Effizienter Betrieb einer Fußbodenheizung mit Luft-Wasser-Wärmepumpe (Fallbeispiel)
Dieses Fallbeispiel nutzt das FHEM-Modul LUXTRONIK2 für eine Novelan LIC8E Wärmepumpe (kompakte Luft-Wasser-Wärmepumpe, 8kW (A2/W35), Monobloc, Innenaufstellung, nicht modulierend). Das FHEM-Modul und die zugehörige Steuerung Luxtronik 2.0 wird auf dieser WIKI Seite beschrieben. Sie sollte vorher gelesen werden.
Einleitung
Die folgenden Punkte sind für den ökonomischen Betrieb einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ausschlaggebend:
- Niedrige (Soll-)Temperaturen im Heizsystem. Je geringer die Differenz zur Außentemperatur, um so weniger muss die Wärmepumpe das Kältemittel komprimieren und um so niedriger ist der prozessbedingte Energieverlust (Prozessarbeit).
- Für die Warmwasserbereitung: Ausnutzung der Tageszeiten mit warmen Außentemperaturen und Vermeidung des Kältetiefs zum Sonnenaufgang.
- Nutzung der Luftabtauung, anstatt Abtauung durch Kreisumkehr.
- Vermeidung von ständigen Kompressorstarts und kurzen Laufzeiten.
Grundlage jeder Optimierung ist dabei ein guter hydraulischer und thermischer Abgleich der Heizwasserverteilung und eine genaue Einstellung der Heizkurve, welche die Solltemperatur anhand der Außentemperatur ermittelt. Beides ist sowohl von den Bedürfnissen und dem Nutzungsverhalten der Bewohner als auch von der Dämmung des Hauses abhängig.
Bei Wärmepumpen, die nicht über einen leistungsgeregelten Verdichter verfügen, kann man zusätzlich die Einzelraumregler (ERR) und das Überströmventil der Wärmepumpe außer Betrieb nehmen und damit alle Heizkreise als ein „Heizkörper“ betreiben. Die Temperaturregelung erfolgt in diesem Fall allein durch die Solltemperatur und teilweise auch durch das „Selbstregelverhalten“ einer Fußbodenheizung. Diverse Foreneinträge (z.B. [1]) erzählen von bedeutenden Einsparungen durch Absenken der Solltemperatur und Wärmepumpen-freundlichen Betriebszyklen (lange Taktzeiten).
Grundeinstellung des Heizungssystems
Hydraulischer Abgleich einer Fußbodenheizung
Sowohl der hydraulische als auch der thermische Abgleich erfolgen durch die Einstellung der Drosselventile an den Heizungsverteilern. In einem ersten Schritte, dem hydraulischen Abgleich, stellt man die Drosselventile so ein, dass das Wasser in allen Heizkreisen die gleiche Durchlaufzeit hat. Der längste Kreislauf wird am wenigsten gedrosselt. Die Durchflüsse der anderen Heizkreise werden mit Hilfe der Drosseln im gleichen Verhältnis wie die Längen eingestellt. D.h. 90% Länge = 90% Durchfluss, halbe Länge = halber Durchfluss, etc. Üblicherweise entspricht diese Einstellung der Vorgabe durch den Heizungsplaner. Man kann sich jedoch auch empirisch an die richtige Einstellung herantasten.
Für den Abgleich werden alle Stellantriebe von den Ventilen entfernt, so dass sie komplett offen sind. Die Heizungspumpe muss natürlich laufen. Wenn Heizkreise den erforderlichen Durchfluss nicht erreichen, z.B. weil sie weiter entfernt, in einem höheren Stockwerk liegen, dann wird der Durchlauf der anderen Heizkreise gedrosselt. Eventuell muss auch die Heizungspumpe schneller laufen. Die meisten Wärmepumpen haben einen minimalen, optimalen und maximal Durchfluss. Der optimale Durchfluss ist der energiesparenste für die Wärmepumpe selbst. Die Spreizung zwischen Rück- und Vorlauf in der Wärmepumpe liegt dann meist zwischen 5-9 K.
Fehlen an den Drosseln entsprechende Durchflussanzeigen kann man auch die Umdrehungen der Drossel zählen. Hierbei ist eine zusätzliche Überprüfen der Durchlaufzeiten mit einem Infrarot-Thermometer am Heizungsverteiler sinnvoll. Man erzeugt durch den Start der Wärmepumpe oder der Heizungspumpe einen „Heißwasserfront“ und misst für jeden Heizkreis die Zeit, die es braucht, bis diese Front den Heizkreis durchwandert hat und es zu einer merklichen Temperaturerhöhung am Ende des Heizkreises kommt. Diese Durchlauf-Zeit sollte für alle Heizkreise gleich sein.
Thermischer Abgleich
Der hydraulische Abgleich ist nur der erste Schritt. Abgesehen davon, das nicht alles so gebaut wie geplant wird, gibt es Zimmer, in denen dauerhaft eine höhere oder niedrigere Temperatur gewünscht ist (Bad, Schlafzimmer). Zudem ist der Wärmeverlust jedes Zimmers unterschiedlich und von vielen Einflussfaktoren abhängig - insbesondere der Lage im Gebäude und im Gelände. Dies kann nur sehr begrenzt während der Heizungsplanung berücksichtigt werden.
Für den Abgleich sollten in jedem Zimmer Thermometer installiert und über längere Zeit (am besten elektronisch) der Temperaturverlauf aufgezeichnet werden. Ziel ist es, durch eine schrittweise Öffnung oder Schließung einzelner Drosseln in allen Zimmer möglichst gleiche (oder gleich höhere oder niedrigere) Temperaturen zu erreichen. Je nach Ausgangslage dauert das mehrere Wochen. Die Stellantriebe dürfen weiterhin nicht in Betrieb sein.
Wichtig!!! Beim hydraulischem und thermischem Abgleich des Heizungssytems werden die Temperaturunterschiede zwischen den Zimmern vermindert oder auch korrekt eingestellt. Die Einstellung der tatsächlichen Zimmertemperaturen erfolgt über die Heizkurve.
Einstellung der Heizkurve
Parallel zum thermischen Abgleich erfolgt die Einstellung der Heizkurve. Bei Wärmepumpen erfolgt die Heizungsregelung gewöhnlich über die Rücklauftemperatur. Deren Solltemperatur wird von der Steuerung über die Außentemperatur mit Hilfe einer Formel mit zwei einstellbaren Konstanten, der Heizkurve bzw. Heizkennlinie, ermittelt. Das LUXTRONIK2-Modul in FHEM kann bei der exakten Berechnung der Konstanten unterstützten.
Dafür muss bei einer tiefen und bei einer höheren Außentemperatur (z. B. -7°C und +7°C) die korrekte Solltemperatur ermittelt werden, die zu der gewünschten Innentemperatur führt. Ideal sind bewölkte, windarme Tage an denen nur die Außentemperatur auf das Gebäude wirkt. Wenn es zudem nur geringe Temperaturänderungen zwischen Tag und Nacht gibt, zusätzliche Wärmequellen (Kochen, Fönen, Besucher, etc.) im Gebäude vermieden werden und dies auch über mehrere Tage anhält, dann hat man gute Chancen genau die richtige Solltemperatur zu ermitteln, die gerade noch zur Beheizung des Hauses ausreicht.
Auch hier fängt man mit der bereits existierenden Einstellung der Heizkurve an. Es darf keine Nachtabsenkung eingestellt sein. Am besten macht man sich eine Tabelle, in der man die jeweilige Außentemperatur, die sich einstellende Solltemperatur und die Innentemperatur der Räume aufnimmt. Je nach Innentemperatur hat man entweder die optimale Solltemperatur gefunden oder man kann ihre tatsächliche Höhe zumindest etwas besser abschätzen.
Kurzfristig Heben und Senken lässt sich die Solltemperatur durch die Direktabsenkung oder -erhöhung am Gerät oder in FHEM durch den Befehl
set <device> returnTemperatureSetBack Temperatur
Das LUXTRONIK2-Modul berechnet die korrekten Parameter (Konstanten) der Heizkurve über den Befehl
get <device> heatingCurveParameter Aussentemp1 Solltemp1 Aussentemp2 Solltemp2
Die beiden Außentemperaturen müssen möglichst weit auseinander liegen. Der Befehl ermittelt die neuen Heizkurvenparameter heatingCurveEndPoint und heatingCurveOffset und zeigt auch an, welche Solltemperaturen derzeit bei den beiden Außentemperaturen eingestellt werden. Die neuen Heizkurvenparameter setzt man dann am besten auch durch FHEM, da das Modul eine Genauigkeit von 0.1 zuläßt. Direkt an der Steuerung können die Parameter nur in 0.5er Schritten einstellt werden.
Dauerhaftes Entfernen der Einzelraumregler (ERR) bei nicht leistungsgeregelten Wärmepumpen
Ein Betrieb von nicht leistungsgeregelten, taktenden Wärmepumpen zusammen mit ERR ist vom Regelverhalten her sehr problematisch.
Taktende Wärmepumpen können im Gegensatz zu drehzahlgeregelten Wärmepumpen nur ihre volle Heizleistung abgeben und keine Zwischenwerte. Sie erfordern einen hohen Mindestdurchfluss im Wärmetauscher (Verflüssiger), ansonsten wird der Kältemittelkreislauf zu heiß und die Wärmepumpe schaltet mit einem Hochdruckfehler ab. Die Wärmepumpe verfügt deshalb im Heizkreislauf über einen Pufferspeicher und ein druckgeregeltes Überströmventil, welches das Heizwasserverteilsystem umgehen und den Vorlauf direkt mit dem Rücklauf verbinden kann. Dadurch ist der Mindestdurchfluss im Wärmetauscher immer sichergestellt.
Dieser Aufbau ist jedoch alles andere als optimal. Haben im Normalbetrieb der Heizung mehrere ERR ihren Heizkreis abgesperrt (gewünschte Zimmertemperatur erreicht) so unterschreitet der Durchfluss über das Heizungssystem relativ schnell den Mindestwert. In diesem Fall öffnet das Überströmventil. Ein Teil des (warmen) Heizwassers strömt direkt vom Vorlauf zum Rücklauf und vermischt sich dort mit dem (kalten) Rücklauf aus den noch offenen Heizkreisen. Dadurch kommt es aber ungewollt zu einer schnellen Erhöhung der Rücklauftemperatur. Die Wärmepumpe arbeitet in einem thermischen Kurzschluss und erwärmt hauptsächlich ihren Pufferspeicher. Die gemischte Rücklauftemperatur erreicht schnell den Sollwert und die Wärmepumpe schaltet ab, obwohl aus den offenen Heizkreisen noch kaltes Wasser zurückströmt und die entsprechenden Zimmer noch kalt sind. Sobald die Wärmepumpe steht, fällt die Rücklauftemperatur schnell ab, da die offenen Heizkreise und der durchströmte Estrich noch nicht die Solltemperatur erreicht haben sondern nur der Pufferspeicher im Gerät.
Als Folge kommt es zu wiederholtem kurzen Anspringen der Wärmepumpe und darauffolgenden systembedingten Pausen (das EVU erlaubt max. 3 Starts pro Stunde) ohne das einige Räume je ihre gewünschte Temperatur erreichen. Klagt man sein Leid dem Heizungsmonteur, so erhöht der meist einfach den Sollwert der Rücklauftemperatur mit dem Ergebnis, dass sich nichts ändert, die Wärmepumpe durch die vielen Starts schneller verschleißt und die Stromrechnung durch den ineffizienten Betrieb schnell doppelt so hoch ist, wie ursprünglich geplant.
Während der Phase der Grundeinstellung wird die Heizung ohne die Stellantriebe bzw. ohne ERR betrieben und es sind immer die gesamten Heizkreisläufe in Betrieb. Bei einem korrekt abgeglichenen und ausgelegten Heizsytem sind die Heizzyklen der Wärmepumpe sehr lang, meist mehrere Stunden. Die Rücklauftemperatur in der Wärmepumpe steigt nur langsam an und fällt nach Ende des Heizzyklus auch nur langsam wieder ab, da immer der gesamte Estrich im Haus aufgeheizt wird und diese Wärme lange speichert. Dies ist die optimale Betriebsform einer Wärmepumpe.
Bei nicht leistungsgeregelten, taktenden Wärmepumpen ist es deshalb empfehlenswert, die ERR von mindestens 2/3 aller Heizkreise dauerhaft außer Betrieb zu nehmen. Wenn dadurch der Mindestdurchfluss sichergestellt werden kann, kann man das Überströmventil auch komplett schließen. Es ist zumeist etwas undicht und verschlechtert damit die Effektivität des Heizsystems. Normalerweise kann man dadurch nichts beschädigen, da die Wärmepumpe im Fehlerfall einen Hochdruckfehler auslöst und stehen bleibt. Auch der Pufferspeicher ist nun eigentlich überflüssig, da die Heizung nicht mehr im thermischen Kurzschluss betrieben wird.
Geändertes Regelverhalten bei Betrieb ohne ERR
Durch den Wegfall der ERR kann die Regelung nicht mehr gezielt auf die Aufheizung einzelner Zimmer, z.B. durch Sonneneinstrahlung, reagieren.
Eine Fußbodenheizung dämpft diese Temperaturunterschiede jedoch bereits durch ihr physikalisches Wirkprinzip. Die Wärmeabgabe eines Heizkörpers wird durch den Temperaturunterschied zwischen Heizkörper (hier der Fußboden) und Raumluft bestimmt. Aufgrund der geringen Vorlauftemperaturen wird bei einer Fußbodenheizung dieser Temperaturunterschied auch maßgeblich durch die Raumtemperatur beeinflußt. Die Fußbodenheizung in wärmeren Räumen gibt merklich weniger Wärme ab als in kalten Räumen. Das System reguliert sich also teilweise selbst. Dieser Effekt ist um so größer, je niedriger die Vorlauftemperaturen sind.
Prinzipiell können in wenigen einzelnen Räumen aber durchaus die ERR in Betrieb bleiben.
AIT bietet auch die Raumbedieneinheit RBE und den Raumfernsteller RFV an, welche direkt an die Luxtronik-Steuerung angeschlossen werden. Diese messen den Abstand der Zimmertemperatur zur gewünschten Solltemperatur und heben oder senken dann über einen Faktor den Sollwert der Rücklauftemperatur in der Wärmepumpe.
In FHEM kann man dies natürlich auch ohne teure Hardware tun. Zudem können die Zimmertemperaturen mehrerer Räume berücksichtigt werden. Man ermittelt dafür jeweils den Abstand (Delta) der aktuellen zur gewünschten Zimmertemperatur, multipliziert diesen mit einem Faktor (üblicherweise zwischen 1 und 5) und verändert die Rücklaufsolltemperatur um diesen Wert mit Hilfe des Befehls:
set <device> returnTemperatureSetBack Temperaturunterschied
Der Befehl läßt Werte von -5 K bis +5 K zu. Die Berechnung des Stellwertes muss nicht linear über einen Faktor erfolgen, auch eine quadratische Formel ist möglich. Der Stellwert von -5 K kann dann z.B. bereits bei einer Abweichung von +1 K erreicht werden.
$setBack = -int( 10 * ( ($deltaTemp*1.45+1)**2 - 1 ) + 0.5 ) / 10;
| Temperaturabweichung | +0.1 | +0.2 | +0.3 | +0.4 | +0.5 | +0.6 | +0.7 | +0.8 | +0.9 | +1.0 |
| Stellwert | -0.3 | -0.7 | -1.1 | -1.5 | -2.0 | -2.5 | -3.1 | -3.7 | -4.3 | -5.0 |
Wenn eine Fussbodenheizung ohne ERR betrieben wird und Räume unterschiedliche Temperaturen haben sollen, dann sollte zudem die Pumpenoptimierungszeit möglichst klein gewählt werden, da sonst nach Abschalten der Wärmepumpe die wärmeren Räume schneller abkühlen und dabei die kälteren aufheizen.
Optimierung der Luftabtauung
Der Verdampfer einer Luft-Wasser-Wärmepumpe muss bei niedrigen Außentemperaturen regelmäßig abgetaut werden. (näheres hier) Dies erfolgt entweder energiesparend durch die Umgebungsluft oder die Abtau-Energie wird über eine Kreislaufumkehr dem Heizungssystem entnommen und vermindert damit die Energieeffizienz des Systems um ca. 5%.
Wahl des Temperaturbereiches
Die Luftabtauung wird über zwei Kennwerte gesteuert. Der Wert heatSourceDefrostAirThreshold definiert den Wert der Luft-Eingangstemperatur oberhalb der mit Luft abgetaut wird. Der Wert heatSourceDefrostAirEnd definiert die Luft-Ausgangstemperatur bei der der Verdampfer als abgetaut gilt und die Luftabtauung beendet wird. Diese Werte schwanken bei jedem Wärmepumpentyp, sind werksseitig meist aber auf 7°C und 5°C eingestellt. Dies nutzt nicht den tatsächlich verfügbaren Bereich für die Luftabtauung. Sinnvolle Wert sind jedoch stark von der Einbausituation abhängig und müssen empirisch bestimmt werden.
Um sicher zu gehen, dass die Steuerung die korrekten Temperaturen mißt, sollte zuerst kontrolliert werden, dass der Sensor zur Bestimmung der Luft-Eingangstemperatur auch tatsächlich im Luftstrom sitzt und nicht bei der Montage hinter eine Verkleidung oder Isolierung gerutscht ist.
Aufgrund der Ungenauigkeit der Sensoren sollte der Wert heatSourceDefrostAirEnd immer deutlich unter dem Wert heatSourceDefrostAirThreshold und im ausreichenden Abstand zum Gefrierpunkt 0°C liegen. Der Abstand 2 K braucht nur geringfügig verändert zu werden. Der Abtand zum Gefrierpunkt kann dagegen auch knapp über +1°C liegen. Als praktikabel haben sich zum Beispiel die Werte
- heatSourceDefrostAirThreshold = 2.7°C und
- heatSourceDefrostAirEnd = 1.3°C
und, an der Steuerung, eine Erhöhung der Zeitbegrenzung Luft-Abt. max auf 20 min erwiesen.
Wichtig!!! Diese Werte müssen empirisch ermittelt werden. Der Abtauvorgang ist erst beendet, wenn aus dem Entwässerungsschlauch am Verdampfer kein Wasser mehr fließt und die Luft-Ausgangstemperatur steil ansteigt. Liegt der heatSourceDefrostAirThreshold zu niedrig, dann erreicht die Wärmepumpe nicht mehr die Temperatur heatSourceDefrostAirEnd. Die Luftabtauung wird dann nach einem Timeout abgebrochen und eine Abtauung durch Kreislaufumkehr durchgeführt. Der Start der Luftabtauung war für diesen Fall ineffizient und sollte vermieden werden.
Der letzte Abtauvorgang wird im Wert heatSourceDefrostLast festgehalten. Die letzte abgebrochene Luftabtauung im Wert heatSourceDefrostLastTimeout. Beide Werte sollten genutzt werden, um die korrekte Funktion der Luftabtauung bei den eingestellten Werten zu überprüfen.
Heizzyklen im Bereich der Luftabtauung
Die Firmware der Luxtronik 2.0 hat eine unerfreuliche Eigenheit. Nach einer Luftabtauung wird der Heiztakt nicht zu Ende geführt, sondern erst wieder beim Unterschreiten der unteren Hysterese gestartet. Dadurch bleibt die Rücklauftemperatur eventuell dauerhaft unterhalb der Solltemperatur der Heizkurve, anstatt um sie im Hystereseband zu schwanken. Bei leichten Plusgraden im Außenbereich ist dadurch die Raumtemperatur immer etwas zu kühl.
Optimal für die Wärmepumpe wäre es, wenn ein Heizzyklus bei höheren Außentemperaturen der Länge eines Abtauzyklus (45 min) entspricht. Dies kann man durch eine exakte Einstellung der Hysterese returnTemperatureHyst erreichen. Sie sollte so gewählt sein, dass sie am unteren Ende der Luftabtauung (z. B. 5°C) möglichst komplett durchfahren wird, bevor der Heizzyklus durch die Luftabtauung unterbrochen wird.
Bei höheren Außentemperaturen erreicht die Rücklauftemperatur dann aber zu schnell den oberen Grenzwert. Zwischen 10°C und 15°C läuft die Heizung deshalb mindestens 40 min. Wenn unterhalb 10°C aber auf dem Abtautimer heatSourceDefrostTimer ein kleiner Restwert bleibt, dann führt dies beim nächsten Heizzyklus zum vorzeitigen Abbruch. Im zweiten Heizzyklus erreicht die Rücklauftemperatur dadurch nie den oberen Grenzwert. Eventuell sinkt sogar die Raumtemperatur.
Dieser Eigenheit läßt sich mit FHEM ausgleichen. Dafür hebt man im ersten Heizzyklus rechtzeitig vor dem Erreichen des oberen Grenzwertes die Solltemperatur um 0,5 K an (returnTemperatureSetBack) und wartet, bis der Abtautimer heatSourceDefrostTimer abgelaufen ist und die Luftabtauung beginnt. Die Wärmepumpe startet dadurch immer mit einen vollen Abtautimer. Die Anzahl der Starts wird minimiert. Die Temperatur wird auch im Bereich der Luftabtauung komplett durch die Heizkurve bestimmt.
Warmwasserbereitung bei Luft-Wasser-Wärmepumpen
Die Kosten der Warmwasserbereitung durch Luft-Wasser-Wärmepumpen hängen von zwei Faktoren ab:
- den Energiekosten: Bei Zweitarifzählern ist der Strom im Nebentarif (z.B. Mo-Fr von 22:00 - 06:00, Sa ab 13:00 und den ganzen So) billiger als im Haupttarif.
- der Lufttemperatur: Die Heizleistung der Wärmepumpe steigt bei höherer Lufttemperatur trotz konstantem Stromverbrauchs.
Die Außentemperatur erreicht ihr Maximum an einem sonnigen Durchschnittstag gegen 15:00 Uhr. Ihr Minimum hat sie kurz vor Sonnenaufgang.
Das FHEM Modul erlaubt es, durch zeitweises Anheben der Solltemperatur ein Aufheizen des Boilers auszulösen.
set <device> hotWaterTemperaturTarget 50
Es gilt nun, den kostengünstigsten Zeitpunkt für diesen Vorgang zu bestimmen. Die nachfolgenden Ausführungen setzen voraus, dass Aufgrund der Boilerisolierung und der Boilergrösse nur ein- oder zweimal pro Tag aufgeheizt werden muss. Zur Vereinfachung wird die Abhängigkeit der Wärmeverluste von der Boilertemperatur vernachlässigt.
Bei den aktuellen Wärmepumpentarifen ist der Strom des Haupttarifes etwa 17 % teurer als der des Nebentarifes. Es liegt also nahe, den Boiler in der Woche zu Beginn des Nebentarifes gleich für die nächsten 24 h aufzuheizen, weil dann die Außentemperatur höher ist und man dann am billigsten und effizientesten die entsprechende Wärme produziert.
# Sollwert 5 K über Standardwert setzen
define Boilertemperatur_hoch at *22:05:00 {\
if ($we != 1) { fhem ("set WP hotWaterTemperaturTarget 47");; }\
}
# Sollwert auf Standwert zurücksetzen
define Boilertemperatur_normal at *23:00:00 set WP hotWaterTemperaturTarget 42
Detailliertere Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit
Damit die Warmwasserbereitung vor 6 Uhr nicht startet, muss die Warmwassertemperatur um 22 Uhr eigentlich nur ausreichend hoch über der Auslöseschwelle liegen. Bei einer Auslöseschwelle von 40 °C und einem Wärmeverlust (statBoilerGradientCoolDownMin) von 0,25 K/h sind dies z.B. 42 °C. Beträgt die Solltemperatur-Hysterese 2 K, so muss um 22 Uhr die Solltemperatur kurzzeitig auf 44 °C angehoben werden bzw. eigentlich nur 2 K oberhalb der aktueller Warmwassertemperatur.
Die obigen 47 °C machen zudem nur Sinn, wenn tagsüber die Effektivitätsverbesserung durch die höheren Außentemperaturen den höheren Strompreis nicht wieder ausgleicht. Zudem muss berücksichtigt werden, dass sich bei höherer Vorlauftemperatur auch die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe und damit ihre Arbeitszahl ändert. Diese Veränderung beträgt üblicherweise 2 %/K.
Geht man von einer durchschnittlichen Erhöhung der Vorlauftemperatur von 4 K aus, so erhält man dadurch eine Verschlechterung der Arbeitszahl um 8 %. Das heißt, die 17 % Preisunterschied müssen um den Effektivitätsverlust von 8 % korrigiert werden (1,17/1,08=1,08). In unserem Fall reicht also die Temperaturdifferenz aus, die zu einer 8 % höheren Heizleistung führt.
Die ungefähre, theoretische Temperaturabhängigkeit der Heizleistung erhält man am schnellsten aus den Grafiken der Betriebsanleitung der Wärmepumpe. Empirisch und genauer lassen sich die Wert durch Loggen der Werte thermalPower oder besser statThermalPowerBoiler bestimmen. Liest man die Log-Datei in ein Tabellenkalkulationsprogramm (MS Excel, OO Calc), kann man mit diesem auch gleich eine Regressionsgrade berechnen. Auf diesem Wege erhält man für jede Temperaturdifferenz die prozentuale Änderung der Heizleistung. Nehmen wir an, sie beträgt für 8 % 4 K.
Über das Wettermodul von FHEM kann man nun Mo-Fr um 22:00 die aktuelle Außentemperatur ambientTemperature mit der maximalen Außentemperatur des nächsten Tages vergleichen. Rechnen wir noch eine Sicherheit von 2 K hinzu, dann kann man z.B. festlegen, dass ab 5 K Temperaturunterschied und jeden Samstag der Boiler nur noch so weit aufgeheizt wird, dass er bis 06:00 nicht mehr auslöst.
define Boilertemperatur_hoch at *22:05:00 {\
my $delta = ReadingsVal("Wetter","fc2_high_c",0) - ReadingsVal("Heizung","ambientTemperature",0);;\
if ($delta >=5.0 || $wday == 6) {\
my $newTemp = int(ReadingsVal("Heizung","hotWaterTemperature",42)*2+5)/2;;\
if ($newTemp<42.0) {$newTemp = 42;;}\
if ($newTemp>44.0) {$newTemp = 44;;}\
fhem( "set Heizung hotWaterTemperatureTarget $newTemp" );;\
}\
else { fhem( "set Heizung hotWaterTemperatureTarget 47" );; }\
}
Mit Hilfe der Sperrzeitensteuerung der Luxtronik 2.0 kann man die nächste, zweite Aufheizung dann erst wieder um 15:00 erlauben, da dann Aufgrund der hohen Außentemperaturen der Strompreisunterschied mehr als ausgeglichen wird. Natürlich kann das Aufheizen auch hier durch ein gezieltes Anheben der Solltemperatur erreicht werden (z.B. am Wochenende).
define Boilertemperatur_WE_Hoch at *15:00:00 {\
if ($we == 1) {fhem( "set Heizung hotWaterTemperatureTarget 47" );; }\
}
define Boilertemperatur_WE_Normal at *16:00:00 {\
if ( ReadingsVal("Heizung","hotWaterTemperatureTarget", 42 ) != 42.0 ) {fhem ("set Heizung hotWaterTemperatureTarget 42");;}\
}
Nachtabsenkung und Heizstäbe (ZWE)
Ein Absenken der Solltemperatur macht bei Fußbodenheizungen nur sehr begrenzt Sinn, da der Estrich in der Regel mehrere Stunden braucht, um abzukühlen oder um wieder auf Solltemperatur zu kommen. Bei einer Absenkung über Nacht startet die Wiederaufheizung zudem zum kältesten Zeitpunkt des Tages (Sonnenaufgang) und, bei zeitabhängigen Stromtarifen, in der teuren HT-Zeit. In Summe führt dies zumeist zu Mehrausgaben.
Insbesonders in Kälteperioden kann eine Absenkung bei bivalent betriebenen Wärmepumpen auch zum unnötigen Ansprechen der Heizstäbe führen, da der Aufheizvorgang meist unterhalb des Hysteresebandes der Solltemperatur startet und die Wärmepumpe es nicht schaft, die untere Grenztemperatur innerhalb von 60 min zu erreichen. Deshalb sollten in FHEM zu schnelle und starke Änderungen der Solltemperatur bei tiefen Außentemperaturen vermieden werden. Nutzt man die Absenkungsfunktion der Luxtronik-Steuerung, so sollte der Grenzwert "Absenk. bis" nicht zu tief eingestellt werden.
Vermeidet man Absenkungen oder zu starke Sollwertänderungen, dann benötigt man die Heizstäbe nur bei wirklich tiefen Außentemperaturen, wenn der Wärmeverlust des Gebäudes nahe an der verbleibenden Heizleistung der Wärmepumpe liegt (Abtaung und EVU-Sperren berücksichtigen). Diese Temperatur läßt sich empirisch bestimmen und stellt dann auch das Minimum des Steuerungskennwertes "Freig. ZWE" dar. Während der Bestimmung des Wertes sollte es nicht zu einem zusätzlichen Wärmeeintrag ins Gebäude kommen (Sonneneinstrahlung, Kochen, etc.).
Links
- www.energie-experten.org/Wärmepumpe - Gute Erläuterung der technischen Hintergründe einer Wärmepumpe
- FHEM Modul der Steuerung Luxtronik 2.0