Anlage skyme

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Ausgangssituation

Das Haus

Skyme querschnitt haus.jpg
Skyme grundriss haus.png
Ölverbrauch des Winters 13/14 in Litern pro Tag
Tagesmittelwerte der Außentemperatur, leider mit Datenlücken


Es handelt sich um ein EFH Baujahr 1978 mit einer beheizten Fläche von ca. 200qm. Es steht in der Nähe von Hamburg (Normaussentemperatur -12°C) und besitzt 4 Stockwerke:

  • Keller (Radiatoren, aber nur 2 Zimmer beheizt)
  • Erdgeschoss (Wohnzimmer, Bad, Gäste-WC, Küche, Flur, Schlafzimmer mit FBH, 2 Kinderzimmer mit Radiatoren)
  • Obergeschoss (Wohnzimmer, Küche, Bad, Esszimmer, Gästezimmer, Schlafzimmer mit Radiatoren)
  • Dachboden (3 Radiatoren, aber nur Frostschutz. Soll eventuell in ferner Zukunft ausgebaut werden.)

Die Außenwände bestehen im Keller aus Porenbeton, oberhalb der Geländekante aus Holz-Spansteinen. Davor ist ca. 4cm Mineralwolle und dann eine Vorsatzfassade aus Kunststoff in Steinoptik. Ein Wunder, dass dieser Kunststoff schon 35 Jahre der UV-Strahlung strotzt. In den letzten Jahren gab es einige Verbesserungen:

  • bis 2012: Ölverbrauch ca. 3000 - 3500 Liter pro Jahr (immer inkl. Warmwasser)
  • 2012: Dachsanierung. 18cm Zwischensparren Dämmung und 52mm Holzfaser Platten Aufsparrendämmung.
  • 2012: Einbau eines Edelstahlschornsteins und eines "günstigen" Kaminofens, luftgeführt
  • Ölverbrauch danach: ca. 2000 Liter
  • 2014: Austausch fast aller Glasscheiben mit Ug ca. 3,0 gegen Ug=1,0, warme Kante.

Nach all diesen Maßnahmen ergibt sich eine rechnerische Heizleistung von 6,3kW für das gesamte Haus, ohne Warmwasserzuschlag. Genauer kann man das in der Heizlastberechnung nachlesen.

Die Heizung

Momentan ist ein Viessmann 18kW Niedertemperatur Ölkessel mit integriertem 160l Edelstahl Brauchwasserspeicher installiert. Die Regelung erfolgt witterungsgeführt und besitzt zwei Heizkreise: Zum einen die Fußbodenheizung über einen Mischer, zum anderen alle Radiatoren als Zweirohrsystem. Es gibt keine Systemtrennung zwischen den beiden Heizkreisen, obwohl die FBH wohl nicht diffusionsdicht ist. Das ist aber nun seit 35 Jahren so, ohne Probleme.

Die verbauten Umwälzpumpen (zwei mal Grundfoss Selectronic 15-40) laufen im Winter im Dauerbetrieb und verbrauchen zusammen pro Tag etwas 2kWh.

Die Heizflächen

Die FBH ist nach modernen Maßstäben äußerst weit (also ungünstig) verlegt, pro Raum gibt es nur ein paar Schlaufen. Merkwürdigerweise bin ich in den vergangenen Winter selbst an den kältesten tagen mit einem Maximum von 31°C Vorlauftemperatur ausgekommen.

Die Radiatoren wurden bisher mit hohen VLT gefahren. Im Moment habe ich die Radiatoren hinter den Mischer geklemmt und die Heizkurve etwas hochgedreht, um zu sehen wie weit ich mit den Radiatoren komme: Bei 0°C AT brauche ich etwa 33°C Vorlauftemperatur, um im Wohnzimmer im OG noch 22°C RT zu erreichen. Da die Heizkörper recht klein sind (häufig nur Typ 20), lässt sich da noch einiges rausholen.

Die Planung

Das Konzept

Skyme Hydraulik.png

In Kürze sieht das etwa so aus:

  • FBH und Radiatoren werden parallel betrieben, mit der gleichen Vorlauftemperatur und nur von der internen UWP der WP gequirlt
  • Die WP macht tagsüber (bei guter Temperatur und Strom durch PV) genau einmal den 500L Puffer warm
  • Aus diesem Puffer bedient sich eine Frischwasserstation
  • Im Winter macht der abends angeschürte wasserführende Kaminofen den Puffer komplett warm und unterstützt an den extrem kalten Tagen die Heizung.
  • Eine eigens programmierte Regelung (UVR1611 oder UVR16x2) übernimmt folgende Funktionen:
    • Rücklaufanhebung des Ofens über Mischer
    • Volumenstromregelung zwischen FBH und Radiatoren über Mischer
    • Umleitung des Heizkreis-Rücklaufes durch den Solar-WT des Puffers mittels steuerbarem Mischer, wenn überschüssige Wärme durch den Ofen vorhanden ist.
    • Wenn Warmwasser tagsüber gemacht wird, testweise teilweise Kurzschluss der Hydraulik und Weg über Puffer erst ab Mindesttemperatur 40°C, damit beim Duschen und gleichzeitiger WW-Bereitung nicht auf einmal das Wasser kalt wird. Erstmal gestrichen.
    • Wärmemengenzählung von FBH und Radiatoren getrennt als Senken, sowie Wärmepumpe und Ofen als Quelle


Skyme Hydraulik.png

Umbau

Erstmal nur in Kürze die geplanten Umbaumaßnahmen:

  • Ca. Ende April 2015 wird begonnen, die Heizungsanlage komplett zu demontieren. Die Wand zum Ölkeller wird eingerissen und die Öltanks entfernt. erledigt
  • Übergangsweise wird ein E-Boiler angeschlossen, um während der Baumaßnahmen die Wasserversorgung sicherzustellen (WAF!) Doch weggelassen
  • Die FBH wird komplett gespült erledigt
  • Ca. 9 Radiatoren werden durch größere Modelle ausgetauscht (siehe Datei Heizkörperauslegung) erledigt
  • Der 5 kW Monoblock wird vor dem Heizraum auf ein Fundament gestellt erledigt
  • Ein 500L Pufferspeicher mit Solar-WT wird in den Heizkeller eingebracht, ebenso die Frischwasserstation erledigt
  • Die ganze Hydraulik wird gemacht erledigt
  • Nun die Elektrik erledigt
  • Der wasserführende Ofen wird geliefert und angeschlossen erledigt
  • Die Anlage wird mit aufbereitetem Wasser befüllt, in Betrieb genommen und funktioniert sofort perfekt ;)
  • Ich habe einige Jahre Zeit, nach Herzenslust zu optimieren.

Aktueller Stand des Umbaus

  • Was soll ich sagen. Im Großen und Ganzen ist alles fertig:
    • Der wasserführende Ofen ist angeschlossen und läuft. Ich bin noch dabei, die Regelung zu optimieren.
    • Alle vorgesehenen Heizkörper sind getauscht und halbwegs abgeglichen. Feintuning kommt, wenn es kälter wird.
    • Der Mischer zwischen FBH- und Heizungs-Rücklauf regelt im Moment den Durchfluss auf konstant 250l/h für die FBH.
    • Das Logging mit dem Equipment von der technischen Alternative hilft immens, die Anlage zu verstehen und optimal einzustellen. Siehe unten...
    • Alles weitere im Kapitel Erkenntnisse....

Fotos vom Umbau

Ergebnisse, Erkenntnisse, Erfahrungen

In diesem Kapitel möchte ich alles sammeln, was ich während des Umbaus oder im Betrieb der Anlage gelernt habe.

Hydraulik

Ofen

Hier habe ich einige Fehler gemacht. Zuerst einmal hätte ich mir das Solarregister sparen können. Dies war ja dafür gedacht, bei vollem Puffer den Rücklauf der Heizungen anheben zu können. Das passiert aber in der Praxis ganz gut ohne diesen Wärmetauscher. Denn wenn man heißes Wasser oben in den Puffer reindrückt, kommt unten "warmes" raus, mischt sich mit dem Rücklauf der Heizungen und geht dann zur Pana. Da der Volumenstrom der Pana um ein Vielfaches höher ist als das, was da unten aus dem Puffer kommt, besteht auch keinerlei Gefahr für die Pana durch zu heißen Rücklauf. Das wäre erst ein Problem, wenn ich den Puffer von oben bis unten mit meinen 70 Grad durchgeladen hätte und weiterhin mit 5kW in den Puffer drücke - dann "kommen unten auch 5kW raus", was dann bei mildem Wetter... kurz gesagt: Kommt nicht vor. Es ist eher andersrum: Will ich den Puffer halbvoll bekommen, ist danach mein Wohnzimmer durch die 3kW Luftleistung des Ofens schon ein Brutkasten. Das wird aber erfahrungsgemäß etwas besser, wenn es erst mal richtig kalt ist. Das langsame Befüllen des Puffers ist aber auch eine ungewollte Nebenwirkung des gemeinsamen Rücklaufs. Die Rücklaufanhebung bekommt vom gemeinsamen Rücklauf immer "kühles" Wasser, so dass der Mischer nicht weit aufgeht. Betreibt man den Ofen ohne laufende Pana-Pumpe, sieht es anders aus: Dann wird der Rücklauf aus dem Puffer immer wärmer, wodurch das heiße Wasser immer schneller den Puffer füllt. Nun könnte ich die Pana für diese Zeit zwar abschalten, aber leider steckt der Teufel wie so oft im Detail. Den Ofen mache ich ja abends an, wenn es gemütlich sein soll. Und gerade dann würde es im Obergeschoss bei meiner Mutter kühl werden, wenn ich die Pana abschalte. Hmm - ich teste das nochmal.

Ein weiteres Manko meiner Einbindung ist folgendes: Wenn der Ofen angefeuert wird, ist der Mischer erstmal zu - das Wasser zirkuliert nur zwischen Ofen und RLA. Geht jetzt der Mischer in der RLA langsam auf, so gibt es eine bestimmte Stellung in der mir die UWP der Pana heißes Wasser vom Puffer oben durch die RLA zieht. Geht der Mischer weiter auf, kehrt sich die Flussrichtung wieder um. In dieser Zeit gibt es natürlich fiese Regler-Kapriolen. Das Ganze passiert natürlich auf dem Weg zurück noch einmal, wenn der Ofen langsam ausgeht. Bisher begrenze ich den Schaden durch massive Reglerprogrammierung, damit diser kritische Öffnungsbereich des Mischers schnell durchschritten wird. Der Weisheit letzter Schluss wäre aber eine separate Anbindung des Rücklaufs an den Puffer, alles andere ist Bastelei. Da ich aber nun mal keine freien Anschlüsse mehr habe, muss ich basteln.

Soll heißen: Wenn du das liest und etwas ähnliches vor hast: Ofenanbindung über separate Pufferanschlüsse!!! Dann macht auch das regelbare Solarregister wieder Sinn.

Update: Siehe Kapitel "Schmutzfilter" weiter unten.

Zirkulationsleitungen

Ach, wenn ich doch bloß keine hätte... Die Zirkulationsleitungen für das Warmwasser. Leider sind sie nicht loszuwerden, wenn man sie erstmal hat, und bei einem Altbau kann man sich das leider nicht aussuchen. In meinem Fall laufen diese Leitungen vom Keller über das EG bis ins OG. Im Keller teilt sich die Leitung einmal an einem T-Stück auf. Und das war das erste große Problem:

leider ist das ohne Zeichnung etwas schwer zu verstehen: Die Zirkulation hat funktioniert. Drehe ich jetzt aber an einem Strang einen Hahn auf, läuft nicht nur Wasser durch die WW-Leitung, sondern auch den weiten Weg einmal durch den ganzen anderen Strang und durch die Zirkleitung am T-Stück vorbei durch die Zirkleitung an meinem Hahn raus. Auf dem Weg hat das Wasser soviel Temperatur verloren, dass die Mischung nicht mehr wirklich heiß war. Da half nur eins: Rückschlagventile in den beiden Zirkulationssträngen NACH dem T-Stück. Das habe ich realisiert, in dem ich dort vorhandene KFE-Hähne durch welche mit integrierten Rückschlagventilen ausgetauscht habe.

Leider sind die Zirkulationsleitungen im Bad im OG nur knapp unter den Fliesen ungedämmt verlegt, so dass ich dort immens viel Temperatur verliere. Ich habe mir ja extra eine Frischwasserstation mit bedarfsgesteuerter Zirkulaion zugelegt. Sprich, einmal kurz Wasserhahn öffnen, Zirk-Pumpe läuft z.B. 2 Minuten. Für das OG bringt das leider wenig, außer das die Fliesen etwas wärmer werden. Will man warmes Wasser, muss man minutenlang laufen lassen. Eventuell sind hier auch noch Luftpropfen, die die Zirkulation verhindern. Schwer zu beurteilen, wenn man nicht genau weiß, wo die Leitungen laufen.

Hier habe ich noch keine rechte Lösung.

Regelverhalten der Pana

Die Einstellung der Vorlauftemperaturen über die Heizkurve ist für meine Pana wohl eher so etwas wie ein grober Anhaltswert :-) Mal in Zahlen: Wenn ich z.B. laut Heizkurve nur 25 Grad Vorlauf haben möchte, beendet die Pana bei mir den Takt erst, wenn die VLT bei 29 Grad und die RLT bei 26,5 Grad ist. Den nächsten Takt beginnt sie, wenn die RLT unter 23 Grad fällt. Habe ich zu diesen Werten eine Sollwertverschiebung von -1 eingestellt, so wird der Takt erwartungsgemäß bei 28 Grad beendet.

Dazu muss man sagen, dass die Kabelfernbedienung grundsätzlich etwas zu kleine Werte ausgibt - etwa 1-2 Grad unter der Realität. Die realen Werte habe ich mit PT1000-Fühler aufgenommen und mit professionellem Kreuzbandthermometer und meiner Wärmebildkamera geprüft.


Ein weiteres Phänomen: Ich hatte es bisher ein oder zweimal, dass die Pana nach einer Taktpause nicht wieder angefangen hat zu heizen. Die Rücklauftemperatur war schon auf 19,9°C gefallen, das Haus schon etwas ausgekühlt. Hätte ich weiter warten sollen? Ich war zu ungeduldig und habe an der FB aus- und wieder eingeschaltet. Dann fing sie wieder an.

Warmwasser

Die von mir gewählte Art der WW-Bereitung über den direkt beheizten Puffer mit Frischwasserstation habe ich gewählt, damit ich folgendes erreiche:

  • Einbindung des wasserführenden Ofens
  • Keine Gedanken mehr über Legios

Dafür habe ich mir aber auch eine Menge Nachteile eingehandelt, die ich nicht verschweigen möchte:

  • Wenn der Puffer durch die WP beladen wird, pumpt sie kaltes Wasser von unten mit 1000l/h nach oben und wärmt es dabei um ein paar Kelvin auf. So rotiert das Wasser durch den Puffer bis es die eingestellte Solltemperatur hat.
    • Duschen in dieser Zeit sollte man vermeiden, denn das kalte Rücklaufwasser der FriWa wird gleich wieder nach oben gepumpt, Duschwasser wird kalt.
    • Man kann die Pana nicht weit genug im Volumenstrom drosseln, als das gleich im ersten Durchlauf heißes Wasser eingeschichtet wird.
    • Bei 500 Liter im Puffer dauert das Erwärmen je nach Entleerungsgrad 1,5 bis 3 Stunden.
  • Es bleibt nur, die Warmwassererezugung dann zu machen, wenn gerade kein Warmwasser benötigt wird. Andererseits möchte ich nicht nachts das WW machen, da dann die Außentemperaturen gering und der PV-Ertrag gleich null ist.
  • Bei uns gibt es also ein Zeitintervall tagsüber, wo man nicht duschen sollte. In dieser Zeit muss ich den Puffer aber so weit aufladen, dass er auf jeden Fall 24 Stunden hält.

Da ich das Solarregister ja nun doch nicht für den Ofen brauche, werde ich nächstes Jahr mal testweise die WW-Bereitung indirekt hierüber machen. Ist zwar ein zweiter Wärmeübergang mit entsprechender Temperaturdifferenz, dafür kann ich mehrmals am Tag laden und brauche nicht so hohe Temperaturen. Und es gäbe keine Sperrzeiten fürs Duschen mehr... Mein Solarregister hat 3m2, also gar nicht mal so wenig.

Fazit:Eventuell würde ich das beim nächsten mal anders machen. Die perfekte Lösung ist mir aber noch nicht eingefallen.

Update 12.11.2016

Ich habe im Sommer probeweise die WW-Bereitung umgebaut: Statt den Puffer mit der WP direkt zu beladen (mit oben beschriebenen Nachteilen), mache ich das jetzt über den untenliegenden Solar-Wärmetauscher. Skyme Hydraulik Neu.png

Vorteile:

  • Ich kann "nachladen", wenn der Puffer halb leer ist, ohne das Wasser zu vermischen
  • Dadurch kann ich tagsüber bei höheren Außentemperaturen laden, ohne dass jemand unter der Dusche einen Schreikrampf bekommt
  • Ich kann mehrmals am Tag nachladen und komme dadurch mit weniger Puffertemperatur aus
  • Das Zusammenspiel mit dem direkten Beladen durch den wasserführenden Ofen ist einfacher

Nachteile:

  • Ich habe einen zusätzlichen Temperaturübergang durch den WT und brauche daher höhere VLT.

Insgesamt scheint das eine sinnvolle Änderung zu sein, da ich:

  • im Sommer tagsüber laden kann, wenn ich billigen Strom habe
  • im Winter sowieso fast nur mit dem Ofen WW bereite und nur mit der WP einspringe, wenn der Puffer sehr leer ist.

Bei meiner nächsten Heizung weiß ich es besser und nehme einen Pufferspeicher, der in der Mitte noch Rohre hat. Hierüber kann man dann mit der WP beladen und umgeht damit alle von mir beschriebenen Nachteile. Glaube ich.

Abtauverluste

Hier kann ich schon mal eine erste Abschätzung kundtun: Bei jedem Abtauvorgang werden dem Heizsystem (oder dem WW-Speicher, autsch) ca. 0,3kWh entnommen. Bei gutem "Abtauwetter" mit fast stündlichen Abtauvorgängen können so schon mal 5kWh zusammen kommen, die man für die AZ-Berechnung abziehen müsste.

Schmutzfilter

Ich hatte ja oben in dem Kapitel Ofen schon beschrieben, dass mir die UWP der WP teilweise das Wasser durch den Mischer der Ofen-Rücklaufanhebung zieht. Nachdem ich mein Hydraulikschema stundenlang angestarrt und mich gefragt habe, wieso das Wasser nicht den viel einfacheren Weg durch den Schmutzfilter nimmt.... DER SCHMUTZFILTER! In jeder Inbetriebnahmeanleitung dieser Welt steht, dass man den nach der Inbetriebnahme reinigen soll. Hab ich das gemacht? Natürlich nicht. Alles abgesperrt, Filter rausgeschraubt, schon habe ich ein schmodderiges Etwas in den Händen. Toll. Also den Einsatz erst mal weggelassen, ich habe ja noch einen Schlammabscheider, und getestet. Und jetzt kommt das Paradoxon:

Wie erwartet ist der Volumenstrom jetzt höher - soweit keine Magie. Komischerweise bleibt die Spreizung der Wärmepumpe so, wie sie vorher war, sprich: Die thermische Leistung ist höher, oder anders: Seitdem sind meine Arbeitszahlen deutlich besser und liegen in dem Bereich, den auch die anderen Geisha-Jünger vermelden können. Das spricht eigentlich dafür, dass vorher der Volumenstrom falsch gemessen wurde, vielleicht durch den hohen Unterdruck im Bereich des Volumenstrom-Sensors.

Nach einigen erfolglosen Versuchen, mir selbst zu erklären, was da wirklich passiert ist, nehme ich das jetzt einfach so hin. Die Arbeitszahlen sehen gut aus, das beschriebene Ofen-Problem tritt kaum noch auf, alles gut. ich bin unwissend, aber glücklich.

Die Regelung UVR 16X2

Bei mir übernimmt die 16X2 im Moment folgende Aufgaben:

  • Umfangreiche Statistik aller Energien (siehe Tabelle mit Messwerten unten)
  • Logging aller relevanten Messwerte im Minutentakt, um sich Kurven angucken zu können
  • Verteilung des Volumenstroms zwischen FBH und Heizkörpern
  • Unterdrückung der WW-Bereitung durch die WP, wenn der Puffer durch den Ofen in der oberen Hälfte warm genug gemacht wurde (über per Relais geschalteten Widerstand, der den Sensorwert des Pana-WW-Sensors verändert)
  • Einbindung des wasserführenden Ofens:
    • Konstanthaltung Rücklauf zum Ofen 60°C
    • Begrenzung der Wassertaschentemperatur auf 80°C durch regelbare Pumpe
    • Erfassung der gelieferten Wärmemenge

Online Schema

Ich habe mal angefangen ein Online-Schema zu basteln. Das ist eine Webseite, auf die ich mit jedem Browser zugreifen kann, die mir beliebige Messwerte zeigt. Als Hintergrund habe ich mein Hydraulikschema genommen und an den passenden Stellen Daten eingeblendet. Ist noch längst nicht alles, aber ein Anfang. Und das sieht dann so aus:

SchemaImBetrieb1.JPG

Tabelle mit Messwerten

Das obige Hydraulikschema eignet sich gut, um Momentanwerte darzustellen. Nun brauche ich noch eine Ansicht für die ganze Statistik - ich glaube, das geht am besten in einer Tabelle. Auch hier bin ich noch am basteln, wollte aber schon mal eine kleine "Sneak Preview" geben:

Messwerttabelle preview1.JPG

Die dargestellten Werte auf diesem Screenshot sind vom Zeitraum 1.10.2015 bis zum 18.10.2015. In dem Zeitraum hatten wir schon ein paar kalte Tage mit nächtlichen Minusgraden.

Logging aller Messwerte

Die Daten aller Sensoren können im Minutentakt ausgelesen und grafisch angezeigt werden. Das sieht dann beispielhaft so aus:

TA Logging Beispiel.JPG


Ich bin super froh, dass das ganze Datenlogging so hin haut, wie ich es geplant habe. Immerhin stecken knapp 1000 Euro in dem TA-Equipment...


   Zu den anderen Referenzinstallationen <~ Link