Heizung: Verbrauchsoptimierung, Radiator/Fußboden-Steuerung

Diese Seite beschreibt die Optimierungen und fhem-Installation bezüglich der Heizungssteuerung in unserem Haus von 1904, welches wir im Sommer 2014 gekauft haben und beschreibt die notwendigen Schritte und Ergebnisse zur Kosenreduzierung.

Ausgangssituation

Bild 1: Viessmann Mono-Vitola b-f mit Weishaupt Gasbrenner

Mit Übergabe des Hauses war als Ausgangssituation vorhanden:

• 16 Räume im Erdgeschoß und ausgebauten Dachboden, davon

1. 7 Räume nur mit Radiatoren
2. 5 Räume nur mit Fußbodenheizung
3. 2 Räume unbeheizt
4. 2 Räume kombiniert beheizt mit Radiatoren und Fußbodenheizung

• Viessmann Mono-Vitola b-f mit 43kW Weishaupt-Gasbrenner und Holzkammer (seit 10 Jahren nicht mehr benutzt), siehe Bild 1
• Viessmann Tetramatik Heizungssteuerung mit digitaler Schaltuhr SU und außentemperaturabhängiger Steuerung WS
• Warmwassererzeugung über 200l Boiler, rein elektrisch
• 1100m Fußbodenverrohrung im Estrich/Beton in Kupferohr
• Grundfoss Umwälzpumpe mit 170W Verbrauchsleistung für die Fußbodenheizung
• 17 Radiatoren mit vier verschiedenen Thermostatköpfen und Heizungsventilen
• Gasverbrauch von 73.000kW im Jahr und 380 EUR Abschlagzahlung im Monat
• Ein Viessmann 4-fach Mischer, der den max. 40 Grad Vorlauf für die Fußbodenheizung erzeugte
• Eine UPONOR Funksteuerung für die Fußbodenheizung im Obergeschoß mit unbeschrifteten Funkthermostaten

Probleme nach dem Einzug

Bild 2: Fussbodenmischer und -pumpen

Bereits im Winter 2014/2015 gab es erhebliche Probleme mit der Heizung. Einzelne Räume wurden maximal 18 Grad warm, andere überhitzten schnell. Unterschritt die Außentemperatur die Frostgrenze, fing die Fußbodenheizung an zu "stottern": der Mischer stand morgens in einer Stellung, die das aufgeheizte Kesselwasser direkt und schnell in die Fußbodenheizung einspeiste. Als Folge deaktivierte ein Thermostat (auf 60 Grad eingestellt) die Fußbodenpumpe und das Wasser mußte langsam abkühlen (60-90 Minuten), bis die Pumpe wieder ansprang und wieder sofort abgeschaltet wurde - denn die Tetramatik hat die Mischerstellung nicht verändert. Kurzfristig wurde das Problem durch eine neue Einstellung der Heizkurven entschärft. Die Radiatoren benötigten jedoch einen bis zu 75°C warmen Vorlauf, um die Zimmer im Obergeschoß auf 18 Grad aufzuwärmen. Die Fußbodenheizungskurven wurden jeden Morgen leicht korrigiert, um die maximale Wärme (ca. 40 Grad im FB-Vorlauf) zu erreichen. Die Diagnose des "Stotterns" wurde zusammen mit einer Heizungsfirma als Theorie entwickelt, konnte jedoch nicht eindeutig belegt werden.

Laut Schornsteinfeger und Heizungsfirma war die Heizungsanlage selbst einwandfrei, jedoch war die Tetramatik-Steuerung mechanisch am Ende des Lebens. Die Abdeckungen fielen ab, das Hartplastik war versprödet, die Drehwiderstände für die Heizungskurven-Einstellung verstaubt.

Lösungsansatz

Zur Verifizierung der Probleme und zum Aufbau eines Smart-Homes wurde fhem in der Kombination mit Homematic und 1-Wire ausgewählt, da die ZWave-Experimente nicht sehr erfolgreich waren. Die vorhandene Tetramatik-Heizungssteuerung sollte auf ein Minimum beschränkt werden und die notwendige Intelligenz und Steuerung soweit wie möglich nach fhem verlagert werden.

fhem und 1-Wire-Sensorik

Zur Erhöhung des Verständnisses der Arbeitsweise der Heizung wurde als erster Schritt die verschiedenen Rück- und Vorläufe überwachst. Hierzu kam ein Rasberry Pi mit einem RPI3-Erweiterung von Sheepwalk Electronics in England zum Einsatz. Die RPI3-Erweiterung stellt 8 1-Wire-Bussysteme zur Verfügung. Zwei Busse werden direkt mit RJ45-Ports präsentiert, 6 weitere benötigen einen Bussplitter (RPI3a von Sheepwalk Eletronics) und stellen 1-Wire Busse als RJ45 oder Schraubverbindung zur Verfügung. Ebenfalls von Sheepwalk Eletronics kamen die passenden Sensoren (SWE0, Typ DS18B20 mit 2m Anschlußkabel) zum Einsatz. Diese wurden liebevoll provisorisch an die entsprechenden Rohre verbunden und in fhem konfiguriert.