Auf den folgenden Seiten werden die Einsparpotentiale der einzelnem Maßnahmen untersucht

Welche Möglichkeiten zur Einsparung bringt die moderne Regelungstechnik?

Zeitprogramme:

In dem von mir eingesetzten Regler habe ich die Gelegenheit, für jeden Tag unterschiedliche Schalt- bzw. Nutzungszeiten einzuprogrammieren. Bereits zu Beginn der programmierten Nutzungszeiten soll die gewünschte Raumtemperatur erreicht sein. Ausserhalb der Nutzungszeiten darf die Raumtemperatur um maximal 3 K absinken. Bei Außentemperaturen unter -8°C wird das Zeitprogramm übersteuert, die Nutzungszeit wird dauerhaft eingeschaltet, da eine Abschaltung unerwünsche Komforteinbussen verursacht.

Die von mir einprogrammierte wöchentliche Nutzungszeit beträgt 73,75 Stunden, etwa 44 % der Wochenzeit.

Das Programm zum optimierten Einschalten:

Dieses Programm ist verknüpft mit dem Zeitprogramm, kennt also die Nutzungszeiten. Der gewünschte Raumtemperatur bei Nutzungsbeginn wird eingegeben, ebenso wie die maximale erlaubte Temperaturabsenkung. Als Berechnungshilfen benötigt dieses Programm eine Verknüpfung sowohl mit dem Aussentemperaturfühler, als auch mit dem Raumtemperaturfühler.

Das Programm überwacht nun andauernd die Raumtemperatur, die Aussentemperatur und das Zeitprogramm und “lernt” nun, wie das Gebäude sich beim Anheizen bei den unterschiedlichsten Zeit- und Temperaturbedingungen verhält. Nach einigen Tagen hat das Programm dann die optimale Startzeit errechnet, um bei maximaler Heizleistung pünktlich zu Nutzungsbeginn die Raumtemperatur zu erreichen. Die minimale Raumtemperatur wird ebenfalls überwacht, notfalls wird zwischengeheizt und die Raumtemperatur um 1K angehoben. Dies ist notwendig, damit das Gebäude nicht völlig auskühlt und damitdie maximale Heizleistung nicht mehr ausreichen würde.

Ansonsten schaltet diesen Programm den Brenner und den Kessel aus.

In diesem Zusammenhang werde ich immer wieder gefragt, ob es überhaupt sinnvoll ist, eine Absenkung oder Abschaltung der Beheizung in Zeiten der Nichtnutzung durchzuführen. Hierüber entbrennen immer wieder die leidenschaftlichsten Diskussionen, ob es nicht sparsamer und umweltschonender ist, mit geringen Temperaturen durchzuheizen.

Meine Erfahrungen haben gezeigt, das die Abschaltung auf jeden Fall sparsamer ist. Bei Buderus habe ich eine schöne Grafik gefunden, die diese Zusammenhänge einfach darstellt:

Ein immer wieder gegen die Absenkung oder Abschaltung angeführtes Argument ist die Verringerung der Behaglichkeit bei Anwendung einer Heizpause. Dieser Komfortverlust wird jedoch nicht durch die Tatsache der Abschaltung alleine verursacht, sondern durch die Unzulänglichkeit vieler Regler, die nicht über das o.g. Start/Stop-Programm verfügen.

In diesem Fall ist es nämlich dann zu Beginn der Nutzungszeit tatsächlich nicht warm genug....und ungemütlich! Diese Erfahrung habe ich ebenfalls gemacht, als ich meine Nachtabschaltung nach starrem Zeitplan mittels Zeitschaltuhr realisiert hatte.

Mit der o.g. Funktion gibt es diesen Mangel jedoch nicht, es ist immer rechtzeitig warm-----und trotzdem wird die Anlage für die maximal mögliche Dauer ausgeschaltet!

Leider habe ich aufgrund meiner Arbeitslosigkeit ab etwa Oktober 2004 die Absenkungsphasen während der Arbeitszeit tagsüber entfernen müssen-----da ich tagsüber jetzt regelmäßig zu Hause bin, muß ich durchheizen! Es hat sich von November 2004 bis einschließlich Februar 2005 bisher ein durchschnittlich um 7% höherer Brennstoffverbrauch ergeben.

Siehe auch:

Die Heizgrenze

Die Heizgrenze ist eine Grenze, oberhalb der eine Beheizung des Raumes nicht mehr erforderlich ist. Darüber wird Brenner und Pumpe ausgeschaltet. Ich habe die Heizgrenze so definiert, das als Bedingung für eine Abschaltung sowohl die Aussentemperatur, als auch die Raumtemperatur ihren Grenzwert überschritten haben müssen.

Der Grenzwert für die Aussentemperatur liegt bei 13°C, der für die Raumtemperatur liegt aufgrund der Funktion des dynamischen Raumtemperatursollwertes zwischen 21 und 22°C.

Diese Schaltung bedeutet gleichzeitig, das ich von der reinen witterungsgeführten Regelung auf eine Witterungsführung mit Raumtemperaturbegrenzug umschalte.

Zusätzlich sperrt diese Funktion den Heizbetrieb, wenn bereits VOR der Nutzungszeit der Raumtemperatursollwert ohne eine Beheizung erreicht wurde. Dies ist meist nach einem heissen Sommertag der Fall, wenn nachts aufgrund sternenklaren Himmels die Aussentemperatur zwar stark abgefallen ist, aber die Gebäudemasse noch nicht ausgekühlt ist.

Wenn man also nicht zu sehr mit dem öffnen von Fenstern und Türen “schlampert”, könnte man die Heizung getrost ganzjährig eingeschaltet lassen.

Der dynamische Raumtemperatursollwert

Zum Wohlfühlen benötigt der Mensch nicht eine bestimmte RaumLUFTtemperatur, sondern eine Strahlungstemperatur. diese Ist unter anderem abhängig von der Temperatur der umgebenden Gebäudeflächen. Man spricht in Fachkreisen von der Behaglichkeitstemperatur, oder der “operativen Raumtemperatur”. Dies ist im Prinzip der Mittelwert aus der Lufttemperatur und der Oberflächentemperatur des Baukörpers. Bei modernen gedämmten Gebäuden besteht nahezu kein Unterschied zwischen den beiden Temperaturen. Bei Altbauten, wie bei meinem Haus, spielt dieser Unterschied jedoch eine deutliche Rolle.

Der Effekt ist, das bei niedrigen Aussentemperaturen eine weit höhere Luftemperatur notwendig ist, um die Behaglichkeit zu erreichen, als bei hohen Aussentemperaturen. Das hat zur Folge, das man im Laufe einer Heizperiode die Raumtemperatur immer weiter anhebt, bis man sich bei tiefen Temperaturen behaglich fühlt. Werden die Aussenbedingungen dann wärmer, überheizt man die Räume und verschwendet Energie.

Aus diesem Grunde verschiebe ich ab ca 13 °C Aussentemperatur bei steigenden Temperaturbedingungen den Sollwert für die Raumtemperatur linear um bis zu 1 K nach unten.

Da diese Funktion standartmässig wohl nicht in einen Regler hineingehört, werde ich in der kommenden Heizperiode einen Versuch mit einem Raum-Strahlungstemperaturfühler durchführen, um gegebenenfalls zukünftig wieder auf diese Funktion verzichten zu können. Jedenfalls beabsichtige ich nicht, den Regler grundsätzlich mit dieser Funktion zu überfrachten.

Die selbstoptimierende Vorlauftemperaturregelung

Durch die Verwendung der Raumtemperatur ist es nun möglich, bei Überschreiten des Raumsollwertes die Vorlauftemperatur an den tatsächlichen Bedarf anzupassen. Steigt die Raumtemperatur über den Sollwert an, so wird stetig der Sollwert für die Vorlauftemperatur gesenkt. Hierdurch wird ein Überheizen der Räume verringert, die Verteilungsverluste in den Rohrleitungen sinken, da die Heizwassertemperaturen niedriger sind. Gegen Ende des Jahres 2005 gelang es mir aufgrund eines Tipps von einem Regelungsexperten, diese Funktion so deutlich zu verbessern, das die Heizkurve zwar noch benötigt wird...jedoch eigentlich nur noch Makulatur ist. Der eigentliche Vorlauftemperatursollwert wird überwiegend von der Raumtemperatur bestimmt. Die Raumtemperaturschwankungen sind noch geringer geworden....so das leider die Pufferwirkung des Raumes vollkommen entfallen ist.

Es wird dem Raum ziemlich exakt die Energiemenge zugefügt, die zur Einhaltung der Raumtemperatur erforderlich ist. Negativer Nebeneffekt ist das Ansteigen der Brennerstarts, da nun nur noch die benötigte Wärmemenge erzeugt werden kann... Positiver Nebeneffekt ist die leichte Absenkung des Raumtemperatursollwertes aufgrund der stabileren Temperaturen.

Die Brennerwiedereinschaltsperre

Während der normalen Nutzungszeit wir nach jeder Brennerabschaltung (ausser bei der Warmwasserbereitung) grundsätzlich die Wiedereinschaltung gesperrt. Bei einer Wärmeanforderung unterhalb etwa  95% des Vorlauftemperaturreglers bleibt die Sperre aktiv. Dabei wird nicht berücksichtigt, ob die Kesseltemperatur unter den Einschaltpunkt fällt.

Der positive Effekt ist, das durch die Einschaltsperre ein höherer Bedarf simuliert wird, als bei durchgehendem Betrieb. Dieser erhöhte Bedarf führt dann naturgemäß zu längeren Brennerlaufzeiten, die sich aber nun, nach der Verbesserung der Vorlaufoptimierung leider wieder auf ein Mittelmaß reduziert haben.

Einstufige Brenner haben nun mal den Nachteil der schlechten Regelbarkeit----man kann leider nicht alles haben. Welche Strategie nun die sparsamere ist, wird sich noch erweisen. Einen ähnlichen Effekt kann man allerdings auch mit einer großen Schalthysterese erzielen....die jedoch ebenfalls in dieser Funktion verknüpft ist.

Der Abwesenheitstaster

Oft habe ich mich darüber geärgert, wenn ich wusste, das ich während der programmierten Nutzungszeit über einen längeren Zeitraum ausser Haus war, und daher vollkommen unnütz dieRaumheizung betrieben hab. Um diese Vergeudung zu vermeiden, wäre eine umständliche Änderung des Zeitprogrammes notwendig gewesen, die anschließend wiederum umständlich rückgängig gemacht werden müsste.

Aus diesem Grunde hab ich das natürlich nicht gemacht.....und Energie vergeudet.

Eine andere Methode wäre gewesen, die Anlage beim Verlassen des Hauses in “Frostschutzbetrieb” umzuschalten....mit der unerwünschten Nebenwirkung, das bei Rückkehr die Wohnung ungemütlich kalt sein würde.

Daher hab ich dies ebenfalls nicht praktiziert.

Nun haben wir (momentan provisorisch) die Funktion eines Abwesenheitstasters neu eingefügt. Hierbei wird entweder über einen Tastimpuls, oder über einen digitalen Schaltbefehl (vom PC) ein Timer gestartet, der die Beheizung für einen festen Zeitraum (momentan 4 Stunden) ausschaltet. Nach Ablauf der Zeit wird der normale Regelbetrieb wieder aufgenomen.

Sollte man vorzeitig zurückkehren, oder den Befehl irrtümlich ausgelöst haben, so besteht die Möglichkeit, den Befehl mit dem Partytaster wieder zu übersteuern.

Eine stufige Zeitvorwahl ist noch in der Planung, jedoch bisher nicht realisiert.

Die Auswirkungen dieser Funktionen auf die Pumpen- und Brennerlaufzeiten können sie auf den folgenden Grafiken erkennen: Bitte anklicken, Grafiken öffnen in neuem Fenster! Mitten im Winter 100% ist die gesamte Monatszeit. Obwohl die Nutzungszeit nur 44% davon beträgt, ist die Heizung von Januar bis März deutlich länger eingeschaltet. Ist ja auch klar, ich muß ja auch noch Schnellaufheizen, Zwischenheizen und im Januar aufgrund der tiefen Außentemperaturen auf Dauerheizen umschalten. Ausserdem waren im Januar Feiertage, Urlaub und Krankheit, bei denen an Werktagen tagsüber nicht abgeschaltet wurde, da ausnahmsweise jemand zu Hause war. Dennoch ist die Pumpenlaufzeit niemals 100%! Gegenüber vielen anderen Reglern, die Nachts nur die Heizungstemperatur senken, schalte ich ja zwischendurch alles aus. Die Differenz zwischen der gemessenen Pumpenlaufzeit und 100% habe ich also schon mal beim Stromverbrauch gespart. Das waren im Januar immerhin noch 24 %. Da sich die Brennerauslastung auf die Pumpenlaufzeit bezieht, kann man sehr schön erkennen, das die Brennerleistung im Monatsschnitt immer nur zu einem Bruchteil benötigt wird - sonst müsste ja die Brennerauslastung irgendwann mal in die Nähe von 100% kommen. Die Brennerleistung wird also nur höchst selten bei extremen Minusgraden benötigt. Man könnte meinen, mein Brenner wäre immer noch zu groß. Und das, obwohl ich die Brennerleistung schon von 24,5 kW auf 14,2 kW verringert habe. Aber hier bin ich schon an der unteren Grenze angekommen - das ist die niedrigste Leistung, die ich an diesem Brenner mit den besten Abgaswerten erreichen kann. Im Sommer In den Monaten Juni, Juli und August war die Heizung auf Sommerbetrieb umgeschaltet. Der Kessel lief nur zur Warmwasserbereitung. In der Übergangszeit In den Monaten April,Mai und September sinkt die H-Pumpenlaufzeit deutlich unter die Nutzungszeit. Durch die Funktion der “Heizgrenze” wird die Pumpe oberhalb einer Aussentemperatur von 13°C abgeschaltet (verzögert) sobald die Raumtemperatur oberhalb des Sollwertes ist. Dadurch erzeuge ich künstlich einen erhöhten Wärmebedarf für den Brenner. Die Häufigkeit des “taktens” wird verringert, die Brennerauslastung steigt. Da sich im Jahr 2004 eine deutliche Änderung der Nutzungszeiten ergeben hat, habe ich noch eine Grafik zu diesem Jahr hinzugefügt. Grundsätzlich hat sich jedoch nichts geändert----eine Totalabschaltung macht immer noch Sinn, man kann immer noch enorm am Stromverbrauch für Pumpen einsparen.   Vergleich der Monatlichen Zählerdaten bitte klicken sie hier, um die Grafiken in einem neuen Fenster zu öffnen Vergleichen wir November und Dezember der Jahre 2002 und 2003 miteinander,so werden sie feststellen, das sowohl die Pumpen-, als auch die Brennerlaufzeiten in beiden Jahren etwa gleich lang sind. Bei den Brennerstarts/ Tag ist im Jahr 2003 ist im November eine leichte, im Dezember eine deutliche Reduzierung der Anzahl festzustellen. Gleichzeitig ist jedoch eine erhebliche Verlängerung der Brennerlaufzeit / Start zu erkennen. Eine erhebliche Reduzierung des Schadstoffausstoßes, sowie der Verluste durch Vorbelüften ist die Folge. Ausserdem ist anzunehmen, das durch die längeren Brennerlaufzeiten der Wirkungsgrad meiner Verbrennungsluftvorwärmung durch das Luft-Abgas-Systems verbessert wurde. Die Ursache dafür ist in folgenden Maßnahmen zu sehen: Erhöhung der Kessel-Schalthysterese, erste Versuche mit Brenner-Wiedereinschaltsperre und selbstoptimierender Vorlauftemperaturregelung Anmerkung: Aufgrund des Hydraulik-Umbaus im Juli hat sich ein Erfassungsfehler für die Brennerlaufzeiten Juli/August eingeschlichen. Die Brennerlaufzeiten dürften tatsächlich nur ca 3 Min. länger als im Juni gewesen sein. Also etwa 37 -38 Min. Vergleichen wir nun  Januar und Februar 2003 und 2004, dann können wir erkennen, das trotz längerer Brennerlaufzeit / Tag die Heizungspumpenlaufzeit pro Tag nochmal um 2 Std. täglich gesunken ist. Dies ist mit der Optimierung einiger Parameter im Optimal Start-Stop Programm zu sehen. Die Brennerstarts / Tag haben sich in nahezu dramatischer Weise um über 60 % verringert. Die Brennerlaufzeit/ Start hat sich im Gegenzug fast verdreifacht. Es handelt sich hier um eine Verstärkung der bereits oben genannten Programmfunktionen durch bessere Parametrierung. In wieweit sich diese Verbesserungen verbrauchsreduzierend auswirken, kann ich noch nicht sagen. Jedoch eines ist sicher. Die mechanische Belastung aller Komponeten durch häufiges Einschalten hat so erheblich abgenommen, das die Störhäufigkeit mit sicher ebenfalls abnimmt. Die verlängerten Brennerlaufzeiten verbessern den Gesamtwirkungsgrad der Feuerung, da nun der Anteil der Startphasen mit schlechterem Feuerungstechnischen Wirkungsgrad und erhöhtem Schadstoffausstoß (die ersten 3 Minuten) an der Gesamtlaufzeit proportional sinkt. Die Verringerung der Anfahremmissionen kommt sozusagen als “Bonbon” für die Umwelt gratis obendrauf. Wie man unschwer erkennen kann, hat der positive Trend der reduzierten Brennerstarts und der längeren Brennerlaufzeiten auch noch in den folgenden Monaten angehalten. Die Betriebsweise der Anlage ist also dauerhaft erheblich verbessert worden. Allerdingskann man im April, sowie ab September wieder eine Verringerung der Brennerlaufzeiten feststellen. Hier wirkt sich die Tatsache aus, das wir in den Osterferien unseren Urlaub zu Hause verbracht haben, und daher die Nutzungszeiten deutlich länger geworden sind. Gleiches gilt für die Zeit nach den Sommerferien, da ich aufgrund meiner Arbeitslosigkeit jetzt auch tagsüber durchheizen muß. Jahresauswertung der Betriebsstundenzähler Etliche der modernen Heizungsregler haben erfreulicherweise interne Betriebsstundenzähler. In Verbindung mit statistischen Ergebnissen aus der Fachpresse erleichtert die Auswertung der Zähler die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit einer Heizungsanlage. Anhand dieser Statistik kann man folgende Schlüsse ziehen: Was als allererstes auffällt, ist die 2004 und 2005 aufgrund der Arbeitslosigkeit dramatisch angestiegene Nutzungsdauer....da ich die Tagesheizpause nun entfallen lassen musste. Dennoch ist die Anzahl der Brennerstarts immer noch sehr gering und liegt erheblich unter den statistischen Werten (20.000 - 100.000 Starts / Jahr). Ob diese Zahl auch zukünftig haltbar ist, ist jedoch fragwürdig, da ich ja beabsichtige, nur soviel Wärme zu erzeugen, wie sinnvollerweise auch benötigt wird. Die Brennerlaufzeit ist mit ca. 1350 Std. / Jahr wieder deutlich unter den Angaben des VDI (1700 - 2100), ist jedoch mit dem von mir eingesetzten Brenner nicht weiter zu erhöhen, da eine weitere Leistungsrduzierung nicht möglich ist. Der Brenner ist an seiner Mindestleistungsgrenze angekommen. Im Januar 2005 habe ich sogar die Brennerleistung wieder etwas angehoben, um eine bessere Verbrennung zu bewerkstelligen. Im Januar 2006 hab ich die Brennerleistung versuchsweise wieder etwas reduziert....ich bin halt immer noch auf der Suche nach dem Optimium aus Verbrennungswerten und Starthäufigkeit Aufgrund der relativ geringen Brennerstarts ist die besonders verlustreiche Vorbelüftungszeit auf einen unkritischen Wert reduziert. Die Heizungspumpenlaufzeit mit jährlich ca. 3700 Std. zeigt die zusätzlichen Einsparpotentiale beim Pumpenstrom durch die konsequente Realisierung der Totalabschaltung und der Heizgrenze trotz der verlängerten Nutzungsdauer. Ich gehe davon aus, das sich in diesem Punkt nichts mehr optimieren lässt. Die Ein- und Ausschaltoptimierung arbeitet sehr zufriedenstellend. Ebenfalls sehr zufrieden bin ich mit der Anzahl der Warmwasserbereitungen, die meines Erachtens ebenfalls durchoptimiert ist, und nur noch zufällig in Abhängigkeit der Nutzungsgewohnheiten veränderlich ist. Einmal Boilerladen etwa alle 2 Tage ist für solch einen kleinen Boiler sehr gut...und liesse sich vermutlich nur noch durch die Nutzung eines Sonnenkollektors weiter reduzieren. Falls ich mal im Lotto gewinne, oder mir irgendjemand einen 300 Liter Solarboiler schenkt, werde ich auch dies noch in Angriff nehmen. Aber aufgrund der schlechten Amortisation dieser Maßnahme liegt hier die Dringlichkeit nicht so hoch... Was mir noch nicht so recht gefallen will, ist die hohe Anzahl an Pumpenstarts im Jahre 2003, die mit Sicherheit die Lebensdauer der Heizungspumpe reduzieren wird. Hier gilt es, ein Optimum zwischen Laufzeit und Starthäufigkeit zu erzielen. Diesen Faktor muss ich aber leider zur Zeit unberücksichtigt lassen, da ich momentan keine vergleichbare Betriebssituation habe.   Auch anhand der Durchschnittswerte kann man einige Schlussfolgerungen ziehen: Anhand der durchschnittlichen Pumpenlaufzeit von deutlich unter 15 h täglich kann man erkennen, das es keineswegs erforderlich ist, die Heizungspumpen ganzjährig durchlaufen zu lassen, um zu einem bestimmten Tagesabschnitt eine ausreichende Wärmeversorgung zu gewährleisten. In der vergangenen Zeit seit Beginn der Zähleraufzeichnungen hat die Nutzungszeit sich im dritten Quartal 2004 bedingt durch meine Arbeitslosigkeit verlängert. Ihr bisheriges Maximum hat sie 2005 erreicht, da dummerweise meine befristete Anstellung ausgerechnet während der Sommermonate stattfand. Auffällig ist in diesem Zusammenhang, das die Pumpenlaufzeit beiweitem nicht so stark gestiegen ist, wie die Nutzungszeit. Hier zeigen sich sehr deutlich die vorteilhaften Auswirkungen der energiesparenden Funktionen des optimierten Ein- und Ausschaltens, sowie der Heizgrenztemperaturabschaltung.   Die Brennerlaufzeit pro Start zeigt widerum, das es mir ziemlich gut gelungen ist, aus der verlust- und schadstoffreichen Brennerlaufzeit von unter 3 Min / Start herauszukommen. Die relativ langen Brennerlaufzeiten kann man direkt auf die Verbgrößerung  der Kesselschalthysterese und die Einführung der Brennersperre zurückführen. Allerdings ist hier leider wieder mit einer Verringerung zu rechnen, da hier das Optimum in der Regelgenauigkeit noch nicht erreicht war...und eine große Kesselhysterese auch erhöhte Oberflächenverluste nach sich zieht. Ich gehe dennoch davon aus, das ich mit den Brennerlaufzeiten im Durchschnitt deutlich über 10 Minuten pro Start bleiben werde. Die Brennerstarts werden vermutlich wieder ansteigen. Eine weitere Verbesserung durch die Verwendung der “Operativen Raumtemperatur” als Regelgröße sehe ich momentan nicht im messbaren Bereich. Meines Erachtens ist von der regelungstechnischen Seite aus keine deutliche Verbesserung mehr möglich. Potentiale liegen offenbar nur noch in den Gebaudehülle und in einer neuen Anlagentechnik

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