HLK und KNX

Auch andere Geräte wie PIRs und CO2-Sensoren haben oft eingebaute Temperatursensoren, diese befinden sich jedoch meist an Stellen, die nicht optimal zum Ablesen einer Temperaturanzeige geeignet sind, wie zum Beispiel in Fluren und Dielen, begehbaren Kleiderschränken und anderen Bereichen, wo es gibt keinen schalter. Solche Orte werden in der Regel nicht als primäre Aufenthaltsräume genutzt, aber die Temperatur dieser Sensoren reicht zur Regelung aus.

Der Einsatz von KNX-Temperatursensoren bietet die Möglichkeit, den von ihnen gelieferten Wert zu kompensieren, um die Raummitte besser ablesen zu können. Bei großen Räumen besteht auch die Möglichkeit, eine Durchschnittstemperatur aufzuzeichnen.

Temperaturregelung

Wie bei der Temperaturmessung gibt es eine Reihe von Geräten, die die Temperatur kontrollieren können. Einige Schalter können dies, und Thermostate, spezielle Heizungsregler oder sogar einige Aktoren können den Heizbedarf senden.

KNX bietet drei Standardformen der Heizungssteuerung:

• PI (Proportional-Integral). 
• PWM (Pulsweitenmodulation). 
• Ein / Aus mit Hysterese.

Proportionales Integral

Proportional Integral (PI) ist ein Steueralgorithmus, der die Größe des Fehlers zwischen dem Sollwert und der aktuellen Temperatur berechnet und mit einer durchschnittlichen Zeitfunktion vergleicht, um eine 1-Byte-Ausgabe zu erhalten, die für einen motorisierten Antrieb oder einen Lüfter mit variabler Drehzahl geeignet ist.

Einfach ausgedrückt: Je größer die Differenz zwischen Raumtemperatur und Sollwert, desto größer die Leistung. Diese wird dann reduziert, wenn sich der Raum erwärmt. Sobald die Zieltemperatur erreicht ist, wird der Ausgang zurückgesetzt, um eine Übermodulation aufgrund der Zeit zu verhindern, die zum Erreichen des stabilen Zustands benötigt wird.

Wenn der Fehler erneut auftritt, reagiert der Ausgang mit kleinen Schritten, um den Sollwert beizubehalten. Bei der Parametrierung des Thermostats wird die Heizart eingestellt, da die Regelung die Reaktivität und Heizleistung berücksichtigen muss.

Bei Verwendung von PI muss die Steuerung die Leistung des Heizelements kennen, um die korrekten Reaktionszeiten zu berechnen. In den meisten Fällen sind die vordefinierten Standardeinstellungen mehr als ausreichend, aber manuelle Einstellungen können vorgenommen werden.

Pulsweitenmodulation

Pulsweitenmodulation (von Pulsweitenmodulation oder PWM) verwendet ein Ein/Aus-Signal basierend auf dem obigen PI-Wert. PWM wandelt den 1-Byte-PI-Ausgang in einen 1-Bit-PWM-Ausgang um, wodurch er in Systemen mit einem Ein/Aus-Ventil verwendet werden kann. Dies ist am häufigsten bei UFH-Systemen mit Ventilen der Fall.

Genau wie bei PI führt ein kleiner Fehler zu einer kleinen Änderung, die sich über einen bestimmten Zeitraum widerspiegelt. Wenn also der PI-Ausgang 10 % beträgt und der PWM-Zyklus 10 Minuten beträgt, ist der Ausgang 1 Minute lang eingeschaltet und 9 Minuten lang ausgeschaltet.

Aan / U.it

Ein/Aus ist die einfachste Betriebsart und daher nur für sehr einfache Anlagen geeignet. 
Ein/Aus funktioniert wie erwartet; Wenn die Temperatur über dem Sollwert liegt, wird der Ausgang ausgeschaltet, und wenn die Temperatur unter dem Sollwert liegt, wird er eingeschaltet.

Um zu verhindern, dass der Ausgang am Sollwert zwischen Ein und Aus schwankt, verfügen die meisten Regler über einen Hysterese-Parameter. Dies funktioniert durch Einstellen eines oberen und unteren Offsets, normalerweise 1 Grad, vom Sollwert. Nach Überschreiten der Obergrenze schaltet der Ausgang erst ein, wenn die Temperatur unter die Untergrenze gefallen ist. Obwohl dies erforderlich ist, führt dies zu mehr Temperaturüberschreitungen und -unterschreitungen, daher sollte dieser Steuerungstyp mit Vorsicht verwendet werden.

KNX Heizmodi

Es gibt vier Modi, die in KNX für die Heizungs- und Kühlungssteuerung verwendet werden: 
• Komfort 
• Bereithalten 
• Nacht 
• Frost

Diese Modi ändern die eingestellte Temperatur um einen Wert von einem Byte (häufig als RTR-Objekt bezeichnet). Bei einigen älteren Geräten werden Sie feststellen, dass jeder Modus über einen Ein-Bit-Trigger aktiviert wird und das Gerät im zuletzt aktivierten Modus verbleibt.

Bei einigen Reglern gibt es ein zusätzliches Objekt für eine Moduseinstellung mit höherer Priorität, die den normalen Betrieb außer Kraft setzt. Das Einstellen des Modus auf Auto (0) deaktiviert diese Überschreibung und gibt die Steuerung an das Standard-RTR-Objekt zurück, was besonders nützlich sein kann, wenn Sie das Haus in den Standby-Modus versetzen.

Diese Modi sind selbsterklärend: Komfort wird während der normalen Belegung des Hauses verwendet, während Nacht verwendet wird, wenn die Gebäudebewohner schlafen. Im Nachtmodus kann die Temperatur leicht gesenkt werden, sodass das Haus effizient in den Komfortmodus zurückkehren kann. Der Standby-Modus (oder Abwesenheitsmodus) wird verwendet, wenn das Gebäude nicht besetzt ist; die Temperatur wird abgesenkt, kann aber dennoch relativ schnell wieder in den Komfortmodus zurückkehren, wenn die Bewohner zurückkehren. Der Frostmodus dient zum Schutz des Gebäudes bei längerem Leerstand. Es hält das Haus auf einer niedrigeren, aber gleichmäßigen Temperatur, um ein Einfrieren der Rohre zu verhindern.

Relative und absolute Kontrolle

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Temperatur für die oben genannten Modi einzustellen. Diese sind relativ und absolut.

Relative verwendet die Komforttemperatur als Master und verwendet eine Fallback-Zahl, um die Werte für Nacht und Standby zu berechnen und einzustellen. Dadurch kann der Benutzer alle oben genannten Modi von einer Temperatur aus einstellen. Der Frostmodus hat jedoch eine eingestellte Temperatur, die nicht angepasst wird, wenn die Komforttemperatur geändert wird.

Absolut ermöglicht dem Benutzer, für jeden Modus eine bestimmte Temperatur einzustellen. Dies ist ein einfacher verständliches Szenario, führt aber in Wirklichkeit zu einer komplizierteren Benutzeroberfläche, da jede Temperatur geändert werden muss, manchmal bis zu acht Mal – jeweils einmal für die vier Modi, zum Heizen und zum Kühlen.

Totband

Unabhängig davon, welche Option gewählt wird, sollte eine Totzone berücksichtigt werden. Ohne eine Totzone würde es einen ständigen Kampf zwischen Heizen und Kühlen um jedes leichte Überschwingen durch beide geben. Wenn die Temperatur beispielsweise ohne Totzone auf zweiundzwanzig Grad eingestellt ist, wird die Heizung auf Temperatur gebracht und die Kühlung aktiviert, sobald die Raumtemperatur über diesen Sollwert steigt.

Wenn es keine Totzone gibt, gibt es einen ständigen Kampf zwischen Heiz- und Kühlsystem.

Im Kühlbetrieb wird bei relativer Regelung ein Wert für die Totzone und einer für die Kompensation für Standby und Nacht vorgegeben. Bei absoluter Regelung ist die Totzone jedoch ein spezifischer Wert für den Komfortmodus-Sollwert.

Timer

Der einfachste Weg für einen Endbenutzer, die eingestellte Temperatur zu steuern, sind Zeitschaltuhren. Oft sind diese in Thermostate eingebaut, aber es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, die unterschiedlichen Moduszeiten einfach anzupassen. Je nach Installation ist möglicherweise eine spezielle Heizzeitschaltuhr erforderlich, und es sind DIN-Schienen-Zeitschaltuhren erhältlich, die das Einstellen von Zeiten über einen kleinen Bildschirm, den Bus oder beides ermöglichen.

Es gibt auch eine Reihe kleiner Touchscreens, die als dedizierter Heiz-/Kühltimer fungieren, um dem Endbenutzer einen zentralen Kontrollort zu bieten. Tatsächlich ist in vielen Fällen bereits ein Gerät in der Installation vorhanden, das ein hohes Maß an Logik und Visualisierung bietet, zu dem die Heiz-/Kühltimer hinzugefügt werden können.

Darüber hinaus können Sie in verschiedenen Visualisierungspaketen auch Timer platzieren.

Zweistufiges Heizen und Kühlen 

Bei den meisten Thermostaten können Sie eine zusätzliche Heiz- und Kühlstufe oder beides hinzufügen. Die zweistufige Heizung bietet eine zweite Wärmequelle, wenn es einige Zeit dauert, bis die primäre Wärmequelle den Raum gefüllt hat. Dies kann besonders nützlich sein, wenn die Bewohner des Gebäudes nach ihrer Abwesenheit in den Komfortmodus zurückkehren. Obwohl in Großbritannien selten verwendet, gibt es eine zusätzliche Option für einen zweiten Kühlmodus für ähnliche Situationen in wärmeren Klimazonen.

Wenn die primäre Wärmequelle, wie z. B. eine Fußbodenheizung, einen Moment braucht, um die Komfortwärme zu erreichen, können Heizkörper als sekundäre Quelle verwendet werden.

Wie bei der Umschaltung zwischen Heizen und Kühlen muss ein Ausgleich erfolgen, bevor die Zusatzstufe Heizen oder Kühlen aktiviert werden kann. Dies kann in den Parametern eingestellt werden, sobald die Zusatzstufe aktiviert ist. Die Differenz wird normalerweise auf etwa zwei Grad eingestellt, sodass bei einer Differenz von zwei Grad die zusätzliche Heiz- oder Kühlquelle aktiviert wird.

Fußbodenheizung/-kühlung

UFH (Fußbodenheizung) entwickelt sich zur beliebtesten Heizquelle im Neubau, da es sich als eines der komfortabelsten und effizientesten Heizsysteme erwiesen hat. Um maximalen Komfort zu erreichen und das Beste aus Ihrem System herauszuholen, müssen die richtigen Steuerungen eingebaut werden, und dies kann mit KNX auf einfache Weise erreicht werden.

Wie bereits erwähnt, sind eine Reihe von KNX-Thermostaten erhältlich. Nachdem Sie den Thermostat ausgewählt und die Parameter für die gewünschte Steuerungsart und die Funktionsweise der Modi eingestellt haben, sendet der Thermostat eine Anfrage an die Heizquelle. In diesem Artikel werde ich den Prozess der Verwendung von UFH als diese Ressource erörtern.

Wenn Sie sich als KNX-Profi nur um die Steuerungsseite der Anwendung kümmern, muss klar sein, wo die Grenze zwischen Ihrer Verantwortung und der des Heizungsbauers liegt. In einer idealen Welt sollte das UFH-System vollständig in Betrieb genommen und getestet werden, bevor der KNX-Integrator in irgendeine Art von Steuerung eingreift. Aber wie wir alle wissen, ist dies oft nicht der Fall, und die Kenntnis der Grundlagen der Funktionsweise des UFH-Systems kann helfen, Probleme bei der Systeminbetriebnahme zu beheben.

Es gibt zwei Haupttypen von UFH, nämlich elektrisch und hydraulisch. 

Hydraulisches UFH

Bei der Hydraulik fließt heißes (oder kaltes) Wasser durch Rohre und gibt Wärme an den Raum ab, wobei der Wärmeinhalt von der Tiefe der Rohre abhängt. Um eine gleichmäßige Wärmeverteilung aufrechtzuerhalten, müssen die Rohre wie unten gezeigt spiralförmig angeordnet werden.

Abhängig von der Größe des Bodens ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Raum mehr als eine Spule hat. Beispielsweise benötigt ein großes offenes Wohn- und Esszimmer zwei Spulen. Ebenso können zwei kleine Räume zusammen, wie etwa ein en-suite Duschbad und ein begehbarer Kleiderschrank, mit nur einer Spule beheizt werden.

Jede Spule ist mit einem Verteiler verbunden und jede Zone auf dem Verteiler wird durch ein elektrothermisches Stellglied gesteuert. Dieser wird dann an eine KNX-Verteilersteuerung angeschlossen.

Je nach gewähltem Controller besteht oft die Möglichkeit, zwei Zonen an einen Kanal anzuschließen. Dies ist besonders nützlich, wenn für einen größeren Raum zwei Spulen benötigt werden. Bei Verwendung einer hydraulischen Fußbodenheizung muss auch die Kesselsteuerung berücksichtigt werden.

Elektrisches UFH

Es gibt zwei Arten von elektrischen Fußbodenheizungen. Am häufigsten wird ein elektrisches Heizelement in eine Matte integriert und unter dem Boden installiert. Dies tritt normalerweise in Badezimmern und Nachrüstanwendungen auf. Der zweite, weniger verbreitete Typ ist ein Kabel mit einem großen Element, das vor dem Betonieren am Bewehrungsgitter des Bodens befestigt wird. Alle Elementschwänze werden zu einem zentralen Punkt zurückgeführt und mit einem entsprechend dimensionierten Relais gesteuert, wobei zu beachten ist, dass diese große Lasten haben werden. Elektrisches UFH ist zwar sehr reaktionsschnell, kann aber teuer im Betrieb sein.

Überlegungen zur Steuerung von UFH

Bei der Anordnung einer Fußbodenheizung sind drei Überlegungen zu berücksichtigen: 

1) Aufrechterhaltung der Lufttemperatur Die gebräuchlichste Methode zur Steuerung einer Fußbodenheizung, die Aufrechterhaltung der Lufttemperatur, übernimmt die Anforderung für jeden Raum vom KNX-Thermostat.

2) Geregelte Bodentemperatur, die häufig in Badezimmern und anderen gefliesten Bereichen verwendet wird, dies gewährleistet jederzeit eine minimale Komforttemperatur. Dazu ist eine Bodensonde erforderlich, entweder als Eingang am Raumregler mit Gewichtung zugunsten des Bodens oder als separate Schleife.

3) Überhitzungsabschaltung Wird bei elektrischen UFH oder als Sicherheitsvorrichtung für bestimmte Bodenarten, wie z. B. empfindliche Holzoberflächen, verwendet. Der einfachste Weg, dies zu erreichen, ist die Installation einer Bodensonde mit separatem Thermostat. Dies bietet eine klare Definition zwischen dem Standardthermostat und der Übersteuerung „Übertemperatur“.

In allen Fällen wird empfohlen, einen PI-Befehl zu verwenden, der in den meisten Mehrfachreglern in einen PWM umgewandelt wird. Dadurch wird ein Unter- und Überschwingen der eingestellten Raumtemperatur verhindert. 

Andere Überlegungen

Bei der UFH-Regulierung sind noch einige andere Dinge zu beachten. 

• Überwachung der Wassertemperatur 
Bei einer hydraulischen Heizung ist es wichtig, die Temperatur des Wassers zu überwachen, das zum Heizen des Fußbodens verwendet wird. Dies kann am Verteiler oder am Rohr selbst erfolgen. Je nach Spezifikation kann ein variables Temperaturventil vorhanden sein, das gesteuert werden muss.

• Überprüfen Sie den Wasserfluss 
Wenn Sie Probleme mit der Heizungssteuerung haben, aber sicher sind, dass der KNX-Aspekt der Installation reibungslos läuft, können Sie einige allgemeine Überprüfungen vornehmen. So ist beispielsweise darauf zu achten, dass das Wasser nicht zu stark durch die Ventilköpfe gepumpt wird. Wenn es zu schnell ist, wird das Wasser dazu führen, dass das System ineffizient arbeitet. Zu langsam, und der Boden wird selten vollständig aufgewärmt. Je nach Rohrlänge muss die Durchflussmenge so eingestellt werden, dass eine optimale Wärmeübertragung auf den Boden gewährleistet ist.

• Etiketten überprüfen und Fotos und Wärmebilder machen. 
Auch die Ausgangskreise des Verteilers sollten überprüft werden, da diese oft falsch beschriftet sind. Dies kann dazu führen, dass ein Raum wärmer als der andere ist oder im schlimmsten Fall ein Raum gar nicht geheizt wird. Am besten machen Sie Fotos von der Installation, bevor Sie den Boden verlegen. Es kann auch eine gute Idee sein, Wärmebildtechnologie zu verwenden, um festzustellen, ob das System effizient arbeitet.

Kesselsteuerung

Kupferleitungen, Wasserdruck und Boiler sind weitgehend dem Klempner vorbehalten. Mit Entlüftungen und Manometern, Ablassventilen und sekundären Strömungen ist dies auf den ersten Blick ein Rätsel und am besten zu vermeiden. 

Nicht umsonst werden Spezialisten eingesetzt, um die Kessel zu installieren. Wir brauchen Wärme (oder kontrollieren sie zumindest), und meistens stellen wir einen potentialfreien Kontakt zum Klempner her, und das ist unser „Bedarfssignal“. Allerdings erhält der Kunde dadurch nicht zwangsläufig ein besonders effizientes System, und in bestimmten Fällen, wie z. B. einer Fußbodenheizung, kann das System nicht schnell reagieren oder sich an wechselnde Jahreszeiten oder schlechtes Wetter anpassen.

Wenn wir die Wahl des Heizkessels beeinflussen können, können wir dem Kunden im Allgemeinen ein energieeffizienteres System anbieten, wenn der Heizkessel:

a) Beantworten Sie eine 0-10-V-Frage. 
b) die Möglichkeit haben, ein Wetterkompensations-Kit anzubringen. 
c) Oder noch besser, halten Sie sich an den OpenTherm-Standard.

0-10V-Signal

Durch die Verwendung eines 0-10-V-Signals kann der Kessel seine Brenner modulieren, um die Vorlauftemperatur zu variieren, was zu einer höheren Effizienz führt. Bei Brennwertkesseln müssen wir bzw. der Installateur dafür sorgen, dass die Rücklauftemperatur niedrig genug ist, damit der Kessel im Brennwertbetrieb möglichst effizient läuft. Dieses Thema verdient einen eigenen Artikel. Die 0-10V bedeutet, dass der Boiler keine überschüssige Wärme produziert, wenn sie nicht benötigt wird.

Durch die bedarfsgesteuerte Regelung kann der Kessel seine Brenner modulieren, was zu einer höheren Effizienz führt.

Wetterkompensation

Eine weitere Variable, die ein Problem darstellen kann, ist ein plötzlicher Abfall der Außentemperatur. Durch die Installation eines Wetterkompensations-Kits kann der Heizkessel die Vorlauftemperatur entsprechend diesen Außenabfällen nach oben anpassen und mehr Wärme in das System einbringen, um den Wärmeverlust auszugleichen, den das Gebäude während einer Kältewelle erfährt.

Wenn beides nicht am Heizkessel erfolgt, können wir ähnliche Funktionen über KNX-Komponenten bereitstellen, aber dies erfordert ein wenig Logik und wir nutzen die Fähigkeiten des Heizkessels möglicherweise nicht vollständig aus.

OpenTherm

OpenTherm (OT) ist interessant und ist KNX-kompatibel. Das international eingesetzte OpenTherm-Protokoll ermöglicht es einem Raumthermostat oder einem anderen Gerät wie z. B. einem KNX-Heizungsaktor, den Heizkessel je nach Bedarf des Raums oder der Gesamtanlage zu modulieren. Zusätzlich können Heizkessel auf Fehler, Brennzeiten, Vorlauftemperatureinstellungen und verschiedenste Betriebsparameter abgefragt werden, die in Verbindung mit einem VPN (Virtual Private Network) im Datennetz sinnvoll sein können für die Wartung.

Produkte wie die Theben KNX-OT-Box bringen diese Meldungen zurück in den KNX-Backbone und bieten tatsächlich die Möglichkeit, Wetterkompensationsinformationen direkt vom Bus an den Heizkessel zu senden.

Logikmodule sind kostengünstig, aber PI- (Proportional-Integral) und PID- (Proportional-Integral-Differential) Kurven sind nicht von Natur aus in die billigeren Einheiten eingebettet. Der Erwerb einer solchen Funktionalität kostet etwas mehr, daher besteht der einfachste Weg zur Effizienz des Kessels normalerweise darin, den Kessel die Vorlauftemperatur modulieren zu lassen. Es gibt Produkte wie den Loxone Miniserver, die Ihnen eine beeindruckende Programmierumgebung bieten, um die Kontrolle über den Technikraum zu übernehmen, aber es erfordert einige Programmierkenntnisse und ein klares Verständnis für das Design des Technikraums.

_{Quelle: KNX Control & knxtoday}