Intelligente Heizung: KNX und Wetterkompensation

Andy Ellis untersucht die Variablen, die bei der Konzeption einer Heizungsanlage mit Wetterkompensation für maximalen Komfort und Effizienz eine Rolle spielen.

Es scheint, dass das Wetter weniger berechenbar wird. In den letzten Jahren schwankte beispielsweise die Zahl der Tage mit Minusgraden im Vereinigten Königreich von Jahr zu Jahr enorm. 2020 erreichten monatlich registrierten Tage mit Luftfrost im März mit 7,9 Tagen ihren Höhepunkt. 2021 war der Höchststand mit 18,5 Tagen im Januar (Quelle: Statista). Ein Frosttag ist ein Tag mit einer Mindesttemperatur unter Null.

Auf der Suche nach Effizienz und Komfort müssen wir diese Schwankungen abfedern. Dies können wir durch eine Wetterkompensation erreichen.

Was ist der Unterschied zwischen Wetterkompensation und einfachem Vertrauen auf einen Thermostat?

Normalerweise wird die Heizleistung einer Wärmequelle in den Sommermonaten reduziert und bei kälterer Witterung erhöht. Bei kaltem Wetter gibt es im gesamten Gebäude größere Verluste und folglich wird mehr Energie benötigt, um die Solltemperatur im Inneren aufrechtzuhalten.

Bei der Wetterkompensation geht es uns in erster Linie um den Kundenkomfort, indem die Innentemperatur des Hauses über längere Zeiträume so nah wie möglich am Sollwert gehalten wird. Und als Folge der Kompensation arbeiten die meisten Anlagen effizienter.

Die Raum- (oder Belastungs-) Kompensation mittels PI- (Proportional-Integral) oder PWM- (Pulsweitenmodulation) Verfahren und Thermostaten in jedem Raum ist eine hervorragende Möglichkeit, um gleichmäßige Solltemperaturen aufrechtzuerhalten, ist jedoch in der Regel reaktiv und wird nicht von Außentemperaturen beeinflusst.

Die Wetterkompensation ist hingegen proaktiv. Sie misst die Außentemperatur und passt die Leistung des Heizkessels entsprechend an, bevor das Haus abkühlen kann. Natürlich ist das Thema nicht einfach und es sind verschiedene Variablen zu berücksichtigen, von denen manche in der Realität schwer zu bestimmen sind. Dazu gehören:

• Wärmeverlust der Immobilie - wie gut ist das Gebäude gedämmt?
• Heizkörper - Wird die Wärme schnell (Radiatoren) oder langsam (Bodenheizung) an das Gebäude abgegeben?
• Luftdichtheit und Luftstrom - wie dicht ist das Gebäude und wie gut zirkuliert die Luft? Gebäude mit mechanischer Lüftung und Wärmerückgewinnung (MVHR) weisen eine viel gleichmäßigere Wärmeverteilung auf.
• Temperaturunterschied - im tiefsten Winter, wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt fallen, ist der Temperaturunterschied zwischen innen und außen am größten. Folglich wird mehr Energie zum Heizen des Gebäudes benötigt.
• Nutzungsart - Wird das Gebäude nur gelegentlich genutzt? In diesem Fall wird das Aufheizen von einem niedrigen Niveau auf eine hohe Temperatur weit weniger bevorzugt als das Aufrechterhalten einer konstanten Temperatur.
• Art der Wärmequelle - handelt es sich um einen Gaskessel, Ölkessel oder eine Wärmepumpe? Letztere ist bei unterschiedlichen Lasten und im Fall von Luft/Wasser-Wärmepumpen (ASHPs) bei unterschiedlichen Außenlufttemperaturen effizienter.
• Zeitschaltuhren aktiv - eine Schaltuhr für Warmwasser oder Heizung (einschließlich Modusänderungen) steuert die Aktivierung des Heizkessels; im Fall einer ASHP kann die maximale Effizienz tagsüber erreicht werden, wenn die Außenlufttemperaturen wärmer sind.
• Anpassen der gewünschten Temperaturen und Erzielen einer maximaler Effizienz - dies wäre beispielsweise, wenn die Warmwassertemperatur auf ca. 60 °C eingestellt wird, und die Temperatur der anschließenden Fußbodenheizung auf 45 °C.
• Konzeption der Heizungsanlage - verlustarme Verteiler, Wärmespeicher, Pumpengeschwindigkeiten, Mischventile - all dies beeinflusst den Betrieb der Anlage.

Als grober Anhaltspunkt kann z.B. die Änderung der Thermostatsteuerung von Ein/Aus auf PI zu einer Effizienzsteigerung zwischen 5-15 % führen. Durch eine zusätzliche Wetterkompensation können weitere Steigerungen erreicht werden.

Realisierung der Wetterkompensation mit KNX

Der Einsatz von KNX zur Steuerung der Wetterkompensation erfordert sorgfältige Überlegungen in der Planungsphase. Bei kleineren Installationen ist möglicherweise die Implementierung der Wetterkompensation über die Funktionen des Heizkesselherstellers die einfachste und kostengünstigste Lösung.

Eine KNX/OpenTherm-Schnittstelle ermöglicht Installateuren den Zugriff auf die Außentemperaturmessung über den Heizkessel und die Rückmeldung der Kesselvorlauftemperaturen sowie die umfassende Steuerung des Wärmeabrufs für Heizung und Warmwasser. Mit zunehmender Größe und Komplexität des Heizungs- und Warmwassersystems kommt die Vielseitigkeit von KNX voll zur Geltung. Es kann eine beliebige Anzahl verschiedener Eingabe- und Ausgabegeräte in die Anlage integriert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einer Überwachung zur Problemlösung und längerfristige Wartung und Diagnose.

Die Heizungsplanung erfordert Logikelemente, und viele KNX-Geräte verfügen jetzt über grundlegende Logikfunktionen. In größeren und komplexeren Systemen, in denen die Vorlauftemperaturen direkt geregelt werden können, können jedoch Logikfunktionen mit proportionaler integrierter Ableitung (PID) und somit auch eine separate Logiksteuerung erforderlich sein.

Wie bei allen Projekten muss man die Rentabilität analysieren. Bei der Wetterkompensation ist dies nicht einfach, da man es mit so vielen Unbekannten zu tun hat. Eine einfache Amortisationsrechnung verschafft Ihnen jedoch schnell einen Überblick, ob sich eine Wetterkompensation für Ihre gegebene Situation lohnt.

Fazit

In einer gut durchdachten Anlage sorgt die Wetterkompensation dafür, dass das Gebäude den ganzen Winter über auf einer angenehmen Temperatur bleibt und der Betrieb effizienter ist. Aufgrund der vielen Variablen wird jedoch jede Installation individuell geplant. Die Herausforderung besteht darin, die Effizienzvorteile gegenüber einer „nicht kompensierten" Anlage zu quantifizieren.

Einer der zusätzlichen Vorteile bei der Verwendung von KNX besteht darin, dass Sie über den KNX-Bus Zugriff auf alle Informationen haben. Durch den Einsatz von Überwachungs- und Grafiksoftware lassen sich längerfristige Trends und Probleme identifizieren. Letztendlich sollten Sie eine Realisierung der Wetterkompensation genau überdenken und noch vorsichtiger sein, was Sie tatsächlich erreichen können.

Andy Ellis ist der Gründer und Geschäftsführer von Household Automation Ltd. und deren Schwesterfirma Knxion Ltd., die Beratung, Design, Installation und Nachbetreuung von Kunden im Bereich der Gebäudeautomatisierung für Wohn- und Gewerbeimmobilien anbietet.

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