmwasserspeicher 15 mit einem Vorlauf 14 und einem Rücklauf 18 umfassen kann. Eine alternative Durchströmung des Warmwasserspeichers 15 mit Wärmeträger kann über ein motorbetriebenes Dreiwegeventil 19 initiiert werden. Hierzu kann das Dreiwegeventil 19 mit einem Regel- und Steuergerät der Hybridheizungsanlage 1 verbunden sein. Die Bezugszeichen und die jeweiligen Erklärungen aus bzw. zu Fig. 1 können auch in bzw. für Fig. 3 angewandt werden.
  • Zudem hat die Hybridheizungsanlage 1 einen Pufferspeicher 16, der erwärmten Wärmeträger aufnehmen kann. Hierfür ist der Pufferspeicher 16 mit dem Rücklauf 17 des Heizkreises 8 und dem Rücklauf 3 der Wärmepumpe 2 verbunden, so dass Wärmträger aus dem Rücklauf 17 des Heizkreises 8 durch den Pufferspeicher 16 strömen kann.
  • In Fig. 3 ist dargestellt, dass sowohl das erste Rückschlagventil 12 im Mischrohr 9 als auch das zweite Rückschlagventil 11 im Vorlauf 7 des Wärmeerzeugers 5 vorhanden sind. Es wird explizit angemerkt, dass gemäß der Erfindung (anders als in Fig. 3 dargestellt) nur das erste Rückschlagventil 12 im Mischrohr 9 vorhanden sein kann. Ebenso kann (anders als in Fig. 3 dargestellt) nur das zweite Rückschlagventil 11 im Vorlauf 7 des Wärmeerzeugers 5 vorhanden sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridheizungsanlage
    2
    Wärmepumpe
    3
    Rücklauf Wärmepumpe
    4
    Vorlauf Wärmepumpe
    5
    Wärmeerzeuger
    6
    Rücklauf Wärmeerzeuger
    7
    Vorlauf Wärmeerzeuger
    8
    Heizkreis
    9
    Mischrohr
    10
    Vorlauf Heizkreis
    11
    zweites Rückschlagventil
    12
    erstes Rückschlagventil
    13
    Gehäuse Bauteil
    14
    Vorlauf Warmwasserspeicher
    15
    Warmwasserspeicher
    16
    Pufferspeicher
    17
    Rücklauf Heizkreis
    18
    Rücklauf Warmwasserspeicher
    19
    Dreiwegeventil
    20
    Überströmventil
    21
    Durchströmungsrichtung
    22
    Temperatursensor
    23
    Rücklaufanschluss
    24
    Vorlaufanschluss

Claims (6)

  1. Hybridheizungsanlage (1), umfassend einen Wärmeerzeuger (5), eine Wärmpumpe (2) sowie einen Heizkreis (8), die miteinander hydraulisch verbunden sind, wobei Wärmepumpe (2) und Wärmeerzeuger (5) dazu eingerichtet sind, einen Wärmeträger zu erwärmen, wobei zumindest ein erstes Rückschlagventil (12) zwischen einem Vorlaufanschluss (24) und einem Rücklaufanschluss (23) des Wärmeerzeugers (5) oder ein zweites Rückschlagventil (11) in einem Vorlauf (7) oder einem Rücklauf (8) des Wärmeerzeugers (5) angeordnet ist, wobei ein Vorlauf (4) der Wärmepumpe (2) mit einem Mischrohr (9) verbunden ist, der Vorlauf (7) und der Rücklauf (6) des Wärmeerzeugers (5) mit dem Mischrohr (9) verbunden sind, und wobei das erste Rückschlagventil (12) im Mischrohr (9) zwischen dem Vorlaufanschluss (24) und dem Rücklaufanschluss (23) des Wärmeerzeugers (5) angeordnet ist und/ oder das zweite Rückschlagventil (11) im Vorlauf (7) des Wärmeerzeugers (5) zu dem Mischrohr (9) angeordnet ist.
  2. Hybridheizungsanlage (1) nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis zwischen einem Innendurchmesser einer Leitung des Vorlaufs (4) und einem Innendurchmesser des Mischrohres (9), zwischen einem Innendurchmesser einer Leitung des Rücklaufs (3) der Wärmepumpe (2) und dem Innendurchmesser des Mischrohres (9) oder zwischen dem Innendurchmesser einer Leitung des Heizkreises (8) und dem Innendurchmesser des Mischrohres (9) größer 0,5 ist.
  3. Hybridheizungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zweite Rückschlagventil (11) dazu eingerichtet ist, bei einem Öffnungsdruck zu öffnen, der größer als der von der Wärmepumpe (2) im Betrieb aufgebaute Differenzdruck ist.
  4. Hybridheizungsanlage (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Mischrohr (8) sowie zumindest das erste Rückschlagventil (12) oder das zweite Rückschlagventil (11) in genau einem Bauteil (13) angeordnet sind.
  5. Hybridheizungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Heizkreis (8) einen Pufferspeicher (16) umfasst, der im Rücklauf (3) der Wärmepumpe (2) angeordnet ist.
  6. Hybridheizungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Warmwasserspeicher (15) über ein Dreiwegeventil (19) in den Heizkreis (8) eingebunden ist.
EP25183262.2A 2024-06-24 2025-06-17 Hybridheizungsanlage Pending EP4671624A1 (de)

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