Operation Smart Home – Gewerkeübergreifende Funktionsbereiche: Heizungssteuerung

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Die Heizung ist ein weiterer Funktionsbereich, der bei der Planung des Smart Home berücksichtig werden sollte. Egal ob Wärmepumpe oder Fernwärme –  bei der Umsetzung gilt es einige zentrale Punkte zu beachten, um alle Räume per Fußbodenheizung individuell und möglichst energieeffizient versorgen zu können.

Welche Sensoren und Stellantriebe zum Einsatz kommen sollen, um die Voraussetzungen für eine intelligente Raumregelung zu schaffen, wird im nachfolgenden Blogpost der Serie Operation Smart Home angesprochen. Dabei wird auch erläutert, warum Temperaturfühler im Estrich vermutlich gar nicht mal so unpraktisch sind.

Relevante Heizungskomponenten

Damit die Heizung später auch funktioniert, müssen im zu betrachtenden Gewerk grundsätzlich drei Bereiche berücksichtigt werden:

1. Wärmeerzeugung

Für die Wärmeerzeugung in den eigenen vier Wänden gibt es heutzutage viele verschiedene Verfahren. Darunter bspw. die Wärmepumpe, die Energie aus der Umwelt (Erde, Luft) entzieht und mit Hilfe von elektrischem Strom nutzbar macht.

Da in unserem Fall eine städtische Grundversorgung in Form von Fernwärme vorgeschrieben ist, bei der heißes Wasser in Rohrleitungen ins Haus geführt wird, fällt das Thema Wärmepumpe bzw. Wärmeerzeugung erst einmal gänzlich weg.

Auf der einen Seite etwas schade, da ich das Konzept der Nutzung von Erdwärme wirklich spannend finde. Auf der anderen Seite kann zumindest kein Nachbar auf die Idee kommen und eine grottenhässliche und lärmende Luft-Wärmepumpe im Garten installieren, wie man es gerade in vielen Neubaugebieten sieht und leider auch oftmals hört.

Zudem ist der Fernwärmeanschluss bei uns bis ins Haus inkl. Fernwärmeübergabestation (Primärteil – bis Wärmetauscher) im Grundstückspreis enthalten, wodurch die Investitionskosten für den noch fehlenden Sekundärteil (Pumpe und Warmwasseraufbereitung für Durchlauf bzw. Boiler) voraussichtlich recht überschaubar ausfallen werden.

Vermutlich wird eine Minibox der Firma Firma F+G Fernwärmetechnik installiert, die direkt neben dem Fernwärmeübergabeschacht (schweine teuer da wir nur auf Bodenplatte bauen) im Technikraum ihren Platz finden wird. Hier hoffe ich einmal, dass sich die Minibox zumindest teilweise in das angedachte Smart-Home-Konzept integrieren lässt. Dazu gehören das Auslesen von Vor- und Rücklauftemperatur sowie Verbrauchswerte (evtl. noch weitere Sensorwerte) genauso wie die Ansteuerung, um bspw. die Vorlauftemperatur zu regeln – sofern das überhaupt notwendig bzw. möglich ist. Was dabei wirklich sinnvoll ist und was spielerei, kann ich aktuell noch gar nicht abschätzen.

2. Wärmeverteilung

Für die Wärmeverteilung kommt eine Heizungsumwälzpumpe zum Einsatz, die vermutlich direkt im Sekundärteil der Fernwärmeübergabestation integriert ist. Vorgesehen ist, dass die Übergabestation über eine schalt- und messbare Steckdose (KNX-Mehrfachaktor) angeschlossen wird, sodass der aktuelle Stromverbrauch jederzeit mitgeloggt werden kann und zudem eine Notabschaltung möglich ist.

Im laufenden Betrieb sollte man dann einen hydraulischen Abgleich durchführen (lassen), um die Betriebsnebenkosten (Hilfsenergie für die Umwälzpumpe) durch richtige Justierung der Anlage zu senken (FAQ zum Thema). Zu diesem Zweck sind wohl Temperaturfühler im Estrich wohl besonders praktisch. Mehr dazu später.

3. Wärmeübergabe

Da in allen Räumen eine Fußbodenheizung (Flächenheizung) vorgesehen ist, wird es einen zentralen (vielleicht auch zwei) Heizkreisverteiler geben, dessen Ventile über Stellantriebe justiert werden können.

Bei der im Juni stattfindenden Heizungsplanung wird sich zeigen, wieviele Heizkreise von unserem Bauträger (Fertighaus Weiss) tatsächlich eingeplant werden und an welcher Stelle der Heizkreisverteiler platziert wird. Um das Ganze vorab abschätzen zu können, habe ich die voraussichtlichen Heizkreise einmal in den Plan eingezeichnet. So sind es im Erdgeschoss insgesamt sieben Heizkreise.

Heizungsplanung EG

Im Obergeschoss kommen dann vermutlich noch drei Heizkreise hinzu.

Heizungsplanung OG

Für jeden Heizkreis wird dann ein Stellantrieb benötigt. Hierbei gibt es verschiedene Ausführungen und Ansteuerungsmöglichkeiten. Zwei Varianten finde ich aktuell recht interessant:

Thermische Stellantriebe, wie der von Heimeier (Affiliate-Link), sind sehr günstig, verbrauchen jedoch technikbedingt bei Heizphasen (normally closed-Variante) permanent Strom (ca. 1-2 Watt). Die Ansteuerung kann bspw. über einen KNX-Mehrfachaktor erfolgen. Ein potenzieller Nachteil dieser Variante ist jedoch, dass die Ventile sehr träge sind und nur per PWM (Pulsweitenmodulation) angesteuert werden können. Damit erhöht sich die Trägheit der ohnehin recht langsam arbeitenden Fußbodenheizung noch einmal etwas. Die Kosten belaufen sich für zehn Heizkreise bspw. auf knapp 350 Euro.

Als Alternative könnten aber auch Stellantriebe mit Schrittmotor, wie den gerade vorgestellten Loxone Stellantrieb Tree, zum Einsatz kommen. (Im Bild sieht man den optisch gleichen Loxone Stellantrieb Air.)

Heizungstellantrieb

Der Loxone Stellantrieb ist in der Anschaffung teurer, kann den Ventilhub und damit die Durchflussmenge jedoch in Echtzeit regulieren. Zudem konsumiert er immer nur kurz bei Motorbewegungen etwas Strom und nicht während der gesamten Heizphase, was bei einem dutzend Heizkreisen im Vergleich zu den oben erwähnten thermischen Stellantrieben schon einen Unterschied macht. Zur Ansteuerung wäre dann noch eine Loxone Tree-Extension notwendig. In Summe belaufen sich die Anschaffungskosten für zehn Heizkreise auf knapp 850 Euro.

Benötigte Sensoren

Für die geplante Einzelraumregelung werden dann Temperatursensoren in den jeweiligen Räumen benötigt. Diese Temperatur-Info kommt dann von den eingeplanten MDT-Glastastern bzw. den KNX-Präsenzmeldern (Affiliate-Link), die ohnehin in jedem Raum vorgesehen sind.

Daneben kann es auch sinnvoll sein, weitere Sensoren zu verbauen. Anregungen habe ich mir im Wiregate Planungshandbuch geholt:

  • Temperatursensoren im Estrich (IP 68 – feucht) zwischen Vor- und Rücklauf (jeder Raum), z.B. 1-Wire Hülsenfühler (im Plan mit einem orangenen Temperatursymbol und dem Zusatz „HK“ versehen)-> vermutlich besonders wichtig für größere Räume mit mehreren Heizkreisen, einen schnellen „hydraulischen Abgleich“ (Planungshandbuch S. 12) und temporärem Aufheizen einzelner Böden zwecks Behaglichkeit (Planungshandbuch S. 13)
  • Temperatursensoren (mind. IP 65 – trocken) an Rohren bei Vor- und Rücklauf (an Fernwärmeübergabestation) sowie an Etagenverteiler, z.B. 1-Wire Rohranlegefühler
  • Fensterkontakte für die Herunterregelung der Heizung bei geöffnetem Fenster bzw. für Frostwarnung (Außentemperatursensor ebenfalls sinnvoll) – werden vermutlich durch unseren Bauträger (Fertighaus Weiss) installiert, Details in späterem Blogpost
  • Feuchtigkeitssensoren -> Relevant zur Berechnung des Taupunkts und zur Ansteuerung der Heizung im Fall von Schimmelgefahr – Grundlagen dazu im Blogpost Raumklima im Smart Home mit FHEM verbessern: Taupunktoptimiertes Lüften

Temperaturregelung durch Loxone

Da Loxone einen ausgeklügelten Softwarebaustein für die „Intelligente Raumregelung“ mit weitreichenden Einstellmöglichkeiten und praktischer Visualisierung zur Verfügung stellt, fällt die Entscheidung diesen auch einzusetzen wohl recht leicht.

Loxone Config Intelligente Raumregelung

Das Modul besitzt dabei eine eingebaute Fuzzy-Logic, welche nach einiger Einlernzeit die Trägheit der Fußbodenheizung automatisch berücksichtigt. Durch diesen technischen Kniff steht zu den definierten Heizzeiten immer die gewünschte Wohlfühltemperatur zur Verfügung und gleichzeitig wird auch noch die Hysterese (Temperaturschwankungen beim Aufheizen bzw. Abkühlen) minimiert, was beim Energiesparen hilft. Sofern günstige digitale Stellantriebe (an/aus) eingesetzt werden, können diese auch direkt am Digitalausgang (PWM) angedockt werden und die Loxone-Software kümmert sich um den Rest.

Darüber hinaus bietet Loxone den Baustein „Intelligente Temperatursteuerung„, welcher die intelligente Raumregelung mit weiteren Funktionen ergänzt.

Loxone Config Intelligente Temperatursteuerung

Dieses Modul dient dabei als Heizungsmischer und umfasst bspw. die Heizkurve, um unter Einbeziehung der Außentemperatur u.A. die Vorlaufsolltemperatur zu berechnen. Inwieweit diese Ergänzung in meinem konkreten Fall sinnvoll genutzt werden kann, entzieht sich jedoch aktuell noch meiner Kenntnis. Einerseits weiss ich noch nicht, inwieweit ich bei der Fernwärmeübergabestation überhaupt steuernd eingreifen kann und andererseits habe ich das grundlegende Konzept dahinter auch noch nicht wirklich verinnerlicht.

Aus meinem täglichen Leben

Obwohl oder gerade weil die Heizung bei zunehmend besser gedämmten Gebäuden (bei uns KfW 55) eine immer geringere Rolle spielt, gilt es bei der Planung einige zentrale Punkte zu beachten, um ein Maximum an Wohnkomfort zu ermöglichen.

Ursprünglich wollte ich der Heizung eigentlich nicht so viel Augenmerk schenken. Durch die bereitgestellte Fernwärme könnte ich mich wohl auch einzig auf die Ansteuerung der Heizkreisventile konzentrieren, Raumtemperatursensoren sind ja bereits sowieso in anderen Geräten (MDT-Taster bzw. KNX-Präsenzmelder) integriert. Das wäre aber auch irgendwie langweilig und nach kurzer Recherche macht es wohl auch Sinn, tiefer in die Materie einzusteigen, um durch eine geschickte Smart-Home-Regelung einfach mehr aus der Heizungsanlage herauszukitzeln.

Temperaturfühler im Estrich hatte ich bspw. bisher noch überhaupt nicht auf dem Schirm. Wie im Wiregate Planungshandbuch beschrieben, ist das aber wohl doch aus mehreren Gründen sinnvoll. Die Investitionskosten sind dabei recht überschaubar, da passende OneWire-Fühler nicht wirklich teuer sind (ca. 15 Euro/Stück). Bei der Verlegung sollte man, wie im Handbuch auf S. 14 beschrieben, jedoch auf eine Verlegung per Leerrohr achten, damit nach einem späteren Vergießen im Estrich ein nachträglicher Austausch im Falle eines Defekts problemlos gewährleistet ist. Sind die Sensoren im Estrich installiert, hat man mehrere Vorteile. So lässt sich die Information bspw. auch nutzen, um die Fußbodenheizung morgens gezielt im Bad zu aktivieren, um für komfortable Fußwärme zu sorgen, auch wenn die Zimmertemperatur eigentlich bereits warm genug ist und die Heizung nicht laufen müsste. Vermutlich könnte man das auch als reine Spielerei abtun, aber für mich sind die Estrichsensoren schon schlüssig.

Da jetzt vermutlich doch einige OneWire-Komonenten zum Einsatz kommen sollen, werde ich wohl gleich zwei EIB-Leitungen parallel verlegen. Einmal regulär für KNX (grün) und einmal für OneWire (lila), in diesem Fall dann die EIB-Y(St)Y 2x2x0,8 EIB-/ Instabusleitung Lila. Pro Raum wird dann eine „Doppel-Linie“ (also KNX und OneWire) vorgesehen, die in den Schaltschrank läuft und dann mittels Reihenklemmen mit den restlichen KNX- bzw. OneWire-Linien verbunden wird.

Welche Stellantriebe letztlich zum Einsatz kommen werden, kann ich aktuell auch noch gar nicht abschätzen. Natürlich würde ich gerne Stellmotoren (Stetigregler) verwenden, die im Vergleich zu den günstigeren Thermostellantrieben wesentlich weniger Strom konsumieren und Vorteile bei der Ventilansteuerung (Schnelligkeit und Genauigkeit) mit sich bringen. Der Preis schreckt aber natürlich erst einmal etwas ab. Mal sehen, vielleicht ergeben sich bis zur endgültigen Umsetzung ja auch noch andere technische Möglichkeiten.

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Jörg

hat meintechblog.de ins Leben gerufen, um seine Technikbegeisterung und Erkenntnisse zu teilen. Er veröffentlicht regelmäßig Howtos in den Bereichen Smart Home und Home Entertainment. Mehr Infos

16 Gedanken zu „Operation Smart Home – Gewerkeübergreifende Funktionsbereiche: Heizungssteuerung“

  1. Guten Morgen Jörg,

    wir sind wohl in der gleichen Planungsphase. Thema Estrichsensor stellte sich mir gestern auch. Hab es im Moment noch verworfen oder werde es max. in den Bädern einsetzen. Die Sensoren gibts sehr günstig auch bei einem Versender ( Ali… ). Für mich stellt sich die Frage , sind Sensoren an Vor- und Rücklauf der jeweiligen Heizkreise nicht irgendwie übertrieben. Schön wenn man dann 20-30 Messwerte hat, aber braucht man es wirklich. Was ich aus eigener Erfahrung sagen kann, ohne hydraulischen Abgleich geht es gar nicht. Das hat die Baufirma vor 15 Jahren bei mir einfach vergessen ( falscher Verteiler ) und in dem Alter hab ich mir damals keine Gedanken gemacht. Ergebnis zu hoher Verbrauch, wenn man alle Räume warm haben will. Bei KfW 55 wirst du eh wenig regeln müssen an der Heizung, weil die Wärme im Haus bleibt ( sollte so sein ).
    Ich werde auch Temperaturen abnehmen, die Regelung aber mehrheitlich der Heizung überlassen. Wir steigen um von Flüssiggas auf WP mit Bohrung, allein damit wird sich der Aufwand wohl rechnen. Bin gespannt.

    Gruss

    1. Hi Thomas,
      da ich damit leider noch gar keine Erfahrungen sammeln konnte, kann ich aktuell auch nur spekulieren. Insgesamt scheinen die Meinung dazu – wie bei vielen anderen Dingen auch – weit auseinander zu gehen. Alleine für die Justierung scheint die zusätzliche Information der Estrichsensoren ja sinnvoll zu sein. Ob man das wirklich braucht oder nicht, darüber lässt sich sicherlich diskutieren. Danke jedenfalls für deine Sicht der Dinge!

      Grüße
      Jörg

  2. Hallo Jörg,

    wäre eine Heizungssteuerung mit MAX-Venitlen über FHEM/Loxone möglich? Ich bin nun auch am überlegen, ob ich mir den Miniserver GO hole.

    Gruß

    Sebastian

    1. Hi Sebastian,
      wenn du MAX-Ventile nutzen möchtest, kannst du diese mit dem passenden MAX-Modul in FHEM integrieren. Mit der richtigen Anbindung zwischen FHEM und Loxone kannst du dann natürlich auch alles per Loxone steuern.

      Grüße
      Jörg

    2. Hallo Jörg,

      danke für deine Antwort. Wie hoch schätzt du den Aufwand (in Stunden) für die Integration von 6 Heizkörpern in Loxone? Würdest du den Schritt selbst machen, wenn du meine Hardware hättest?

  3. von estrichsensoren hatte mir der heizungsbauer abgeraten da im estrich eine höhere temperatur ist als in der wohlfühlhöhe, die ab gürtel gemessen
    deshalb war seine empfehlung sensoren in gürtelhöhe zu montieren
    das habe ich dann getan und bin soweit damit zufrieden

  4. Hey..wir haben ebenfalls ein „Nahwärmekonzept“ für ein paar Reihenhäuser. Das Potential beträgt 30-40% gegenüber absolut baugleichen Gebäuden allein durch die Ansteuerung. Damit waren unsere Kosten für das gesamte SmartHome innerhalb weniger Jahre – allein darüber – direkt wieder drin. Strommehrkosten haben wir ebensowenig, weil das Gesamtpaket auch hier einen enormen Vorteil bietet.

    Es gibt neben Kosten und Technikspielerei noch einen massiven Vorteil für SmartHomeHeizung: Es geht eigentlich gar nicht ohne. Bei den super gut isolierten Häuser macht es einfach Sinn, wenn Wärme und Lüftung zusammenarbeiten und nicht gegeneinander. Im Standard war das bei uns nicht verknüpft. Und wenn man Steinboden hat, muss man sogar doppelt aufpassen, denn hier merkt man bei gleichmäßiger Heizung jedes Grad. Was ich meine? Vorlauf zu warm lässt die Raumtemperatur schnell ansteigen und in Folge dessen wird der Fußboden abgeschaltet. Bis die Luft aber abkühlt, sind die Steine bereits KALT, was sich nicht gut anfühlt. Also muss man eine gradgenaue Abstimmung finden, die den Raum UND Boden in Wohlfühlwärme bringt. Bei alter Bausubstanz ein Kinderspiel, aber bei den modernen Bauten eine echte Fleißarbeit.

    Falls ihr ein Lüftungssystem habt, gilt hier ebenfalls ein hebbares Potential, wenn man zu Zeiten lüftet, wenn es Sinn macht. Also weder bei 95% Luftfeuchte noch im Sommer um 12Uhr oder im Winter um 1Uhr.

    1. Hi Markus,
      danke für deinen Input! Wir werden vermutlich Venylböden verlegen, aber da wird dein Punkt bzgl. kalten Böden wohl auch zumindest teilweise greifen. Eine Lüftungsanlage ist vorgesehen, klar. Darüber gibt es dann noch einen separaten Artikel.
      Falls du noch Tipps hast, worauf ich bei der Fernwärmeübergabestation alles achten sollte, wäre ich dir sehr dankbar. Mich würde in diesem Zusammenhang bspw. besonders interessieren, wie man die Vorlauftemeperatur aus technischer Sicht sinnvoll ansteuern kann.

      Grüße
      Jörg

    2. Es gibt da etwas zu beachten. Vertraue niemandem!!! Wir haben uns gleich im Vorfeld informiert und man hat uns versichert, dass man alle drei Kreisläufe temperaturgenau ansteuern kann. Eine völlige Falschaussage, wie sich herausstellte. Das Steuergerät kann je Heizungskreislauf lediglich einen externen Bedarf erfassen (AN/AUS). Der Wasserspeicher kann gar nicht angesteuert werden. Die Vorlauftemperatur könnte man über einen „simulierten“ Außenfühler bewerkstelligen.
      Noch ein Hinweis: Unser HeizungsEXperte hat die Anlage zwei Mal falsch eingestellt und in Folge dessen war die Regelung unbrauchbar, weil bspw. Ventilstellzeiten falsch eingetragen waren.

  5. Hi Jörg,

    wenn die Fussbodenheizung sauber geplant ist, eine ordentliche Heizlastberechnung für jeden Raum erstelllt wurde und der hydraulische Abgleich ordnungsgemäss durchgeführt ist, dann werden keine Stellantrieb bzw. Einzelraumregelung benötigt, da sie eigentlich kontraproduktiv ist. Ich wollte es erst auch nicht glauben. Bevor ich die Vor- und Nachteile hier aufführe:

    Schau mal hier: http://www.bosy-online.de/Einzelraumregelung-Ja-oder-Nein.htm bzw. im http://www.haustechnikdialog.de Forum.

    Wichtig ist, eine Heizungsbauer zu finden, der nicht nach der Pi mal Daumen Regelung arbeitet, sondern versteht was er da tut.

    Gruß

    Frank

    1. Hallo Frank,

      ist eigentlich auch meine Meinung, dass hier nicht so viel Potential liegt, wenn es sauber eingestellt und berechnet ist. Bei mir hat z.b. der Architekt in der Ausschreibung die Heizleistung der WP vorgegeben und einer der Heizungsbauer hat doch direkt eine Neuberechnung der Heizlast gemacht und ist zu einer kleineren WP gekommen. Witzig finde ich auch immer die Werbung : Flughafen -> Handy raus und WZ auf 22 Grad …. klar funktioniert bei FBH wohl aber eher nicht . In meinem Haus BJ 2000 kann ich bei -5 Grad die Heizung Nachts abschalten und die Temp. fällt um 1.5 Grad.

      Aber wie Jörg sagt, es gibt für jede Meinung ein Lager derer, die es für genau die richtige Lösung halten, daher muss jeder selbst wissen, welchen Weg er geht und welchen Aufwand er betreibt.

  6. ich kann Frank nur recht geben. Wenn der Heizi seinen Job gut macht, im Vorfeld eine vernünftige Heizlastberechnung nach Din EN 12831 und dann einen vernünftigen hydraulischen Abgleich macht, dann braucht man keine Stellantriebe da die Heizung quasi 24h am Tag gleichmäßig läuft – leider gibt es von solchen Heizis keine/kaum welche.
    Auch für ein Angebot müßte diese Berechnung schon gemacht werden, aber Zeit (und damit auch Geld) in einen dann nicht kommenden Auftrag investiert keiner gern, da diese Berechnung durchaus ein paar Stunden dauern kann.
    => Also lieber alles Pi-mal-Daumen und dann zu große Heizung, die dann taktet und Stellantriebe mit ERR.
    Wenn mann schon Stellantriebe einbaut, dann welche mit NO. Das heißt die sind dann immer geöffnet und verbrauchen keinen Strom, und werden dann nur im seltenen Bedarfsfall mal geschlossen und verbrauchen nur selten Strom (wie oben schon geschrieben – Heizung läuft am effektivsten wenn sie 24h/Tag gleichmäßig läuft). Ein weiterer Aspekt bei Fußbodenheizung – inbesondere auch in Komnination mit einer Wärmepumpe – ist der Selbstregeleffekt (einfach mal googeln).
    Durch mehrere Bauprojekte in verschiedenen Kombinationen (Sanierung, Neubau / Wärmepumpe, Gastherme / Fußbodenheizung, Heizkörper), in denen die Einbindung der Heizungsanlage in das SmartHome immer Bestandteil war, kann ich leider nicht viel gutes über viele Heizis sagen. Sobald man denen mit Berchnungen kommt winken die ab und erzählen einem tolle Geschichten.
    Fragen zur Umsetzung der Heizungsanlage ins SmartHome beantworte ich gerne.

    Gruß, Sascha

  7. Hallo Jörg,

    ich lese Deine Seite regelmäßig und habe mir schon viele Anregungen abgeschaut. Mach weiter so!
    Zu obigem Problem ist mir über den Newsletter der Seite http://www.haustechnikdialog.de die folgende Neuerung aufgefallen, von der ich mir schon überlegt habe, ob ich sie nachrüsten soll: http://www.haustechnikdialog.de/News/17870/Viega-Fonterra-Smart-Control-Regelung-passt-hydraulischen-Abgleich-permanent-an Klingt vom Konzept her eigentlich ganz gut.

    Viele Grüße

    Chris

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