Folge 019: Grundlagen der Heizungssteuerung

Was soll mein neues Smart Home können? Thema Heizung

In dieser Folge des Smart Home Podcast will ich mit Dir besprechen, welche Funktionen der Heizung das Smart Home integrieren und steuern kann und wie es Dir damit hilft, eine Menge Energie zu sparen und viele Handgriffe abnimmt.

Smart Home Innovation 2019

Ich möchte im Januar 20 eine Hörerwahl für die Smart Home Innovation 2019 veranstalten. Dabei möchte ich euch gerne einbeziehen. Was war Eure Smart Home Innovation 2019? Schreibt mir eine kurze Mail an info@smarthome-podcast.de, was für euch das Smart Home Highlight 2019 war. Ich werde die Antworten sichten und in Kategorien aufteilen. Danach wird es dann hier in der Community eine Abstimmung geben. Die Deadline für die Nominierungen ist der 20.01.2019. Ich freue mich über eure zahlreichen Zuschriften an info@smarthome-podcast.de.

Einleitung

Heute gibt es wieder eine Folge aus der Rubrik „Smart Home Projekte smart realisieren“. Bei diesen Folgen gehe ich Schritte für Schritt die Schritte bei der Umsetzung eines Smart Home Projektes einmal durch. Wir sind aktuell noch in der Planungsphase und haben und beim letzten Mal Gedanken darüber gemacht, was Dein Smart Home können sollte. Dabei hat Dir der Fragebogen des Instituts für Gebäudetechnologie (www.igt-institut.de) geholfen, die grundsätzlichen Eigenschaften festzulegen, die Dein neues Smart Home Projekt realisieren soll.

In der heutigen und den nächsten Folgen aus dieser Rubrik möchte ich die einzelnen Teilbereiche einmal mit Dir im Detail durchgehen und aufzeigen, welche Smart Home Funktionen hinter den einzelnen Fragen stehen und wie sie realisiert werden.

Auch wenn Du bei der grundsätzlichen Beantwortung der Fragen, zunächst nicht an die Umsetzung denken sollst, so ist es aber wichtig im Grundsatz zu verstehen, wie jedes einzelne Thema realisiert werden kann. Wir werden später ja noch bei der Festlegung des „Wie“ sehen, dass es viele Wege gibt, die sprichwörtlich „nach Rom“ führen werden. Aber den grundsätzlichen Lösungsaufbau einer Anforderung im Kopf zu haben, hilft Dir bei der Entscheidung, ob Du die Funktion möchtest oder nicht in Hinblick auf die benötigten Ressourcen auf jeden Fall. So kannst Du den finanziellen Aufwand zumindest im Groben schon direkt bei der Entscheidung abschätzen.

In dieser Folge beginnen wir mit dem Thema Heizungssteuerung. Wir gehen die einzelnen Fragen, die im Fragebogen des IGT-Instituts stehen, einmal im Detail durch und sprechen darüber, was die Funktionen bewirken und wie sie im Smart Home umgesetzt werden können.

Transkript der Folge

Die Heizungssteuerung in einem Smart Home ist meiner Meinung nach eine der wichtigsten Funktionen, die ein Smart Home übernehmen kann und sollte. Das IGT-Institut schreibt dazu im Fragebogen (Übrigens, wenn Du gerade nicht weißt, von welchem Fragebogen ich spreche, dann höre Dir noch einmal die Folge Nr. 17 an oder schaue auf www.smarthome-podcast.de/017 nach, dort kannst Du dir den Fragebogen auch herunterladen) – Also das IGT-Institut schreibt dort:

„Eine automatische Temperaturregelung sorgt dafür, dass Räume nicht übermäßig beheizt werden. Es wird exakt die gewünschte Temperatur gehalten – das ist nicht nur komfortabel, sondern auch energieeffizient.“

In einem Smart Home geht es heute aber nicht nur um die automatische Temperaturregelung. Hier solltest Du schon viel früher ansetzen und eine ganzheitliche Sicht in Betracht ziehen. In Zeiten von Energiesparen und CO2 Vermeidung spielt es vielmehr die Rolle, das Energie Management in die Aufgaben der Smart Home Steuerung mit einzubeziehen. Zwei Beispiele:

Ein Smart Home kann sehr effizient mit einer Photovoltaik- oder Solar Anlage gekoppelt werden. Dabei kann zum Beispiel aufgrund von vorhandenen Wetterdaten vorhergesagt werden, wann Sonnenenergie für die Warmwasser Aufbereitung zur Verfügung stehen wird. Das Energiemanagement der Smart Home Steuerung wird dann den Heizkessel rechtzeitig herunter regeln und die Erzeugung des Warmwassers über die PV oder Solaranlage regeln. Auch wenn bspw. am Nachmittag noch genug Sonne zur Verfügung steht, dann kann die intelligente Steuerung das Warmwasser höher erhitzen und dieses spart dann die ansonsten zusätzliche Erwärmung am Abend über den Heizkessel mit fossilen Brennstoffen.

Auch wenn Du keine Solar- oder PV-Anlage besitzt, so hilft Dir das intelligente Energiemanagement Heizkosten zu sparen. Selbst wenn Du eine intelligente Temperatur Regelung in den einzelnen Räumen installiert hast – Das kann man ja schon mit einfachen Heizkörper Thermostaten realisieren, die eine Zeitschaltung besitzen, dann „weiß“ die Heizungsanlage selber aber noch nicht, wann denn die Wärmeproduktion bspw. nachts nicht mehr erforderlich ist. Hier kann ein intelligentes Energiemanagement erkennen, wann die Temperatur nicht mehr benötigt wird und gibt diese Information schon rechtzeitig vorher an die Heizungsanlage weiter, damit diese die Leistung schon im Vorlauf drosseln kann. Auch wenn man über längere Zeit nicht im Haus ist, kann eine Smart Home Steuerung rechtzeitig das Heizungssystem wieder hochfahren – zum Beispiel in dem es erkennt, ob sich ein Bewohner des Hauses nähert.

Zusätzlich zu den beiden Beispielen ist es natürlich auch ein gewisser Komfort, alle Komponenten des Smart Home in einer zentralen App zu steuern und nicht für jedes System eine separate App zu verwenden.

Kommen wir jetzt aber zum Fragebogen. Dort waren ja mehrere Funktionen beschrieben. Wir gehen sie nun einmal durch.

Zunächst steht die Frage nach der Wunschtemperatur im Raum. Hier sollte man für jeden Raum die Temperatur individuell vorgeben können. Du kannst diese Funktion so ausgestalten, dass Du die Temperatur entweder an einem Heizkörper Thermostat selbst einstellst, an einem zentralen Wand Thermostat oder in Deiner Smart Home App. Die Soll-Temperatur wird dann zentral in Deiner Smart Home Zentrale gespeichert und sorgt dann dafür, dass die Ventile nur bei Bedarf aufgedreht werden und regelt diese auch automatisch wieder herunter, wenn die Soll Temperatur erreicht wird. Umsetzbar ist das Ganze auch schon mit einfachen batteriebetriebenen Thermostaten, die auf den Heizkörper aufgeschraubt werden. Sofern ein Raum mehrere Heizkörper hat, musst Du ein System verwenden, bei dem die einzelnen Systeme miteinander kommunizieren und sich abgleichen können. 
Das kann direkt zwischen den einzelnen Thermostaten oder über eine zentrale Steuerung – wie Deine Smart Home Zentrale – erfolgen.

Ein Nachteil, wenn Du nur Heizkörper Thermostate verwendet ist, dass die Temperaturmessung nur am Thermostat selbst erfolgt. Da die Messung aber direkt am Heizkörper vorgenommen wird, wird dort die gemessene Temperatur auch sehr schnell erreicht, obwohl es im Rest des Raumes noch kühl ist. Hierfür bieten manche Regler die Möglichkeit, eine Differenz Temperatur einzustellen, die am Heizkörper erreicht und gemessen wird. Beispiel: Deine Soll Temperatur für das Wohnzimmer soll 21 Grad betragen, Wenn Du dies eingestellt hast und Deine Thermostate nun diese Temperatur eingependelt haben, dann kann es sein, dass die Temperatur real am Eingang des Wohnzimmers erst 17 oder 18 Grad beträgt. Hier kannst Du dann bei Reglern, die das zulassen die Differenz von 3 Grad hinterlegen. D. h. Die Regler würden dann in diesem Beispiel erst bei 24 Grad die Ventile der Heizung schließen. 

Besser wäre auf jeden Fall hier ein passendes Wand Thermostat zu verwenden, welches direkt im Raum die Temperatur messen kann. So werden bei der Regelung auch äußere Einflussfaktoren besser berücksichtigt. Damit meine ich, dass es im Winter außen kälter ist und der Raum sich schneller abkühlt als im Sommer, wo es sowieso schon 19 Grad oder mehr sind und die Heizung dann zB bei 24 Grad am Heizkörper den Raum auf 23 Grad aufheizen würde. Auch die Sonneneinstrahlung sorgt für eine Erwärmung des Raumes, die nicht berücksichtigt würde. Auch ist es komfortabler die Temperatur direkt am Wand Thermostat einzustellen als am Heizkörper.

Noch effizienter kann ein Smart Home die Temperatur kontrollieren, wenn es Zugriff auf aktuelle Wetterdaten hat und genau weiß, wo die Sonne an den Fenstern steht um die Sonneneinstrahlung für die Wärmeentwicklung zu berücksichtigen. Es gibt Systeme, die diese Informationen beim Energiemanagement berücksichtigen.  Damit lassen sich teilweise bis zu 50% oder mehr Heizkosten einsparen.

Die nächste Frage ist die Frage nach den Zeitprogrammen. Möchtest Du die Möglichkeit haben, mittels Zeitprogrammen Deinen Energieverbrauch zu senken, in dem Du nur heizt, wenn es notwendig ist und bei Abwesenheit unnötiges Heizen vermeidest. Diese Funktion ist ebenfalls mit einfachen elektronischen Heizungsreglern zu realisieren und heute Standard bei solchen Geräten. Aber die Zeitsteuerung alleine bildet meiner Meinung nach nicht die Wirklichkeit ab, sondern liefert nur einen groben Rahmen für eine Temperatur Regelung. Für einen einzelnen Raum, der nur von einer Person genutzt wird, kann das noch gut funktionieren. Aber bspw. das Wohnzimmer oder die Küche, die zu unterschiedlichsten Zeiten genutzt werden, bereiten echte Probleme. So schaust Du am Samstag Abend evt. einen Film der länger geht oder eine Sport Übertragung, die sich ewig hin zieht, und auf einmal wird es kalt, weil die Zeitsteuerung ja eigentlich davon ausgeht, dass Du jetzt schlafen gehst. Auch kann eine Zeitsteuerung ja nur den kleinsten gemeinsamen Nenner für das Leben aller Hausbewohner darstellen. Hier kannst Du statt dessen oder in Kombination die Kopplung der Steuerung mit anderen Triggern planen. Zum Einen hast Du die Möglichkeit die Lichtsteuerung, oder andere Zustände von Aktoren, wie Funk Steckdosen in die Steuerung einzubeziehen. Das wäre eine Regel wie: „Wenn noch Licht in diesem Raum brennt, oder wenn über die Steckdose des Fernsehers oder der Hifi Anlage noch Strom fließt, dann regele die Heizung noch nicht herunter. Auch können Bewegungsmelder als Trigger dienen um die Heizung noch nicht herunter zu regeln. 

Wenn man das nicht möchte, so bietet sich an, einen zentralen Nachtmodus zu definieren. In dieser Szene Deiner Smart Home Zentrale kannst Du dann auch das Herunterregeln der Heizkörper als Aktion hinterlegen.

Hier greift dann die Frage 3 ein. Dort wird die Funktion genannt, dass eine Heizungsregelung nur bei echter Anwesenheit erfolgen soll. Diese Funktion ist in jedem Fall sinnvoll. Hier greifen dann die selben Überlegungen wie vorher schon genannt für die Nachterkennung. Du musst dir später dann darüber Gedanken machen, wie Dein Smart Home erkennen kann ob jemand anwesend ist oder nicht. Auch sollte ein echtes Smart Home in den Modi unterscheiden können, ob eine kurze Abwesenheit wie die tägliche Abwesenheit, weil alle zur Arbeit oder zur Schule sind, vorliegt, oder ob es sich um eine längere Abwesenheit wie Urlaub handelt. Aktuelle Smart Home Systeme können dies getrennt voneinander festlegen und unterschiedliche Aktionen für die Heizungssysteme daraus ableiten. Bei längerer Abwesenheit wird die Heiztemperatur noch weiter herunter geregelt, die Thermostate machen einmal die Woche einen Wartungslauf um die Ventile sich nicht festsetzen zu lassen. 

Der nächste Punkt im Fragebogen ist die automatische Absenkung der Heizung sobald an kalten Tagen ein Fenster geöffnet wird. Auch diese Funktion kann sofern sie richtig implementiert wird, beim Energie sparen helfen. Der Sinn ist, dass die Heizung nicht unnötig heizt, wenn kalte Luft in den Raum gelassen wird. D.h. sobald erkannt wird, dass ein Fenster geöffnet wird, dann macht der Regler das Ventil am Heizkörper zu. Wenn das Fenster wieder geschlossen wird, wird die Heizungsregelung wieder normal fortgesetzt. Viele Smart Home Systeme können an dieser Stelle alternativ auch die Heizungsventile für eine kurze Zeit wieder komplett öffnen um eine schnelle Normalisierung der Raumtemperatur zu erreichen. Es gibt zwei verschiedene Arten, wie erkannt wird, dass ein Fenster oder eine Tür geöffnet wird. Zum Einen kann das durch die Kopplung mit Fenster- bzw. Türkontakten erfolgen, zum Anderen kann die Funktion durch die Erkennung eines stärkeren schlagartigen Temperatur Abfalls delektiert werden. Das Einbeziehen von Kontakten ist die genauere Methode und die Heizungssteuerung reagiert sofort, sobald ein Fenster geöffnet wird. Die zweite Methode kann aber die günstigere sein, wenn man auf Fenster und Türkontakte verzichten kann oder will.

Der letzte Punkt im Bereich Heizung des Fragebogens war das selbstständige Optimieren des Heizungssystems, so dass es zu den gewünschten Startzeiten die entsprechende Temperatur eingeregelt hat. Diese Funktion hatte ich ja vorher schon einbezogen. Das Heizungssystem ist in der Lage zu „lernen“ wie lange es benötigt, die gewünschte Temperatur zu erreichen. Es gibt Systeme, bei denen wird eine Vorlaufzeit entsprechend manuell eingestellt, bei anderen Systemen protokolliert das System selber mit, wie lange es benötigt, die entsprechende Temperatur zu erreichen und passt seine Regelzeiten entsprechend automatisch an. Wichtig wäre mir hier wie gesagt, dass das System dann auch andere äußere Faktoren wie Außentemperatur oder Sonneneinstrahlung berücksichtigt.

Welche anderen Punkte kommen in Sachen Heizung dann noch in Betracht? 

Aus meiner Sicht wäre es – insbesondere bei der Gesamtbetrachtung des Energiemanagements – ein wichtiger Punkt, die Heizungsquellen Steuerung in der Smart Home Planung zu berücksichtigen. Wie bereits am Anfang geschildert, können so Ressourcen, die gerade zur Verfügung stehen in die Steuerung einbezogen werden. 
Solche Ressourcen könnten sein:

  • Aktuell steht genug Sonne zur Verfügung um Warmwasser oder die Heizung über Solar oder PV zu speisen
  • Es steht gerade günstigerer Strom für eine Warmwasser Aufbereitung zur Verfügung (Dieses kann durch die Kopplung mit Smarten Stromzählern realisiert werden)
  • Die Räume werden von der einstrahlenden Sonne erwärmt, so dass nur eine geringere Wärme aus der Heizung erforderlich ist
  • Die Außentemperatur wird mit bei der Heizungsregelung berücksichtigt

Wie man die einzelnen Funktionen nun implementieren kann, darüber sprechen wir jetzt.

Schauen wir uns zunächst einmal die Komponenten an, die bei der Heizungssteuerung eine Rolle spielen können.Zunächst einmal haben wir die Temperaturregelung der Heizkörper. Dies kann im einfachsten Fall über einfache elektronische Heizkörper Thermostate erfolgen, die es schon für unter 20 Euro beim Discounter im Angebot gibt. Für ein Smart Home Gesamtkonzept wäre mein Vorschlag jedoch zu passenden Stellantrieben oder Heizkörper Reglern zu greifen, die im Smart Home System der Wahl integriert werden können und von dort dann auch gesteuert werden. Diese Antriebe sind zwar teurer, die vorher genannten Möglichkeiten sorgen aber für eine schnelle Amortisation der Mehrkosten. Entsprechend gibt es von den Smart Home Herstellern auch Stellantriebe für Fussbodenheizungen. Hier muss allerdings auch die Smart Home Zentrale mit den deutlich längeren Vorlauf- und Nachlaufzeiten klar kommen.

Nun haben wir die Smart Home Zentrale oder den zentralen Server des Smart Home Systems. Die Software dieser Komponente sollte auf jeden Fall ein intelligentes Energiemanagement beherrschen. Wenn Du deine Auswahl für ein Smart Home System triffst, und das Thema Heizung für Dich wichtig ist, dann schau hier ganz besonders genau hin und vergleiche bei der Auswahl.

Als nächstes kommt die Ansteuerung Deiner Heizungsanlage. Wie kann diese mit der Smart Home Zentrale kommunizieren? Es gibt hier verschiedene Ansätze von Standardisierung. Am weitesten verbreitet scheint aktuell das EEBUS Protokoll. Dieses Protokoll wird als Herstellerunabhängiger Standard von der EEBUS Initiative e.V. vorangetrieben und weiter entwickelt. Entstanden ist es aus einem Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie und dem Bundesministerium für Umwelt. Es soll die übergreifende Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten von Energieversorgern und Haushalten ermöglichen um eine höhere Energieeffizienz zu erreichen. Neben verschiedenen Heizungsherstellern unterstützen auch die ersten Smart Home Systeme  EEBUS direkt.

Es gibt auch weitere Anbindungen im Markt. MODBUS, Fröling oder KNX um nur einige zu nennen. Hier musst Du bei der Planung genau schauen, was Deine vorhandene Heizung anbietet oder ob ein Protokoll nachrüstbar ist, welches Dein Smart Home verstehen kann. Hier kann Dir Dein Heizungsbauer sicher nähere Informationen liefern.

Um eine optimale Temperaturregelung zu ermöglichen, können die folgenden Sensoren noch mit der Heizungssteuerung kombiniert werden:

  • Bewegungsmelder, Lichtschalter oder smarte Steckdosen können helfen, zuverlässig die Anwesenheit in den einzelnen Räumen festzustellen.
  • Sensoren zur Erfassung der Außentemperatur dienen zur Ermittlung der Vorlaufzeit zum Aufheizen der Räume
  • Sensoren für die Sonneneinstrahlung (können ggf. über Helligkeitsmessungen bei Bewegungsmeldern erfasst werden) ermitteln die Einstrahlung der Sonne in den Raum. Hier kann das Smart Home System die Heizleistung der Heizung automatisch reduzieren
  • Raumthermostate dienen zur Messung der exakten Temperatur des Raumes. Meistens werden diese direkt an den Eingangstüren der Räume angebracht, da sie auch eine manuelle Regelung der Temperatur ermöglichen.
  • Zum Schluss sollte noch erwähnt werden, dass sich die Smart Home Systeme auch Informationen aus dem Internet ziehen können. So werden von Anbietern teilweise sehr exakte Wetterdaten bereitgestellt, die für ein exaktes Energiemanagement herangezogen werden können.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.