EP4764328A1 - Wärmepumpen-hydraulikeinheit und wärmepumpenanlage - Google Patents

Wärmepumpen-hydraulikeinheit und wärmepumpenanlage

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Publication number
EP4764328A1
EP4764328A1 EP25223842.3A EP25223842A EP4764328A1 EP 4764328 A1 EP4764328 A1 EP 4764328A1 EP 25223842 A EP25223842 A EP 25223842A EP 4764328 A1 EP4764328 A1 EP 4764328A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat pump
temperature
heating circuit
connection
flow
Prior art date
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Pending
Application number
EP25223842.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Hafner
Alexander Hörsting
Sebastian Stein
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.)
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Original Assignee
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Stiebel Eltron GmbH and Co KG filed Critical Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Publication of EP4764328A1 publication Critical patent/EP4764328A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/0097—Casings or frame structures for hydraulic components
    • 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
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
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    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
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    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
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    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1072—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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    • F24H15/212—Temperature of the water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/305—Control of valves
    • F24H15/325—Control of valves of by-pass valves
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump hydraulic unit and a heat pump system.
  • DE 10 2021 118 041 A1 describes a building technology device with a heat pump and a storage tank as well as a buffer tank.
  • the hydraulic unit can be connected to the heat pump's corresponding connections via the heat pump's flow and return lines.
  • the circulation pump can be connected in series with the heat pump's flow line.
  • the 4/3-way valve is connected to the circulation pump's outlet, a domestic hot water supply connection, and a supply connection of the first heating circuit.
  • the 4/3-way valve can also be connected to a supply line of a second heating circuit.
  • the hydraulic unit has a bypass valve between the flow and return lines of the first heating circuit.
  • bypass valve If it is detected that the water flow rate falls below a minimum value, then the bypass valve can be opened.
  • the heat pump hydraulic unit With the heat pump hydraulic unit according to an example, it can be ensured in a hydraulic unit with two heating circuits and a 4/3-way valve that a minimum water flow rate of the heat pump is present when two heating circuits are connected, without affecting the temperature control for one of the two heating circuits.
  • the valve can be closed, but not completely. Specifically, it can remain open enough to allow a minimal flow of water through the valve. This flow rate can be significantly smaller than the flow rate supplied to the first heating circuit. This has the advantage of reducing the impact on the return temperature.
  • a heat pump system can be designed without the need for a buffer storage tank. This is more cost-effective to purchase and allows for installation of the system with a smaller footprint.
  • the two temperature sensors detect a temperature difference between the flow and return of the first heating circuit HK1.
  • a temperature sensor can be installed in the flow and return lines of the first heating circuit.
  • the bypass valve can then be controlled according to the temperatures measured there.
  • the heat pump hydraulic unit can, for example, have two operating modes.
  • a first operating mode is activated when the water flow rate is above a threshold and the bypass valve is closed.
  • the second operating mode is activated when the water flow rate falls below a threshold, where the threshold represents a minimum flow rate required, for example, by the heat pump.
  • the bypass valve is opened, allowing water to flow through.
  • the first and second temperature sensors can measure their respective temperatures.
  • the bypass valve is controlled in this mode based on the water flow rate. If the temperatures measured by the two sensors match, this indicates that the first heating circuit has no heating demand. In this case, the hot water supply temperature can be reduced. This is particularly useful if there is a second heating circuit with a lower setpoint temperature than the first. Since the first heating circuit no longer requires heat, the temperature supplied by the heat pump can be reduced. Specifically, it can then be adjusted to the setpoint temperature for the second heating circuit. This is advantageous because it allows the heat pump to operate more efficiently.
  • the flow temperature and the return temperature are the same, it can be determined that the first heating circuit has no need for hot water and the water temperature supplied by the heat pump can be lowered to the level of the second heating circuit.
  • the bypass valve after being opened in the second operating mode and then reactivated in the first operating mode, cannot be completely closed. This incomplete closure of the valve can reduce the risk of it becoming stuck.
  • the hydraulic unit ensures a minimum water flow rate and allows the heat pump's water temperature to be lowered when the first heating circuit no longer requires heat, so that the water temperature can be adjusted to the target temperature of the second heating circuit.
  • the target temperature of the second heating circuit is lower than the target temperature of the first heating circuit.
  • a second circulation pump can optionally be provided for the second heating circuit.
  • the heat pump system can include a heat pump, a hydraulic unit, and a hot water storage tank.
  • the hydraulic unit further comprises a housing, a heat pump flow, a heat pump return, a hot water return, a hot water flow, and at least one heating circuit flow and return for a heating circuit.
  • the hydraulic unit can be connected to a hot water storage tank.
  • the flow and return connections are directly connected to the heating circuit; that is, no buffer tank is used in between. This is advantageous because it saves the space required for a buffer tank.
  • the described hydraulic unit ensures proper operation of the heat pump system with a minimal water flow rate.
  • it prevents a situation where the 4/3-way valve splits the heat pump's water flow, directing part to the first heating circuit and another part to the bypass section of the second heating circuit. This is especially important if, for example, the heat demand of the first heating circuit is low and the temperature difference between the two circuits is minimal. If the demand in both heating circuits is high, it can happen that the minimum hot water flow rate of the heat pump is not met, even though the circulation pump is running at maximum speed. This situation can be effectively avoided by the hydraulic unit described above.
  • heating circuit 1 has no heat demand and all consumers of the first heating circuit (e.g., radiators, underfloor heating circuits) are closed, so that heating water flows from the heat pump's flow pipe to the bypass section of the second heating circuit.
  • the heat pump provides the heating water at a temperature level corresponding to the setpoint of the first heating circuit. If this setpoint is higher than the setpoint of the second heating circuit, the hot water flows mix in the bypass section, resulting in energy loss and inefficient system operation.
  • the hydraulic unit of a heat pump is a central component of the system, establishing a connection between the heat pump and the building's heating or cooling system.
  • the hydraulic unit's function is to transfer the heat (or cold) generated by the heat pump to the heating or cooling system (e.g., underfloor heating, radiators, ventilation system).
  • the hydraulic unit can include a circulation pump for circulating the heating water in the system and a three-way valve.
  • the valve regulates the water temperature by mixing different water flows (e.g., warm water from the heat pump and cooler return water).
  • a minimum volume flow can be ensured in a defrosting operating mode using the bypass valve.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a heat pump system.
  • Fig. 1 A heat pump system or a building technology unit 1 is shown, which has a heat pump WP, a hydraulic unit 100 and a hot water storage tank 200.
  • the hydraulic unit of a heat pump is a central component of the system, establishing a connection between the heat pump and the building's heating or cooling system.
  • the hydraulic unit's function is to transfer the heat (or cold) generated by the heat pump to the heating or cooling system (e.g., underfloor heating, radiators, ventilation system).
  • the hydraulic unit 100 has a first and second connection 101, 102, for the return RL and flow VL of the heat pump. Furthermore, the hydraulic unit 100 has a third and fourth connection 103, 104, which are configured as the return RLW and flow VLW for domestic hot water preparation (e.g., via the hot water storage tank 200). Additionally, the hydraulic unit 100 can have a fifth and sixth connection 105, 106, for the return RLHK1 of a first heating circuit HK1 and the flow VLHK1 of a first heating circuit HK1.
  • the hydraulic unit 100 can have a seventh and eighth connection 107, 108 for a flow VLHK2 and a return RLHK2 of a second heating circuit HK2.
  • the hydraulic unit 100 has a circulation pump 140 connected to the second port 102, and optionally an electric heating unit 120 connected in series with the circulation pump 140.
  • the circulation pump 140 serves to circulate the heating water within the system.
  • the hydraulic unit 100 has a 4/3-way valve 130.
  • the 4/3-way valve 130 has four ports 131–134. By controlling the 4/3-way valve 130, the respective ports 131–134 can be connected to each other.
  • the valve 130 can be used to regulate the water temperature by mixing different water flows.
  • a safety group 150 can be provided at the output of the heating unit 120.
  • An optional bypass section 160 can be provided.
  • the heat pump typically requires a minimum flow rate.
  • the bypass section 160 can serve to provide this minimum flow rate for the heat pump.
  • the bypass section 160 can be connected to the first connection 101, allowing water to flow through the bypass section 160 to connection 101 and thus to the heat pump.
  • a second heating circuit HK2 with a heating circuit flow 107 and a heating circuit return 108 can optionally be provided. If a second heating circuit HK2 is provided, then a second circulation pump 170 can optionally be provided.
  • the heat pump system 1 also has a buffer storage tank 200 for hot water, which is coupled to the third and fourth connections 103, 104, which represent the hot water return and the hot water supply.
  • FIG. 2 Figure 1 shows another schematic representation of a hydraulic unit and a schematic representation of a 4/3-way valve in its respective operating mode.
  • Fig. 2 A heating operation with an overflow via an overflow path of 160 is shown.
  • the four-way valve 130 is switched such that ports 131, 132 and 133 are open.
  • the hydraulic unit of Fig. 2 A bypass valve 190 and two temperature sensors 181, 182 are installed.
  • the bypass valve 190 is located between the flow of the first heating circuit VLHK1 and the return RLHK1 (i.e., between the fifth and sixth connections 105, 106).
  • the first temperature sensor 182 is located in the flow of the first heating circuit VLHK1, and the second temperature sensor 181 is located in the return of the first heating circuit RLHK1.
  • the two temperature sensors 181, 182 thus measure the temperatures in the flow and return of the first heating circuit HK1 and can therefore determine the temperature difference.
  • a first operating mode is activated when the measured water flow rate of the heat pump is above a threshold value (minimum water flow rate).
  • a second operating mode is activated when the water flow rate falls below the minimum water flow rate, in which case the bypass valve 190 is opened.
  • the temperature sensor 182 in the flow line of the first heating circuit HK1 can be installed before or after the 4/3-way valve.
  • the second temperature sensor 181 is located in the return line of the first heating circuit HK1.
  • the flow rate through the partially closed bypass valve 190 is significantly lower than the flow rate flowing to the first heating circuit HK1, so its influence on the return temperature is minimal.
  • the control system can detect that the first heating circuit HK1 has no heat demand, and the water temperature generated by the heat pump can be reduced to the level of the second heating circuit HK2.
  • a minimum flow rate can be ensured regardless of the behavior of the heating circuits.
  • it can detect when heating circuit 1 no longer has a heat demand and lower the system temperature to increase system efficiency.

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Abstract

Es wird eine Wärmepumpen-Hydraulikeinheit (100) mit einem ersten Anschluss (101) für einen Wärmepumpenrücklauf (RL), einem zweiten Anschluss (102) für einen Wärmepumpenvorlauf (VL), einem dritten Anschluss (103) für einen Warmwasserrücklauf (RLW), einem vierten Anschluss (104) für einen Warmwasservorlauf (VLW), einem fünften Anschluss (105) für einen Vorlauf des ersten Heizkreises (VLHK1), einem sechsten Anschluss (106) für einen Rücklauf des ersten Heizkreises (RLHK1), einem 4/3-Wegeventil (130) mit vier Anschlüssen (131 - 134), einer ersten Zirkulationspumpe (140), welche mit dem zweiten Anschluss (102) und dem 4/3-Wegeventil gekoppelt ist, und einem Bypassventil (190) zwischen dem fünften und sechsten Anschluss (105, 106), einem ersten Temperatursensor (182) zwischen der Zirkulationspumpe (140) und dem 4/3-Wegeventil (130), und einem zweiten Temperatursensor (181) am sechsten Anschluss (106) vorgesehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpen-Hydraulikeinheit sowie eine Wärmepumpenanlage.
  • Wärmepumpen können verwendet werden, um sowohl Warmwasser zu erzeugen als auch ein Gebäude zu beheizen. Dazu wird typischerweise ein Pufferspeicher für das Warmwasser sowie ein Pufferspeicher für die Heizung eines Gebäudes vorgesehen.
  • DE 10 2021 118 041 A1 beschreibt ein Haustechnikgerät mit einer Wärmepumpe und einem Speicher sowie einem Pufferspeicher.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpen-Hydraulikeinheit und eine Wärmepumpenanlage vorzusehen, welche über einen geringeren Platzbedarf verfügt und einen minimalen Wasservolumenstrom sicherstellen kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Wärmepumpenhydraulikmodul nach Anspruch 1 sowie durch eine Wärmepumpenanlage nach Anspruch 6 gelöst.
  • Die Hydraulikeinheit kann mittels des Wärmepumpenvorlaufs und Wärmepumpenrücklaufs mit den entsprechenden Anschlüssen der Wärmepumpe gekoppelt sein. Die Zirkulationspumpe kann in Reihe mit dem Wärmepumpenvorlauf vorgesehen sein. Das 4/3-Wegeventil ist mit dem Ausgang der Zirkulationspumpe, einem Warmwasservorlaufanschluss und einem Vorlaufanschluss des ersten Heizkreises gekoppelt. Das 4/3-Wegeventil kann auch mit einem Vorlauf eines zweiten Heizkreises gekoppelt sein. Die Hydraulikeinheit weist zur Vermeidung einer Unterschreitung des Mindestwarmwasservolumenstromes ein Bypassventil zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des ersten Heizkreises auf.
  • Wenn erfasst wird, dass der Wasservolumenstrom unter einen Mindestwert fällt, dann kann das Bypassventil geöffnet werden.
  • Mit der Wärmepumpen-Hydraulikeinheit gemäß einem Beispiel kann bei einer Hydraulikeinheit mit zwei Heizkreisen und einem 4/3-Wegeventil sichergestellt werden, dass ein Mindestwasservolumenstrom der Wärmepumpe bei Anschluss von zwei Heizkreisen vorhanden ist, ohne dass die Temperaturregelung für einen der beiden Heizkreise beeinflusst wird.
  • Wenn die Mindestmenge an Wasservolumenstrom wieder überschritten wird, dann kann das Ventil wieder geschlossen, jedoch nicht komplett geschlossen werden. Insbesondere kann es so weit geöffnet bleiben, dass ein minimaler Wasservolumenstrom über das Ventil strömt. Dieser Volumenstrom kann sehr viel kleiner als der Volumenstrom sein, welcher dem ersten Heizkreis zur Verfügung gestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Einfluss auf die Rücklauftemperatur geringer ist.
  • Mit dem Hydraulikmodul gemäß einem Beispiel kann eine Wärmepumpenanlage vorgesehen werden, bei welcher auf einen Pufferspeicher verzichtet werden kann. Dies ist kostengünstiger in der Anschaffung und ermöglicht eine Aufstellung der Anlage mit geringerem Raumbedarf.
  • Durch das Vorsehen des Bypassventils zwischen Vorlauf und Rücklauf des ersten Heizkreises und durch Überwachung des Volumenstromes kann sichergestellt werden, dass die Wärmepumpenanlage immer mit einem Mindestvolumenstrom betrieben werden kann. Dazu erfolgt eine entsprechende Steuerung des Bypassventils, welches geöffnet wird, wenn ein Mindestvolumenstrom unterschritten ist.
  • Durch das Vorsehen von Temperatursensoren im Vorlauf und Rücklauf des ersten Heizkreises kann erfasst werden, wenn der erste Heizkreis keine Wärme mehr abnimmt. Wenn dies erfasst wird, dann kann eine Temperaturanpassung an die Solltemperatur des zweiten Heizkreises erfolgen.
  • Die beiden Temperatursensoren erfassen eine Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf des ersten Heizkreises HK1.
  • Optional kann ein Temperatursensor in dem Vorlauf des ersten Heizkreises sowie dem Rücklauf des ersten Heizkreises vorgesehen werden. Das Bypassventil kann entsprechend der dort gemessenen Temperaturen gesteuert werden.
  • Die Wärmepumpen-Hydraulikeinheit kann beispielsweise zwei Betriebsarten aufweisen. Eine erste Betriebsart wird aktiviert, wenn ein Wasservolumenstrom oberhalb eines Schwellwertes ist und das Bypassventil geschlossen ist. Die zweite Betriebsart wird aktiviert, wenn der Wasservolumenstrom unterhalb eines Schwellwertes fällt, wobei der Schwellwert einen Mindestvolumenstrom darstellt, welchen beispielsweise die Wärmepumpe benötigt. In der zweiten Betriebsart wird das Bypassventil geöffnet, so dass Wasser hindurchströmen kann.
  • In der zweiten Betriebsart können der erste und zweite Temperatursensor die erste und zweite Temperatur erfassen. Das Bypassventil wird in der zweiten Betriebsart in Abhängigkeit von dem Wasservolumenstrom gesteuert. Wenn die durch die beiden Temperatursensoren gemessenen Temperaturen übereinstimmen, dann ist dies ein Hinweis darauf, dass der erste Heizkreis keinen Heizbedarf hat. In diesem Fall kann die Temperatur des Warmwasservorlaufes reduziert werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn ein zweiter Heizkreis vorhanden ist, der eine Solltemperatur aufweist, die geringer ist als die Solltemperatur für den ersten Heizkreis. Wenn der erste Heizkreis somit keinen Wärmebedarf mehr benötigt, dann kann die Temperatur, welche von der Wärmepumpe bereitgestellt wird, reduziert werden. Insbesondere kann die Temperatur dann an die Solltemperatur für den zweiten Heizkreis angepasst werden. Dies ist vorteilhaft, weil damit die Wärmepumpe effizienter betrieben werden kann.
  • Wenn die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur gleich sind, kann erfasst werden, dass der erste Heizkreis keinen Bedarf an Warmwasser hat und die Wassertemperatur, die von der Wärmepumpe bereitgestellt wird, kann auf das Niveau des zweiten Heizkreises abgesenkt werden.
  • Gemäß einem Aspekt kann das Bypassventil, nachdem es in der zweiten Betriebsart geöffnet wurde und die erste Betriebsart wieder aktiviert ist, nicht ganz geschlossen werden. Durch das nicht komplette Schließen des Ventils kann das Risiko eines verklemmten Ventils reduziert werden.
  • Durch das Vorsehen des Rücklauf-Temperatursensors, welcher immer angeströmt wird, kann vermieden werden, dass die Regelung der Zirkulationspumpe bezüglich der Temperaturspreizung im ersten Heizkreis zu unerwünschten Temperaturen führt, wenn der erste Heizkreis die Wärme nicht mehr abgeben kann.
  • Mit der Hydraulikeinheit kann ein Mindestwasservolumenstrom sichergestellt werden und die Wassertemperatur der Wärmepumpe kann abgesenkt werden, wenn der erste Heizkreis keinen Bedarf mehr hat, so dass die Wassertemperatur an die Solltemperatur des zweiten Heizkreises angepasst werden kann. Hierbei ist die Solltemperatur des zweiten Heizkreises kleiner als die Solltemperatur des ersten Heizkreises.
  • Falls ein zweiter Heizkreis vorhanden ist, dann kann optional eine zweite Zirkulationspumpe für den zweiten Heizkreis vorgesehen sein.
  • Durch entsprechende Steuerung des 4/3-Wegeventils lassen sich mehrere Betriebsarten realisieren. Insbesondere kann eine Betriebsart Warmwasserbereitung, eine Heizbetriebsart des ersten Heizkreises, eine Heizbetriebsart des ersten Heizkreises inklusive einer Überströmung durch die Überströmungsstrecke, ein Heizbetrieb mit einem geschlossenen ersten Heizkreis sowie einer Überströmung durch die Überströmungsstrecke, einem Abtaubetrieb mit offenem ersten Heizkreis, einem weiteren Abtaubetrieb mit einem Heizkreis und einer Überströmung durch die Überströmungsstrecke, eine weitere Abtaubetriebsart mit einer Überströmung über die Überströmungsstrecke, einem vierten Abtaubetrieb mit einem ersten Heizkreis sowie einer Überströmung im Warmwasserspeicher sowie einer fünften Abtaubetriebsart mit einer Überströmung im Warmwasserspeicher und einer Energieaufnahme über den Warmwasserspeicher.
  • Die Wärmepumpenanlage kann eine Wärmepumpe, eine Hydraulikeinheit und einen Warmwasserpufferspeicher aufweisen. Die Hydraulikeinheit weist ferner ein Gehäuse, einen Wärmepumpenvorlauf, einen Wärmepumpenrücklauf, einen Warmwasserrücklauf, einen Warmwasservorlauf und mindestens einen Heizkreisvorlauf und einen Heizkreisrücklauf für einen Heizkreis auf. Die Hydraulikeinheit kann mit einem Warmwasserpufferspeicher gekoppelt sein. Die Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse sind unmittelbar mit dem Heizkreis gekoppelt, d. h. es ist kein Pufferspeicher dazwischen vorgesehen. Dies ist vorteilhaft, weil damit der Platzbedarf des Pufferspeichers eingespart werden kann.
  • Mit der beschriebenen Hydraulikeinheit kann ein ordnungsgemäßer Betrieb des Wärmepumpensystems mit einem minimalen Wasservolumenstrom sichergestellt werden. Insbesondere kann eine Situation verhindert werden, bei welcher das 4/3-Wegeventil den Wasservolumenstrom der Wärmepumpe aufteilt und ein Teil zum ersten Heizkreis und ein anderer Teil zur Überströmungsstrecke des zweiten Heizkreises fließt. Wenn beispielsweise ein Wärmebedarf des ersten Heizkreises gering ist und die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Heizkreisen hoch ist, dann kann es vorkommen, dass der Mindestwarmwasservolumenstrom der Wärmepumpe unterschritten wird, obwohl die Zirkulationspumpe mit maximaler Drehzahl läuft. Diese Situation kann effektiv durch die oben beschriebene Hydraulikeinheit vermieden werden.
  • Ferner kann eine Situation vermieden werden, bei welcher der Heizkreis 1 keinen Wärmebedarf hat und alle Verbraucher des ersten Heizkreises (beispielsweise Radiatoren, Fußbodenkreise) geschlossen sind, so dass Heizungswasser vom Vorlauf der Wärmepumpe zur Überströmungsstrecke des zweiten Heizkreises strömt. Das Heizungswasser wird von der Wärmepumpe auf einem Temperaturniveau bereitgestellt, das dem Sollwert des ersten Heizkreises entspricht. Wenn dieser Sollwert über dem Sollwert des zweiten Heizkreises liegt, dann erfolgt eine Vermischung der Warmwasserströme in der Überströmungsstrecke, so dass es zu einem Energieverlust kommt, wodurch das System ineffizient arbeitet.
  • Die Hydraulikeinheit einer Wärmepumpe ist ein zentraler Bestandteil des Systems, der eine Verbindung zwischen der Wärmepumpe und dem Heiz- oder Kühlsystem im Gebäude herstellt. Die Hydraulikeinheit dient dazu, dass die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme (oder Kälte) an das Heiz- oder Kühlsystem (z. B. Fußbodenheizung, Heizkörper, Lüftungssystem) übertragen wird.
  • Die Hydraulikeinheit kann eine Umwälzpumpe zum Zirkulieren des Heizwasser im System und ein Drei-Wege-Ventil aufweisen. Das Ventil regelt die Temperatur des Wassers, indem sie unterschiedliche Wasserströme (z. B. warmes Wasser von der Wärmepumpe und kühleres Rücklaufwasser) mischt.
  • Gemäß einem Aspekt kann in einer Abtaubetriebsart ein Mindestvolumenstrom mit Hilfe des Bypassventils sichergestellt werden.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenanlage, und
    Fig. 2
    zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Hydraulikeinheit und eine schematische Darstellung eines Vierwegeventils in der jeweiligen Betriebsart.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenanlage. In Fig. 1 ist eine Wärmepumpenanlage oder ein Haustechnikgerät 1 dargestellt, welches eine Wärmepumpe WP, eine Hydraulikeinheit 100 sowie einen Warmwasserspeicher 200 aufweist.
  • Die Hydraulikeinheit einer Wärmepumpe ist ein zentraler Bestandteil des Systems, der eine Verbindung zwischen der Wärmepumpe und dem Heiz- oder Kühlsystem im Gebäude herstellt. Die Hydraulikeinheit dient dazu, dass die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme (oder Kälte) an das Heiz- oder Kühlsystem (z. B. Fußbodenheizung, Heizkörper, Lüftungssystem) übertragen wird.
  • Die Hydraulikeinheit 100 weist einen ersten und zweiten Anschluss 101, 102 als Anschlüsse für den Rücklauf RL der Wärmepumpe sowie den Vorlauf VL der Wärmepumpe auf. Des Weiteren weist die Hydraulikeinheit 100 einen dritten und vierten Anschluss 103, 104 auf, welche als Rücklauf RLW und Vorlauf VLW für die Warmwasserbereitung (z. B. durch den Warmwasserspeicher 200) ausgestaltet sind. Des Weiteren kann die Hydraulikeinheit 100 einen fünften und sechsten Anschluss 105, 106 für den Rücklauf RLHK1 eines ersten Heizkreises HK1 und den Vorlauf VLHK1 eines ersten Heizkreises HK1 aufweisen.
  • Optional kann die Hydraulikeinheit 100 einen siebten und achten Anschluss 107, 108 für einen Vorlauf VLHK2 und einen Rücklauf RLHK2 eines zweiten Heizkreises HK2 aufweisen.
  • Die Hydraulikeinheit 100 weist eine Zirkulationspumpe 140 an dem zweiten Anschluss 102 sowie in Reihe zu der Zirkulationspumpe 140 optional eine elektrische Heizeinheit 120 auf. Die Zirkulationspumpe 140 dient dazu, das Heizwasser im System zu zirkulieren. Ferner weist die Hydraulikeinheit 100 ein 4/3-Wegeventil 130 auf. Das 4/3-Wegeventil 130 weist vier Anschlüsse 131 - 134 auf. Durch Steuerung des 4/3-Wegeventil 130 können die jeweiligen Anschlüsse 131 - 134 miteinander gekoppelt werden. Das Ventil 130 kann dazu dienen, die Temperatur des Wassers zu regeln, indem es unterschiedliche Wasserströme vermischt.
  • Optional kann eine Sicherheitsgruppe 150 am Ausgang der Heizeinheit 120 vorgesehen sein.
  • Optional kann eine Überströmungsstrecke 160 vorgesehen sein. Die Wärmepumpe benötigt typischerweise einen Mindestvolumenstrom. Die Überströmungsstrecke 160 kann dazu dienen, diesen Mindestvolumenstrom für die Wärmepumpe zur Verfügung zu stellen. Die Überströmungsstrecke 160 kann mit dem ersten Anschluss 101 gekoppelt sein, so dass Wasser durch die Überströmungsstrecke 160 zu dem Anschluss 101 und damit zu der Wärmepumpe WP strömen kann.
  • Ferner kann optional ein zweiter Heizkreis HK2 mit einem Heizkreisvorlauf 107 und einem Heizkreisrücklauf 108 vorgesehen sein. Falls ein zweiter Heizkreis HK2 vorgesehen ist, dann kann optional eine zweite Zirkulationspumpe 170 vorgesehen sein.
  • Die Wärmepumpenanlage 1 weist ferner einen Pufferspeicher 200 für Warmwasser auf, welcher mit dem dritten und vierten Anschluss 103, 104, welche den Warmwasserrücklauf und den Warmwasservorlauf darstellen, gekoppelt ist.
  • Fig. 2 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Hydraulikeinheit und eine schematische Darstellung eines 4/3-Wegeventil in der jeweiligen Betriebsart. In Fig. 2 ist ein Heizbetrieb mit einer Überströmung über eine Überströmungsstrecke 160 dargestellt. In dem Beispiel von Fig. 2 ist das Vierwegeventil 130 so geschaltet, dass die Anschlüsse 131, 132 und 133 offen sind.
  • Zusätzlich zu den Komponenten der Hydraulikeinheit von Fig. 1 weist die Hydraulikeinheit von Fig. 2 ein Bypassventil 190 und zwei Temperatursensoren 181, 182 auf. Das Bypassventil 190 ist zwischen dem Vorlauf des ersten Heizkreises VLHK1 und dem Rücklauf RLHK1 (d. h. zwischen dem fünften und sechsten Anschluss 105, 106) angeordnet. Der erste Temperatursensor 182 ist in dem Vorlauf des ersten Heizkreises VLHK1 und der zweite Temperatursensor 181 ist in dem Rücklauf des ersten Heizkreises RLHK1 vorgesehen. Die beiden Temperatursensoren 181, 182 erfassen somit die Temperaturen im Vorlauf und Rücklauf des ersten Heizkreises HK1 und können damit die Temperaturspreizung erfassen.
  • Eine erste Betriebsart wird aktiviert, wenn der erfasste Wasservolumenstrom der Wärmepumpe oberhalb eines Schwellwertes (Mindestwasservolumenstrom) ist. Eine zweite Betriebsart wird aktiviert, wenn der Wasservolumenstrom unter den Mindestwasservolumenstrom fällt und in diesem Fall wird das Bypassventil 190 geöffnet.
  • Der Temperatursensor 182 im Vorlauf des ersten Heizkreises HK1 kann vor oder nach dem 4/3-Wegeventil erfolgen. Der zweite Temperatursensor 181 ist im Rücklauf des ersten Heizkreises HK1 vorgesehen.
  • Das Bypassventil 190 wird gesteuert, um eine Unterschreitung des Mindestwasservolumenstroms der Wärmepumpe zu vermeiden. Bei einer Unterschreitung des Mindestwasservolumenstroms der Wärmepumpe öffnet das Bypassventil 190 so weit, bis der Volumenstrom über dem Mindestwert liegt. Wenn der Mindestvolumenstrom der Wärmepumpe überschritten ist, dann kann das Bypassventil 190 wieder geschlossen werden. Hierbei kann das Bypassventil 190 optional nicht komplett geschlossen werden, sondern kann so weit offen bleiben, dass ein minimaler Wasservolumenstrom über das Ventil strömt. Eine Voraussetzung hierfür ist, dass das 4/3-Wegeventil nicht komplett in Richtung des zweiten Heizkreises HK2 verfährt, sondern noch teilweise in Richtung des ersten Heizkreises HK1 geöffnet ist.
  • Der Volumenstrom über das teilweise geschlossene Bypassventil 190 ist wesentlich kleiner als der Volumenstrom, welcher zum ersten Heizkreis HK1 strömt, so dass der Einfluss auf die Rücklauftemperatur gering ist. Wenn alle Verbraucher im ersten Heizkreis HK1 geschlossen werden, dann strömt nur noch Wasser aus dem Vorlauf zum Rücklauf-Temperatursensor und die Vorlauf- und Rücklauftemperatur sind gleich. In diesem Fall kann die Regelung erfassen, dass der erste Heizkreis HK1 keinen Wärmebedarf hat und die Wassertemperatur, welcher von der Wärmepumpe erzeugt wird, kann auf das Niveau des zweiten Heizkreises HK2 abgesenkt werden.
  • Durch das Vorsehen des Bypassventils und der entsprechenden Steuerung kann sichergestellt werden, dass unabhängig vom Verhalten der Heizkreise ein Mindestvolumenstrom bereitgestellt wird. Insbesondere kann erkannt werden, wenn der Heizkreis 1 keine Wärmeabnahme mehr hat und die Systemtemperatur wird abgesenkt, um die Systemeffizienz zu erhöhen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Haustechnikgerät
    100
    Hydraulikeinheit
    101
    Wärmepumpenrücklauf
    102
    Wärmepumpenvorlauf
    103
    dritter Anschluss
    104
    vierter Anschluss
    105
    Heizkreisvorlauf
    106
    sechster Anschluss
    107
    siebter Anschluss
    108
    achter Anschluss
    120
    Heizeinheit
    130
    Vierwegeventil
    131
    erster Ventilanschluss
    132
    zweiter Ventilanschluss
    133
    dritter Ventilanschluss
    134
    vierter Ventilanschluss
    140
    erste Zirkulationspumpe
    150
    Sicherheitsgruppe
    160
    Überströmungsstrecke
    170
    zweite Zirkulationspumpe
    181
    zweiter Temperatursensor
    182
    erster Temperatursensor
    200
    Warmwasserspeicher
    RL
    Wärmepumpen-Rücklauf
    RLW
    Rücklauf
    VL
    Wärmepumpen-Vorlauf
    VLW
    Vorlauf
    WP
    Wärmepumpe

Claims (7)

  1. Wärmepumpen-Hydraulikeinheit (100), mit
    einem ersten Anschluss (101) für einen Wärmepumpenrücklauf(RL),
    einem zweiten Anschluss (102) für einen Wärmepumpenvorlauf (VL),
    einem dritten Anschluss (103) für einen Warmwasserrücklauf (RLW),
    einem vierten Anschluss (104) für einen Warmwasservorlauf (VLW),
    einem fünften Anschluss (105) für einen Vorlauf des ersten Heizkreises (VLHK1),
    einem sechsten Anschluss (106) für einen Rücklauf des ersten Heizkreises (RLHK1),
    einem 4/3-Wegeventil (130) mit vier Anschlüssen (131 - 134),
    einer ersten Zirkulationspumpe (140), welche mit dem zweiten Anschluss (102) und dem 4/3-Wegeventil gekoppelt ist, und
    einem Bypassventil (190) zwischen dem fünften und sechsten Anschluss (105, 106), einem ersten Temperatursensor (182) zwischen der Zirkulationspumpe (140) und dem 4/3-Wegeventil (130), und
    einem zweiten Temperatursensor (181) am sechsten Anschluss (106).
  2. Wärmepumpen-Hydraulikeinheit (100) nach Anspruch 1, wobei
    eine erste Betriebsart aktiviert wird, wenn ein Wasservolumenstrom am Wärmepumpenrücklauf oder Wärmepumpenvorlauf am ersten und/oder zweiten Anschluss (101, 102) oberhalb eines Schwellwertes ist, wobei das Bypassventil (190) geschlossen ist, und
    wobei eine zweite Betriebsart aktiviert wird, wenn der Wasservolumenstrom unterhalb des Schwellwertes ist, wobei der Schwellwert einen Mindestvolumenstrom darstellt,
    wobei das Bypassventil (190) in der zweiten Betriebsart geöffnet ist.
  3. Wärmepumpen-Hydraulikeinheit (100) nach Anspruch 2, wobei
    das Bypassventil (190) teilweise geöffnet bleibt, wenn der erfasste Volumenstrom wieder oberhalb des Mindestvolumenstroms ist und die erste Betriebsart aktiviert ist.
  4. Wärmepumpen-Hydraulikeinheit (100) nach Anspruch 2 oder 3, mit
    einem siebten und achten Anschluss (107, 108) für einen zweiten Heizkreis (HK2),
    wobei in der zweiten Betriebsart der erste und zweite Temperatursensor (182, 181) eine erste und zweite Temperatur erfassen,
    wobei, wenn die durch den ersten Temperatursensor (182) gemessene Temperatur der Temperatur des durch den zweiten Temperatursensor (181) erfassten Temperatur entspricht, dann wird die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe auf einen Wert reduziert, welcher an den zweiten Heizkreis (HK2) angepasst ist.
  5. Wärmepumpen-Hydraulikeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
    wenn das Bypassventil (190) zumindest teilweise geöffnet ist und wenn die durch den ersten Temperatursensor (182) gemessene Temperatur der Temperatur des durch den zweiten Temperatursensor (181) erfassten Temperatur entspricht, dann wird erfasst, dass der erste Heizkreis (HK1) keine Wärme abnimmt.
  6. Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpen-Hydraulikeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit den Schritten:
    Erfassen eines Volumenstromes einer Wärmepumpe,
    Öffnen des Bypassventils, wenn der Volumenstrom unter einen Schwellwert fällt,
    Erfassen einer Rücklauf-Temperatur an dem sechsten Anschluss, nämlich im Rücklauf des ersten Heizkreises,
    Erfassen einer Vorlauf-Temperatur am Vorlauf des ersten Heizkreises, und
    Reduzieren der Vorlauftemperatur der Wärmepumpe, wenn die Rücklauf-Temperatur des ersten Heizkreises im Wesentlichen der Vorlauf-Temperatur des ersten Heizkreises entspricht, oder
    Erhöhen der Vorlauftemperatur der Wärmepumpe, wenn die Rücklauftemperatur um einen Schwellwert unter die Vorlauftemperatur fällt.
  7. Wärmepumpenanlage, mit
    einer Wärmepumpen-Hydraulikeinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    einem ersten Heizkreis (HK1),
    einem zweiten Heizkreis (HK2),
    einer Wärmepumpe (WP), und
    einem Warmwasser-Pufferspeicher (200).
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