Smart Home Heizung, ich übernehme die Kontrolle

Es heißt „Smart Home“ weil es ein intelligentes Haus ist. Das bedeutet nicht, dass alle Gewerke separat intelligent sind, sondern zusammen ein großes Ganzes bilden. So sehe ich das zumindest. Allerdings heißt das auch, dass die Smart Home Heizung mit ins Konzept muss. Gesagt, getan und es wurde eine lange Reise, die immer noch andauert.

Welche Heizung habe ich?

Gleich zuallererst: wir heizen unser Haus mit Erdgas. Wir haben eine Junkers CerapurSolar Brennwertterme und etwas über 7 Quadratmeter Solarthermie Kollektoren zur Unterstützung der Heizung auf dem Dach. Ausgerichtet nach Süden mit einer Dachneigung von 36 Grad. Die Kollektoren erwärmen einen Pufferspeicher mit ca. 400 Litern Heizungswasser. Die Therme nutzt diesen Puffer zur Rücklaufanhebung. Das heißt, das Heizungswasser läuft bei Bedarf auf seinem Rückweg, bevor es in den Brenner läuft, in den Puffer und die Therme entnimmt dann wärmeres Wasser. Dadurch muss der Brenner nur noch die Differenz zwischen Soll und Puffer erwärmen. Das funktioniert ganz gut.
Der Vorteil dieser Lösung ist: wir haben für 4 Personen nur 70 Liter Brauchwarmwasser. Wenn der Puffer warm genug ist, dann kann die Heizung ja mit dem warmen Wasser aus dem Puffer das Brauchwasser erwärmen.

Ziel ist es jetzt also, so viel wie möglich aus dem Puffer raus zu holen. Aber zuerst müssen andere Eigenschaften optimiert werden.

Stufe 1: Smart Home Heizung optimal eingestellt.

Die ersten zwei Winter habe ich eigentlich nur an den Standard Einstellungen optimiert.

• Hydraulischer Abgleich
• Heizkurve
• Einschaltzeiten

Dies sind keine Smart Home spezifischen Einstellungen, deswegen gehe ich da jetzt nur kurz drauf ein. Wir haben ja in jedem Raum einen Glastaster mit Temperaturmessung von MDT. Das heißt, ich habe die Raumtemperaturen auf dem Bus und kann diese loggen. Als wir eingezogen sind, hatte ich noch keine Heizungsaktoren verbaut. Das ist bis heute so. Wir haben eine reine Fußbodenheizung mit 11 Kreisen. Am Verteiler sind ja Durchalufbegrenzer montiert. Mein Ziel war es, die Begrenzer so einzustellen, das die Temperaturen in den Zimmern wie gewünscht sind.

Denn die ersten zwei Winter sahen dann so aus:

1. Badezimmer komplett aufdrehen.
2. Schlafzimmer fast zu.
3. Anderen Räume so dazwischen.
4. Einen Tag laufen lassen und Temperaturen beobachten.
5. Wenn es in einem Raum zu warm war, zudrehen.
6. Zwischendurch den Vorlauf senken.
7. Gegen Ende dann die Feinjustierung auch in den Badezimmern.

So bin ich irgendwann zu einer Einstellung gekommen, bei der in allen Räumen die gewünschte Temperatur herrscht. Immer. Das heißt auch die Heizkurve war irgendwann so, dass die Temperaturen in den Räumen fast konstant sind. An den Begrenzern wird jetzt nicht mehr rum gestellt. Das ist gut so. Heizungsaktoren würden jetzt nur noch die Menge an Wärme in die einzelnen Räume begrenzen. Das ist aber nicht nötig, da kein Raum überhitzt.

Stufe 2: Die Heizung wird ins KNX eingebunden.

Jetzt war es an der Zeit die Smart Home Heizung umzusetzen und die Sonne etwas besser zu nutzen. Unsere Vorlauftemperatur lag zu diesem Zeitpunkt immer unter 30 Grad. Bei -10 Grad draußen fahren wir ca. 30 Grad Vorlauf. Da müsste doch was mit der Sonne machbar sein. Gesagt getan:

Die Logik der Heizung erlaubt eine Absenkung der Vorlauftemperatur wenn Sonne stark scheint. Das kriegt die Heizung wohl über den Fühler an den Kollektoren mit. Das führt dann zu dem folgenden Verhalten:

1. Außentemperatur 0 Grad, wolkenloser Himmel.
2. Heizung senkt die Vorlauf Temperatur, Sonne heizt die Süd-Seite die Zimmer an der Nordseite kühlen aus.
3. Der Puffer wird auf ca. 30 Grad erwärmt und die Solarpumpe schaltet aus. Ab 12 Uhr ist der Puffer warm und die Sonne wärmt nur noch die Süd-Seite.
4. Also habe ich die Absenkung bei Sonneneinstrahlung abgeschaltet. Jetzt war es auf der Süd-Seite etwas zu warm, aber Norden war warm genug. Unser Bad ist eher im Norden.

Dafür ist die Heizung nicht ausgelegt

Dann ist mir aufgefallen, das der Brenner anspringt obwohl im Puffer 30 Grad sind. Bei 28 Grad Vorlauf und 30 Grad im Puffer heizen wir mit Gas. Anscheinend benutzt unsere Heizung den Puffer erst ab 30 Grad Wassertemperatur. Darunter ist er abgestellt. Das habe ich durch Versuch und Irrtum heraus gefunden.

Zuerst habe ich dann allen ernstes versucht die Firmware der Heizung zu bekommen und diese 30 Grad Grenze auf einen anderen Wert zu setzen. Damit was ich nicht erfolgreich, also habe ich den Fühler „optimiert“. Jetzt funktioniert die Steuerung jetzt so:

1. Gesteuert wird nach Innentemperatur von der KWL. Das ist ein guter Mittelwert aus dem ganzen Haus.
2. Ich kann die Hysterese an der Heizung nicht einstellen, habe aber gemerkt, dass bei den niedrigen Vorlauf Temperaturen die Heizung anfängt zu Takten. Das heißt, der Brenner springt im 10 Minuten Takt an und wieder aus. Die Heizung kann minimal 3,6 KW. Ich habe die Heizungspumpe auf 80% laufen, damit die letzten Zimmer auch warm werden, trotzdem schafft es die Pumpe nicht, die Energie weg zu transportieren. Also steuere ich jetzt die Vorlauf-Temperatur mittels openHAB2. Geregelt nach Rücklauftemperatur. Wird der Rücklauf zu kalt, wird der Soll-Vorlauf erhöht und die Heizung heizt. So kann ich quasi jede beliebige Heizkurve einstellen. Die Heizkurve in der Heizung habe ich einfach nicht so flach gekriegt wie ich sie haben wollte.
3. Ist die Innentemperatur unter 24 Grad und ist der Puffer wärmer als der Rücklauf, wird geheizt. Vorlauf Soll entspricht dann der Puffer Temperatur. Warum? Dazu später.
4. Ist die Innentemperatur unter 22 Grad und der Puffer „leer“ wird mit Gas geheizt.

Die Smart Home Heizung in Aktion

Durch diese Steuerung habe ich folgendes erreicht: Wenn die Sonne den ganzen Tag scheint wird dem Puffer durch die Heizung konstant Wärme entnommen. Die Wärme, die von der Sonne kommt, geht quasi direkt in die Estriche. Das reicht aus, um an Tagen, an denen die Sonne 30 Grad auf den Kollektoren schafft auf einen Gasverbrauch von 0 Kubikmetern zu kommen. Ja, die Wärme reicht dann auch aus um das Haus über die Nacht zu bringen. Die 400 Liter Wasser im Puffer bei 30 Grad, haben dagegen vielleicht eine halbe Stunde gehalten.

So kommen wir auch sehr lange aus, bevor wir Gas verbrauchen. Den in der Übergangszeit ist es meistens ein paar Tage sonnig und dann ein paar Tage kalt.

Schritt 3: Warmwasser Optimierung

Irgendwann war es mir möglich, anhand der Sonnenstärke die maximale Puffer Temperatur zu berechnen. Aus der LUX Anzahl der Wetterstation ist es ja möglich eine Energieleistung pro Quadratmeter zu errechnen. Diese Energieleistung kann dann das Wasser im Puffer auf eine bestimmte Temperatur erwärmen. Ich habe also gesehen, dass zum Beispiel um 14 Uhr der Puffer auf 70 Grad war und die Sonne mit der gleichen Stärke weiter schien. Diese Energie wurde nicht benutzt. Jetzt gibt dann zwei Möglichkeiten:

• Duschen (um einen Teil der Energie zu verbrauchen)
• Mehr Speicherleistung schaffen

So sehr wollten wir uns nicht an die Sonne anpassen, also erhöhe ich die Speicherleistung. Die Warmwasser Soll Temperatur wird kontinuierlich hoch gefahren. Maximal natürlich auf 60 Grad, sonst gibt es Verbrühungen. Am liebsten hätte ich das an der Heizung eingestellt, aber das geht nicht. Also kümmert sich eine openHAB2 Regel um das Warmwasser.

So kann ich einen Teil der Sonnenenergie auch direkt im Brauchwasser speichern. Am liebsten hätte ich an allen Stellen an denen wir Warmwasser entnehmen einen Thermostat geregelten Wasserhahn, dann könnte ich im Speicher Warmwasser bei 90 Grad halten. Aber auch diese Investition würde sich wahrscheinlich niemals rentieren.

Schritt 4: Warmwasser Zirkulation

Ja auch die haben wir im Einsatz. Die Wege zur Küche sind einfach so weit, dass es ohne nicht geht. Ich habe auch schon rum gerechnet, ob sich ein Durchlauferhitzer lohnen würden. Dieser würde dann anspringen, wenn Warmwasser gebraucht wird und sobald das warme Nass aus dem Speicher da ist, abschalten. Amortisiert sich allerdings nicht mehr zu meiner Lebenszeit.

Folgendes habe ich dann an den Graphen gesehen:

• Ist die Zirkulation aus, sinkt die Temperatur im Speicher um 2 Grad pro Stunde
• Ist die Zirkulation durchgehend an sinkt die Temperatur um 12 Grad pro Stunde
• Ist die Zirkulation eine Stunde aus und springt dann an, sinkt die Temperatur schlagartig um 12 Grad.

Damit ist es egal, ob ich die Zirkulation durchgehend laufen habe oder einmal pro Stunde für einige Minuten. Wir merken es weder am Wasserhahn noch am Gasverbrauch. Wichtig war es mir die Laufzeiten zu verringern um den Gasverbrauch zu senken. Wenn die Zirkulation einmal die Stunde läuft, und wir verlassen das Haus für eine Stunde, dann kann ich einen Lauf vermeiden. Übrigens springt der Brenner immer an wenn das Wasser um diese 12 Grad abkühlt.

Die smarte Steuerung

Auf der anderen Seite haben wir in den Badezimmern und im Flur einen Bewegungsmelder. Also wird jetzt so gesteuert (das ist für mich eine Smart Home Heizung):

1. Wenn Bewegung erkannt wird, Zirkulation anwerfen und eine Stunde warten.
2. Wird wieder Bewegung erkannt gehe zu 1.
3. Nach einer bestimmten Uhrzeit und morgens nicht auf Bewegung reagieren.

Das bedeutet, läuft die Zirkulation um 7 Uhr und wir verlassen das Haus bis 10.30 Uhr läuft sie erst wieder um 10.30 Uhr. Danach jede Stunde, also 11.30 Uhr und so weiter. Dadurch ist immer sofort warmes Wasser da, die Zirkulation läuft aber nur wenn sie muss. Da bei uns eigentlich immer jemand im Haus ist (ich mache HomeOffice, meine Frau arbeitet sehr früh morgens) kam eine Zeitgesteuerte Logik nicht in Frage.

Schritt 5: Die Zukunft

Wird Warmwasser entnommen, so strömt das kalte Wasser aus der Leitung in den Brauchwasser Speicher. Es hat ca. 7 Grad oder so. Daneben steht ein Puffer der 24 Grad Heizungswasser enthält und eine freie Spirale hat. Jetzt hatte ich die Idee: Wenn ich das Wasser was in den Brauchwasser Speicher geht vorher durch den Puffer schicke geht es wärmer in den Speicher. Der Puffer würde sich weiter abkühlen und die Sonne könnte mehr Energie liefern.

Was hältst du davon? Machbar? Hast du es vielleicht sogar umgesetzt?

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Fazit

Du hast jetzt gelesen, wie ich die Heizung optimiert habe um sie zu einer Smart Home Heizung umzubauen. Im ersten Schritt wurde die Anlage optimal eingestellt. Im zweiten die Steuerung durch openHAB2 übernommen. Weiter ging es dann mit dem Warmwasser. Auch hier konnte ich einige Prozent heraus holen.

Wir sind aktuell in Mitteldeutschland bei einem Gasverbrauch von 365 Kubikmetern pro Jahr für ein frei Stehendes Haus mit 160 Quadratmetern Wohnfläche. Für Wasser und Heizung. Wir verbrauchen ca. 1 Kubikmeter pro Tag für Warmwasser und bis zu 3 Kubikmeter für Heizung am Tag. Die sonnigen Tage im Jahr reichen aus um den Verbrauch im Durchschnitt auf ein Kubikmeter pro Tag zu drücken. Das reicht mir dann jetzt.

Was ich mir im nächsten Haus wünsche? Einen größeren Puffer. Mindestens 1 bis 2 Kubikmeter Inhalt.

Im Sommer wird dann eher beschattet, lies auch dazu meinen Artikel: KNX Beschattung – Unsere Entwicklung der letzten Jahre. Gesteuert wird das ganze mit openHAB2. Meine Erfahrungen dazu gibt es in diesem Artikel: openHAB – meine Erfahrungen nach 2.5 Jahren.

Schreib mal was du von dem Bericht denkst und ob du eigene Ideen für dich daraus gezogen hast. Schreib mir auch ob du an deiner Heizung optimierst, oder on sie vom Anfang an perfekt lief.

Viel Spaß mit KNX,
Damian!