Heizkörperventile mittels Energy Harvesting einstellen

Praxistest in gedämmtem Zweifamilien-Wohnhaus

Im Frühjahr 2013 stellte Micropelt erstmals einen vollkommen batterie- und kabellosen, motorgetriebenen Heizkörperstellantrieb mit EnOcean-Funk vor. Er wurde inzwischen weiter optimiert und hat nun die letzte Prüfung auf dem Weg zum Serienprodukt gemeistert. In einem umfangreichen Feldtest wurde der Antrieb über mehrere Wochen im laufenden Heizungsbetrieb eines Zweifamilienhauses auf Herz und Nieren geprüft. »Ziel des Feldtests war es, die uneingeschränkte Funktions- und Leistungsfähigkeit in realer Umgebung nachzuweisen«, betont Peter Kauf. »Besonderes Augenmerk wurde dabei auf relativ niedrige Vorlauftemperaturen gelegt, wie sie bei modernen Heizungsanlagen üblich und für thermisches Energy Harvesting eher ungünstig sind.«

In dem Zweifamilienhaus aus den 50er-Jahren beheizt eine einstufige Gasbrennwerttherme (23 KW Nennleistung) alle Wohnräume (200 qm) über Flächenheizkörper, die für eine Einzelraum-Temperaturregelung mit batteriebetriebenen EnOcean-Funk-Stellantrieben ausgestattet sind. Die Kommunikation mit bidirektionalem Funkprotokoll ermöglicht eine Rückmeldung der Stellposition, die dazu dient, die Vorlauftemperatur abhängig vom tatsächlichen Wärmebedarf der Räume zu regeln. »Dies ermöglicht gegenüber den üblichen außentemperatur- oder referenzraumgeführten Regelungen einen effizienteren Betrieb mit optimierten Brennerzeiten«, wie Peter Kauf erläutert.

Anlässlich des Feldtests wurde ein batteriebetriebener Heizkörperstellantrieb durch den neuen Antrieb mit Micropelt-Thermogenerator ersetzt. Für die Einzelraumregelung ist ein handelsüblicher PC mit der Software »myHomeControl« zuständig. Die Software steuert alle EnOcean-Sensoren und -Aktoren und zeichnet alle relevanten Daten auf.

Die Rahmenbedingungen für den energieautarken Antrieb waren schwierig: »Die bedarfsabhängige Regelung führt zu einer stark schwankenden und im Durchschnitt niedrigeren Vorlauftemperatur, so dass für den Thermogenerator die Phasen kürzer werden, in denen er die benötigte elektrische Energie erzeugen kann«, gibt Peter Kauf zu bedenken. Zudem war die Nachtabsenkung aktiv geschaltet. Der Feldtest fand im Oktober/November 2013 statt, wo an vielen Tagen Außentemperaturen von über 10 °C erreicht wurden und damit die maximale Vorlauftemperatur nur etwas über 40 °C lag. »Grundsätzlich stellte sich dabei die Frage, ob der Thermogenerator genügend Energie erzeugen kann, um Motor, Ansteuerung und Funkkommunikation zu versorgen«, hebt Peter Kauf hervor. »Denn nur ein fehlerfreier Betrieb ohne Einbußen in Komfort und Regelfunktion unter schwierigen Bedingungen macht die neue Technik für den generellen Einsatz geeignet.«

Im Testzeitraum pendelte die einmal täglich erfasste Kondensatorspannung konstant zwischen 3,02 und 3,16 V, was bedeutet, dass die Bilanz zwischen erzeugter und verbrauchter Energie in etwa ausgeglichen war. Der Tagesdurchschnitt der Temperatur am Ventil schwankte zwischen 24 und 33 °C bei einer Komforttemperatur von 20 °C und einer Absenktemperatur von 17 °C. Die für das Energy Harvesting geeigneten Phasen mit Ventiltemperaturen über 32 °C waren zwischen 0,5 und 5 Stunden lang. »In dieser Zeit musste die Energie erzeugt und gespeichert werden, die vom Motor und der konstant alle 10 Minuten aktiven Funkelektronik verbraucht wurde«, so Peter Kauf.

Insgesamt musste der Motor pro Tag zwischen 10 und 40 Stellbewegungen ausführen und dabei den Ventilhubweg (1,5 mm) ein bis sieben Mal zurücklegen. Der größte Teil der Bewegungen (72 Prozent) waren dabei relative Fahrstrecken zwischen 0 und 10 Prozent, also lediglich kleine Korrekturen des Reglers. Größere Distanzen waren nur bei Referenzfahrten und bei den Temperatursollwertsprüngen morgens und abends zu bewältigen. Wegen der nicht allzu niedrigen Außentemperaturen und der Außenwanddämmung ergab sich ein relativ träges Regelungsverhalten, bei dem die Vorgaben für die Raumtemperatur erreicht wurden.

»Insgesamt zeigt der Feldtest, dass der energieautarke Heizkörperstellantrieb auch unter schwierigen Rahmenbedingungen – einer für moderne Heizungsanlagen typischen relativ niedrigen und schwankenden Vorlauftemperatur, einem gut gedämmten Haus und den relativ warmen Außentemperaturen in den Übergangsmonaten im Herbst – zuverlässig seine Aufgabe erfüllt und in puncto Regelkomfort den batteriebetriebenen Antrieben in nichts nachsteht«, resümiert Peter Kauf. »Durch die autarke Funktionsweise ist der batterielose Heizkörperstellantrieb somit das Schlüsselprodukt für die breite Akzeptanz der Einzelraumregelung, besonders bei Renovierung oder Modernisierung.« Weil sich der Heizungsregler leicht mit Sensoren und mobilen Geräten vernetzen lasse, könne er als Einstiegsprodukt für das Thema »Smart Home für jedermann« dienen.

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