Anlage Kienzle

Anlage Kienzle

Die Anlage befindet sich momentan im Aufbau.

Vorher

• 3-Parteien Haus BJ 1938
• Anbau 2020 -> knapp 300qm gesamt
• Dämmung ab dem Erdgeschossboden
• Kellerdecke sehr niedrig und daher ungedämmt
• fenster 90er aber alles dicht
• Überall Radiatoren, Altbau 2-Platten, Anbau 3 Platten, Rippen in den Bädern
• insgesamt äußerst moderate Gasrechnung im vergleich
• Heizung über Vitogas 22kw Bj 2003 Niedrigtemperaturkessel, kein Puffer, kein Mischer, dezentrales WW mittels DLE
• 40l Ausdehnungsgefäß
• im Anbau Gas-Kamin Ofen Oranier 2-8kW
• PV-Anlage 8.8kWp mit 7Kwh BYD-Akku
• Vorhandener Separater Anschluss für "Allgemeinstrom": Treppenhaus, Kellerlicht, Heizungssteuerung

(Gesamte) Hydraulik vorher:

Planung

Motivation

Um ehrlich zu sein vorherrschend Spieltrieb. Die Ereignisse mit dem Ukrainekrieg und Gaspreisen trat erst während des begonnenen Aufbaus ein, nun besteht auch ein klarer ökonomischer Sinn des Umbaus.

Bestimmung der Heizlast

Um die Anlage korrekt zu dimensionieren habe ich den Energieverbrauch der Heizung erfasst. Hierzu habe ich einen Shelly über den anschluss "switch" an die Steuerleitung des Brenners angeschlossen. Bei bekannter Leistung der Geräts von 22kw habe ich angenäherte 0.1775kWh Energieverbrauch pro 30sec. Brennerbetrieb festgelegt und den Energieverbrauch aufsummiert. Am Shelly kann man mittels Temperature-Addon ebenfalls Vorlauf/Rücklauf/Heizkessel erfassen und das Relais gleich in die selbe Steuerleitung einschleifen um eine Brennersperre zu etablieren. Aufgezeichnet habe ich dies nach umwandlung in meinem Node-Red in der ohnehin laufenden Solaranzeige, so lässt sich in Grafana alles ansehen.

Beispieltage

Beispieltag (sehr Frischer Dezembertag, kaum Sonne, ca. 150kWh Gasverbrauch):

Beispieltag (sehr sonniger Tag im Februar 2022):

Beispieltag (Milder Tag im April 2022):

Ergebnis über die Heizperiode:

Später habe ich noch den PV-Überschuss ergänzt und diesen in der rechten Y-Achse (zur linken mit etwa Faktor 3) eingetragen, so kann man die erzeugbare Wärmemenge anhand des PV-Überschusses abschätzen.

Key-Facts

• kaum mal mehr als 150Kwh/24h in einem milden Winter
• gute Effizienz Mono-Valent vermutlich nicht erreichbar
• WP-Nutzung ideal in den Übergangszeiten
• Intelligente PV-Strom-Nutzung sinnvoll
• WP-Strom ebenfalls sinnvoll über zusätzlichen Zähler
• 5kW-WP eher zu knapp
• WP genau dann vermutlich außer betrieb wenn es besonders kalt ist -> Frostgefahr

Entscheidung

• Entscheidung ca. zum Jahreswechsel 2021/2022 mit nun einschätzbarer Heizlast bezogen zur Außentemperatur
• für Panasonic WH-MDC09J3E5 9kW Monobloc
• Hydraulische Entkopplung des WP-Kreises über Pufferspeicher da aufgrund Vermietung nicht sicherzustellen dass immer ausreichend Ventile offen sind
• nachträgliche Ergänzung um Holzvergaser und größere Pufferkapazität im frühjahr als sich herausgestellt dass Holzvergaser am selben Kaminzug des Gas-Ofens doch möglich ist
• BAFA-Beantragung WP
• Separate BAFA-Beantragung Holzvergaser

Nachher

Hydraulikplan

Hydraulikplan vor Anschlussbeginn, evtl. gibt es noch Änderungen

Wärmepumpe 9kw Monobloc

• Panasonic WH-MDC09J3E5 9kW Monobloc
• geplante Umschaltung des Quellstroms zwischen WP-Strom und PV-Strom

Elektronik im Auslieferungszustand:

Geplanter Aufstellort:

Fernwärmeleitung

• zunächst sollte die Wärmepumpe direkt vor dem Heizungskeller in der Einfahrt aufgestellt werden
• da sonst Durchfahrt etwas schmal Entscheidung für anderen Aufstellort
• Anschluss per Fernwärmeleitung aussen herum um den Aufwand zu minimieren (Kellerräume zum teil vermietet)

Hydraulikmaterial

• DN25 Wärmeleitung
• geringerer Durchmesser wäre von den Verlusten günstiger, habe ich jedoch nicht gewagt
• Anschluss der Puffer soll über Edelstahlwellrohr erfolgen, zum testen erstmal zwei bestellt für probeaufbau
• Entlüftung, befüllung und befestigung über je eine Verteilerschine für vorlauf und rücklauf
• Magnetabscheider auf der zweiten Bestellung

Bestelliste:

Rest (mit Bigfoots):

• + zahlreiche zusätzliche Kleinteile und vor allem viele ausziehbare Edelstahl-Wellrohre (von solardirekt24.de)

Hydraulischer Anschluss

Wärmeleitung

Kernbohrung

Eingraben

Nach Rüttlereinsatz:

Verkleidung

• Verkleidung mit einfachen Holzlatten, insbesondere um die empfindlichen Lamellen links (vor den Kindern) zu schützen, rechts soll noch ein Blumentopf hin.

Kürzen

• geht gut mit Bosch Advanced-Cut, dann z.b. mit meissel schaum fertig durchtrennen und blockweise isolation über das rohr abziehen

Spülen und Anschluss

• die quetschanschlüsse sind super
• adapter gehanft

Provisorischer Anschluss Keller

• funktiostest, aufheizung eines 300l pufferspeichers (später dann drei siehe hydraulikplan)

Endgültige Positionierung der Aggregate im Keller

• gute Zugänglichkeit des Holzvergasers
• fortbestehender freier Platz zur Wäschetrocknung im Winter
• Pufferanschluss weit überwiegend mit flexiblen Leitungen da alle Puffer alt und gebraucht für nötigenfalls erleichterten Tausch
• Rundhölzer und dicke dachlatte zum anheben Erleichtern die bewegung des 500kg-Boliden

• möglichst platzsparende Verräumung des alten Gaskessels

• Endposition:

Verrohrung

• teilweise Verrohrung erfolgt:

Membrangefäße

• nun zwei 140l+50l, wegen positionierung der kleine über Flexschlauch angeschlossen
• sichtbar auch der Abgasventilator und die thermische Ablaufsicherung (noch ohne rohr)

Vorlaufregelung

Ladepumpe Holzvergaser und Abgasrohre

• Nutzung der alten Zugbegrenzerklappe - da der Gaskessel ohnehin am Auslass nach unten offen zum Heizungsraum ist dieser ohnehin obsolet (vermutlich Stammend von einer Vorgängerheizung)
• vollständig schräge abgasführung aus dem holzvergaserkessel

Thermische Ablaufsicherung

• von der Kesselforderseite besteht ein spontaner Ablauf in den Bodenabfluss
• so wird eine bestehende Notkühlung oder defektes Ventil unmittelbar bemerkt

Füllung

• Wärmepumpenkreislauf Befüllung mit Glykol-Solarflüssigkeit
• Hierzu 20l bis -58°C, rest Leitungswasser

• Heizungskreislauf und Puffer mit Leitungswasser

Dämmung

• Außen mit 28/20 Isolationsschläuchen, hierauf Armaflex und dann mit Alu umschlossen.

• Im Keller Dämmung der meisten Rohre ebenfalls mit Klebeschläuchen

Elektrischer Anschluss

• herkömmlicher Anschluss der beiden Heizkessel und der Vorlaufregelung im Heizungsraum

Fühler / Temperatursensoren

• Fühler als Anelegefühler mit Edelstahl-Schnapp-band
• Vorlauffühler für die Vorlaufregelung
• separater Fühler je Vorlauf und Rücklauf (der von der Verbauchserfassung) zur Smarthomesteuerung

• Nach Dämmung:

• Rohrkontakt über TA Rollfeder zur Fühlermontage (haustechnik-binder.de)

Solo-Schalter

• Extraleitung für Solo-Schalter zur Sperrung des Gasbrenners im Holzbetrieb

Wärmepumpe

• WP zunächst provisorisch über kraftsteckdose

Strom-/Datenanschluss provisorisch

• provisorischer anschluss der Stromversorgung
• Bedienfeld zunächst durch fenster nach innen
• heishamon-pcb hat im aussengerät ausreichenden stabilen WLAN-Empfang trotz blech
• spezialmenü: pfeil links, pfeil unten, drei-striche oben rechts gleichzeitig "affengriff" 5 sekunden

Probelauf

• 300l pufferwasser sehr schnell heiss, später reduzierte leistung evtl. wegen des "kurzen" wärmetauschers im vergleich zum endstand bei nur einem speicher oder wegen der hohen vorlauftemperatur
• wohlgemerkt juli
• kühlen geht auch, kondensation ohne tropfenbildung bei 12 grad merklich an den unisolierten rohren
• alle ausgaben anhand der meldungen der panasonic selbst

Leistungsregelung / Leistungs-Stufen / Stromverbrauch

• aufzeichnung des stromverbrauchs bei leistungsbegrenzung durch software über die flüster-modus funktion
• messung im juli bei >20°C aussentemperatur

• 10:40 an -> stromverbrauch 1600w
• 10:50 flüstermodus/quiet mode stufe 1, weiterhin 1600w stromverbrauch
• 10:55 stufe 2 -> 1400w
• 11:00 stufe 3 -> begrenzung auf 1000w -> knapp 5000w wärme wird abgegeben, wärme pumpe sehr leise
• 11:10 wieder normaler modus -> 1600w
• 11:20 "power-modus" stromververbrach steigt auf 1800w und über 2000w, gerät nun sehr laut
• 11:25 gerät moduliert nun a.e. da keine ausreichende wärmeabgabe (kann man nochmal bei kälte genauer testen)

Ähnlicher test, nun über "optional-pcb-emulation"

• entspricht der 0-10V-Regelung der Zusatzplatine nur per MQTT
• vgl. https://github.com/Egyras/HeishaMon/blob/master/OptionalPCB.md
• im flüstermodus bei RL60°C nun nicht auf modulation unter 2000W stromverbrauch möglich, bei normaler leistung maximale 2600W
• mit flüster3 + 25% = HEX 52 kann der stromverbrauch auf 1400 gedrückt werden, jedoch nur noch halb so viel wärme-output, ob der flüstermode bei begrenzung überhaupt einen effekt hat könnte man noch testen
• wie bekannt sind zu niedrige werte wirkungslos = regelung aus, unter 25% daher nicht sinnvoll

Fazit:

• leistungsregelung per "flüster3" bietet sich an um in der übergangszeit einen akzent auf den tag zu legen da da möglicherweise sonnenschein und höhere aussentemperaturen
• zunächst verzicht auf PCB-emulation um die steuerung nicht aufzublähen, emulation im heishamon also auch wieder deaktiviert

Vorlauf-Regelung

• nach einiger Überlegung erfolgt die Vorlauftemperaturregelung über ein separates Gerät, so werden Abhängigkeiten minimiert
• bewusster Verzicht auf Mischersteuerung über die Panasonic
• bewusster Verzicht auf Mischersteuerung über den Viessmann-Bestandskessel
• Eine einfache günstige Mischersteuerung wie Euroster12m (110 Euro über www.solar-more.de) kann das benötigte

Holzvergaser

Die Entscheidung fiel auf den kleinsten Vitoligno von Viessmann (17kw), dieser ist an einem 13cm-Kaminzug betreibbar. Über Solo-Schalter wird der Gasbrenner im Betrieb automatisch gesperrt.

Puffer

• Entkopplung des Glycol-Gefüllten WP-Kreises vom Heizungswasser
• 3x Trinkwasserspeicher gebraucht (400+300+300l)
• in Trinkwasserspeichern ist bereits ein Wärmetauscher enthalten
• 1000l= minmale Puffergöße für BAFA bei 17kW Holzvergaser
• hierzu erweiterung des Ausdehnungsvolumens erfordelich, 160l zusätzlich (gebraucht)
• größeres Puffervolumen wäre seitens des Holzvergasers sinnvoll
• größere Tanks sind nicht in den Keller einzubringen aufgrund der Tüßmaße
• ggf. später Ergänzung um weitere Tanks
• Deaktivierung der Wärmepumpe im Falle von Holzverfeuerung mit Speicherladung bis 85°C
• Einbindung des Gas-Kessels nur im kleinstmöglichen Pufferanteil zur minimierung des vorgehaltenen mit Gas erwärmten Wassers

Beispielpuffer:

Beispiel-Typenschild:

Zusätzliches Ausdehnungsgefäß:

Brauchwasser per Brauchwasser-Wärmepumpe

• Brauchwasserbereitung erfolgt für unsere zwei Mietparteien weiterhin über elektrische Durchlauferhitzer
• für unsere Wohnung wird warmwaseer schon vorher über eine Brauchwasserwärmepumpe Siemens/Alpha-Innotec BW31 bereitet (*sehr* günstig über kleinanzeigen erstanden) mit hauptsächlich PV-Strom
• Kompressor/Ventilator/Heizstab werden über jeweils einen Shelly1 bei bedarf (z.B. PV-Strom da) durchgängig geschaltet, die sonstige Regelung übernimmt die serienmäßige Elektronik
• Temperatur-Messung ebenfalls über einen der shelly1 mittels temperatur-addon

PV-Nutzung & Heizstrom

• an trüben Tagen gibt es keinen PV-Überschuss ausserhalb des Haushalts
• Zusätzlicher Zähler mit Heizstrom beim Grundversorger sinnvoll
• Umschaltmöglichkeit auf PV-Strom im Falle von ausreichenden Überschüssen
• Pufferspeicherladung über Wärmepumpe möglich bei hohem Angebot an PV-Strom

Zusatzprojekt Klimatisierung - wird es laufen ?!??

• Aufgrund erfolgreicher Fallberichte von alten Klima-Innenteilen die an einen Wasserkreislauf angeschlossen werden totale Lust das auch auszuprobieren

Ort

• ein geeigneter Platz für ein Klima-Innenteil ist zufällig direkt über dem Heizungsraum und der Stelle der Wärmepumpen-Kernbohrung

(verkleidung abgenommen)

• Durchbruch in den Keller für VL, RL und Kondensatablauf

Innenteil

• ein Kostenloses Inntenteil das über Kleinanzeigen verschenkt wurde entpuppt sich als sehr solide Aufgebautes Gerät aus Italienischer Produktion (Modell "Capri") aus den frühern 1990ern
• massiver Kupferkühler mit Alu-Lamellen
• sehr leiser Lüfter

Kältemittelanschluss = Wasseranschluss

• komische Schraubgewinde Aeroquip 6mm und 10mm aus der Klimatechnik
• kupferrohr jedoch bei beiden mit identischem Durchmesser (10mm)
• Umbau auf 1/2 Zoll Heizung o.ä. erforderlich
• an beiden rohren möglichst keine weitere durchmesserverengung um den mindestfuss der WP zu ermöglichen

• Vorbereitete Anschlüsse 1/2 Zoll an der Sammelschiene der WP:

• im Kühlberieb wird einfach der Fluss in die Pufferspeicher gesperrt

Lüftersteuerung

• Fernbedienung und Bedienteil fehlen
• Steuerung läuft in einen Fehler, Abschaltung des Lüfters nach einiger Zeit und Dauerklacken von den Relais für den fehlenden Kompressor
• ohne funktionierende Lüftersteuerung lohnt sich kein hydraulischer Anschluss, daher zunächst diese

• Schaltplan/Kabelplan im Gehäuse:

• zunächst anzapfen der Steuerleitungen nach durchtrennung diverser Leiterbahnen um die Steuerung nach außen zu legen

• leider liefert die interne Gleichrichtereinheit auf der Platine (nach 24vac-Transformator) nicht genügend leistung um den Shelly 2,5 stabil zu betreiben, dieser stürzt bei prozessorlast (web-interface öffnen) wegen Spannungseinbruch ab

• die Lüfteransteuerung gelingt jedenfalls nun in drei Geschwindigkeitssufen (30, 35, 40W Stromverbrauch), in der niedrigsten Stufe extrem leise
• mit einem Shelly 1 reicht die Stromversorgung, so jedoch keine Geschwindigkeitssteuerung (zumindest mit nur einem Shelly)
• nachmessen zeigt, dass die alte Platine raus kann, sie schaltet einfach an verschiedenen Ausgängen 220v welche dann gleichzeitig Steuerleitungen sind
• -> ein Shelly2.5 direkt an 220v kann alles hinreichend Steuern inkl. der drei Geschwindigkeitstufen (keins, 1, 2, 1+2)
• Leerlaufstrtomverbrauch <1W

Steuerung über Shelly und Homekit:

Node-Red:

• die Aquarea lässt sich (sofern es laufen wird) einfach mit dem kommando gekoppelt einschalten

Stufen 33/66/100% beim Typ Fan:

 {   "RotationSpeed": {         "minValue": 0,         "maxValue": 3    } }

kompletter flow:

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Steuerung

• So autonom wie möglich
• unbedingt Unabhängigkeit einer zuverlässigen Heizung von Serververfügbarkeit
• umfassende Steuermöglichkeit über MQTT zur Verbrauchsoptimierung

Heishamon

• Heishamon-PCB von The Hog
• Prognoseausgabe zur Entscheidung ob Verfeuerung von Biomasse sinnvoll

Gerät:

MQTT

• heishamon ist eine wucht!! anstecken und läuft, wenn das mal öfter so wäre!

Tagesmengen-Erfassung

• einmal pro minute weren die daten addiert um eine tagessumme des stromverbrauchs und der wärmemenge und tages-COP zu bilden

hier beispiel wärme:

tag = Number(flow.get("panawaermetag"))
neu = Number(flow.get("panawaerme"))
msg.payload = tag + (neu/60/1000);
return msg;

Heizlastprognose

• wesentlicher code zur heizlastbestimmung:

max= flow.get("prog-max")
min= flow.get("prog-min")
night= flow.get("prog-night")
eve= flow.get("prog-eve")
morn= flow.get("prog-morn")
day= flow.get("prog-day")


//heizlast: 8,8kw/17(heizschwelle)-(-9)(standardtemperatur)=26
// =0,33846 * 17-mittelwert -> stuendliche heizlast *24h -> kwh fuer den Tag

heizleistung=8.8
heizschwelle=15
standardtemperatur=-9
stundenlast=(heizleistung/(heizschwelle-standardtemperatur))

mittelwert=(max+min+night+eve+morn+day)/6

heizlast=(stundenlast*(heizschwelle-mittelwert))*24


msg.payload = heizlast;
return msg;

• wesentlicher code zur benachrichtigung:

gas = flow.get("gaskwh")
solertr = flow.get("solarheute")
progheute = flow.get("progheute")
privatgas = flow.get("privatgas")
ueberschuss = flow.get("ueberschuss_heute")
heizlastprognose = flow.get("heizlastprognose")
heizlastist = flow.get("heizlastist")
progheute = flow.get("progheute")
progmax = flow.get("prog-max")
progmorgen= flow.get("progmorgen")
puffer0 =  flow.get("puffer0")
puffer1 =  flow.get("puffer1")
puffer2 =  flow.get("puffer2")
pufferdurchschnitt =  Number(flow.get("pufferdurchschnitt"))
garagentemp =  flow.get("garagentemp")
restplatz = flow.get("restplatz")
kilo = restplatz/4


//admin
msg.url = "https://XXXX/telebot.php?direkttextadmin="
//H16
//msg.url = "https://XXXX/telebot.php?direkttextgruppe=""
+msg.payload
+"%0ARestplatz: "+restplatz
+"kWh = ca. "+kilo

+" kg%0A%0APuffer-Avg:     "+pufferdurchschnitt
+".0 Grad %0APuffer-0:         "+puffer0
+" Grad %0APuffer-1:         "+puffer1
+" Grad %0APuffer-2:         "+puffer2

+" Grad %0A%0AAussentemp:     "+garagentemp
+" Grad %0AMax-Temp:       "+progmax
+" Grad %0AHeizl-Prog:        "+heizlastprognose
+" kWh %0AHeizl-Ist:            "+heizlastist

+" kWh %0A%0AGas-Gesamt:     "+gas
+" kWh %0AGas-Privat:          "+privatgas

+" kWh %0A%0ASolar-Prog:     "+progheute
+" kWh %0ASolar-Ertr:      "+solertr
+" kWh %0AEinspeisung:     "+ueberschuss


+" kWh";


return msg;

Umschaltung Stromkreis

• Stromkreisumschalter: Eltako R12-220-230V Schaltrelais Nennspannung: 230V Schaltstrom (max.): 16A 2 Oeffner, 2 Schließer
• auf diese weise können zwei Leitungen gemeinsam umgeschaltet werden, also einmal Phase und einmal neutral
• Ansteuerung über Shelly2pro, der hat 2 isolierte Relais und neben WLAN auch einen LAN-Port
• falls in der wärmepumpe kein ausreichender WLAN-Empfang kann ein LAN-Kabel eingezogen werden
• über das zweite Relais könnte evtl. die wärmepumpe extern ohne benutzung des Heishamon-PCB gesperrt werden

Überlistung der Gas-Heizung

• per eingeschleifetem Wiederstand in den Außenfühler wird der Steuerung des Gaskessels ein viel zu hoher Temperaturwert vorgegaukelt
• ist es zu warm schaltet ebenfalls die "Heizkreispumpe" (in diesem Fall faktisch Ladepumpe) ab
• am einfachsten mit geeignetem einstellbarem Wiederstand
• um ihr wieder den Richtigen Wert der Außentemperatur mitzuteilen erfolgt schließt ein Relais am widerstand vorbei

Freiluft-Verkabelung Testaufbau:

Kombinierter Aussensensor Viessmann und Euroster 12M (Vorlaufregelung), genug Platz im Gehäuse für beide Fühler

Funktioniert:

Handbuchseite:

Kosten

Vorläufig da noch nicht fertig!

Bafa-Anträge

• 2 Bafa-Anträge einmal Holzbergaser einmal Wärmepumpe
• Wärmepumpe über 6000 -> ca 2000 Förderung (höherer Eigenanteil Arbeit)
• Holzvergaer über 8500 -> ca 3000 Förderung (weniger Eigenanteil bei Anschluss)

Pufferspeicher

• 3x ebay kleinanzeigen je 25-120 euro

Kernbohrung

• 2x20cm ca 240 inkl. mwst

Holzvergaser

• kessel selbst mit zubehör und lieferung in den keller (sechs mitarbeiter): ca 6000 euro
• 2500 verbleibend für aufbau und anschluss (noch nicht erfolgt)
• -> antrag eventuell zu klein gestellt

Wärmepumpe

• gerät selbst vor ukraine-krieg ca 4000 euro
• wärmeleitung 800 euro (vorher nicht geplant, aber dann ortswechsel der aufstellung)
• installationsmaterial und bigfoots, pcb, flexleitungen, shelly ca. auch mind 800 euro
• split ca 50 euro
• bereits ohne elektroanschluss und installateur fast 6000 euro antragsvolumen erreicht
• -> bafa antrag zu klein gestellt, daher entgeht mir leider förderung