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Heizung für die Katzenhütte

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Nach 3 Monaten harter Übung hat der Kater endlich kapiert, wozu die Katzenhütte gut ist. Jetzt geht er ganz allein nachts durch die chip-gesicherte Katzenklappe in sein Katzenhaus zum Futtern und macht so in der Regel jede Nacht irgendwo durch, ohne uns zu stören.

Damit der Kater auch im Winter in der Hütte nicht friert, habe ich jetzt eine Elektroheizung eingebaut. Nach etwas Recherche habe ich mich für eine selbstgemachte Fußbodenheizung mit auf Alublech geklebten Heizfolien entschieden. Fünf passende Heizfolien 23×33 cm je 15 Watt gab’s bei Conrad. Zwei 1mm-starke Alubleche habe ich mir bei eBay anfertigen lassen. Alles andere war entweder zu teuer oder passte von den Maßen überhaupt nicht. Für eine intelligente Steuerung hab ich mir zwei Bewegungsmelder (via eBay aus China) und einen Temperaturschalter M169 von Kemo zugelegt. Alles natürlich für 12V, damit der Kater keinen Schlag bekommt, selbst wenn er in die Verkabelung beißt (was er normal nicht tut). Zur Ausstattung gehört deswegen auch ein 12V-Netzteil auf 6A, das an der zusätzlich gelegten Steckdose in der Garage hängt.

Der Schaltplan ist relativ komplex geworden. Denn ich wollte, dass die Heizung durchgängig läuft, wenn es sehr kalt wird (unter ca. 5°C in der Hütte). Durch die Dämmung der Hütte und die Garage, entspricht das einer Außentemperatur von vermutlich unter -5°C oder so. Das werde ich mit dem Kemo-Thermostat noch genauer einstellen, wenn es soweit ist. Außerdem soll die Fußbodenheizung etwas laufen, wenn der Kater in der Hütte ist, damit ihm die Pfoten an den Aluplatten nicht frieren. Beide Modi sollen von zwei Glühbirnchen angezeigt werden, die ich in den Rahmen der Katzenklappe draußen eingebaut habe. Durch einen Schalter (den ich noch nicht einbaut habe) kann man das Ganze in den Sommermodus schicken, so dass die Heizung gar nicht läuft und nur ein Kontrolllicht angeht, wenn der Kater in seinem Häuschen ist. Natürlich funktioniert das mit den Bewegungsmeldern nur solange sich der Kater nicht schlafen legt und sich dabei 4 Minuten lang (=maximale Schaltdauer) nicht bewegt. Ansonsten sind die Bewegungsmelder sehr sensibel.

Vier Heizfolien für die Pfotenheizung sind paarweise in Reihe geschaltet und geben insg. 15 Watt Wärme ab – es bleibt abzuwarten, ob das ausreicht. Ansonsten könnte man sie parallel schalten und mit einem 12V-Dimmer herunterregeln. Die fünfte Folie unter den Näpfen heizt (nur bei Frost) volle Kanne mit weiteren 15 Watt. Man muss auch beachten, dass alle Komponenten und Kabel für den relativ hohen Strom (aktuell bis 2,5 A, bei 5 Folien ausbaufähig bis 6,25 A) ausgelegt sind. Deswegen habe ich die Kabelenden mit Wago-Hebelklemmen zusammengeschaltet, obwohl eine Platine mit sinnvoll verteilten Anschlussklemmen sicherlich komfortabler zu verdrahten wäre. Eine kleine Herausforderung war dann, alles in 3 Verteilerkästchen zu verstauen, die genauso wie der Temperaturschalter in die Decke der Hütte integriert wurden.

Der Kater kennt sich mit der Hütte aus
Der Kater kennt sich jetzt mit der Hütte aus
Lämpchen in den Rahmen der Katzenklappe einbauen
Lämpchen in die Katzenklappe einbauen
Lichter zeigen, was in der Katzenhütte los ist
Lichter zeigen, was in der Katzenhütte los ist
Heizfolien werden auf Aluplatten geklebt
Heizfolien werden auf Aluplatten geklebt
Die Verkabelung verläuft unsichtbar in der Wand
Die Verkabelung verläuft unsichtbar in der Wand
In der Hütte sieht man die Bewegungsmelder und Heizplatten
Drinnen: Heizplatten und Bewegungsmelder
Schaltplan der Elektrik für die Katzenhütte
Schaltplan der Elektrik für die Katzenhütte
So sieht die Verdrahtung praktisch aus
So sieht die Verdrahtung praktisch aus
Die Anschlüsse ans Stromnetz und an die Lämpchen
Die Anschlüsse an Strom und die Lämpchen
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Erdwärmepumpe startet in die Heizsaison

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Im Oktober beginnt bei uns die Heizsaison. Die Wärmepumpe läuft nicht mehr 1-2 mal am Tag nur fürs Warmwasser, sondern brummt auch in der Nacht ein paarmal. Die Abschalttemperatur setze ich in den Einstellungen von meiner Vaillant VWS für den Winter von 12° auf 15°C hoch. Sonst wird es irgendwann zu kalt im Haus, wenn die Tagestemperatur knapp unter 15 Grad pendelt und die Wärmepumpe nicht heizt.

Die Soletemperaturen liegen jetzt bei sehr guten 9-10°C am Ende des Heizzyklus. Ich bin gespannt wie sich das im Winter entwickelt, da bei uns in der Straße noch einige andere Erdwärmepumpen mit Erdsonden in Betrieb gehen. Eine kleine Beeinflussung durch die Wärmeentnahmen anderer Sonden ist nie auszuschließen, obwohl es nach dem Schweizer Wärmepumpenwiki ab 10 Meter Abstand keine Beeinträchtigung messbar ist. Die deutsche VDI-Richtlinie 4640 spricht sogar von nur 5-6 Meter Abstand, die mindestens eingehalten werden sollen.

Je nach Außentemperaturentwicklung und Sonneneinstrahlung läuft die Wärmepumpe in dieser Übergangszeit 1 bis 9 mal am Tag. Wenn es kälter wird, stabilisiert sich das erfahrungsgemäß auf 10-11 Starts. Wegen guter Soletemperaturen und niedriger Vorlauftemperaturen (=geringer Hub erforderlich) sind die aktuellen Tagesarbeitszahlen der Wärmepumpe sehr gut und liegen (ohne Berücksichtigung der Warmwasserzubereitung) jenseits von 5,5. Mit Warmwasser immer noch bei guten 4,5.

Sehr gute Soleeintritttemperatur im Herbst
Sehr guter Soleeintritt im Herbst

 

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Takthäufigkeit der VWS Wärmepumpe

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Idealerweise soll die Wärmepumpe 24h durchlaufen. Dafür müsste sie ihre Wärmeleistung entsprechend der aktuell benötigten Heizlast verändern. Man spricht dann von einer Modulation. Es gibt zur Zeit jedoch nur wenige modulierende Luft-Wärmepumpen und soweit ich weiß keine einzige modulierende Erdwärmepumpe auf dem Markt. Das heißt, die Wärmepumpe gibt immer fast die gleiche Wärmeleistung ab. Bei uns sind das im Heizbetrieb je nach Temperaturhub (Differenz Vorlauftemperatur minus Soletemperatur) irgendwas zwischen 6500 und 7100 Watt. Abhängig von der Außentemperatur schwankt die Heizlast des Hauses aber gewaltig, daher muss die Wärmepumpe immer wieder ein- und ausgehen, um die berechnete  Vorlauftemperatur zu halten.

Es wird im Internet letzte Zeit viel gefragt, wie oft die Wärmepumpe eigentlich am Tag starten soll. Zu viele Starts gehen in erster Linie zu Lasten der Langlebigkeit des Kompressors. Denn dieser erlebt jeden Start sehr heftig. Auch wegen dem hohen Anlaufstrom. Es gibt verschiedene inoffizielle Zahlen darüber, wie viele Starts ein Kompressor im Schnitt überleben kann. Die Bandbreite schwankt von 70.000 bis 250.000 Kompressorstarts. Mit unseren 10-11 Starts pro Tag im Winter und 1-2 Starts im Sommer liegen wir also im Schnitt bei mind. 35 Jahren. 🙂

Es stimmt jedoch nicht, dass kurze Taktzeiten die Arbeitszahlen der Wärmepumpe stark schädigen. Mal abgesehen von häufigen Vorläufen der Solepumpe, die nutzlos Strom verbrauchen, läuft die Erdwärmepumpe am Anfang des Heiztaktes dank höherer Soletemperatur effizienter als zum Ende des Heiztaktes. Es spricht also vor allem der Kompressorverschleiß für längere Taktzeiten.

Sehr kurze Taktzeiten (etwa häufiger als 1 Start pro Stunde  – man spricht vom „Takten der Wärmepumpe“) sind aber ein Zeichen davon, dass im System etwas nicht stimmt. Die Wärmepumpe kann überdimensioniert sein oder man verwendet eine „zu eng“ eingestellte Einzelraumregelung oder man hat einen falsch ausgelegten Pufferspeicher oder eine hydraulische Weiche in der Hydraulik. Es können viele Gründe sein – alle sprechen für eine kleine oder große Verschwendung im Heizsystem.

Bei der Vaillant Geotherm VWS Wärmepumpe kann man die Taktzeiten mit der Einstellung des Energieintegrals für den Kompressorstart ein wenig steuern. Beim Startwert von -120°min hatten wir 12-13 Starts pro Tag. Jetzt haben wir die Einstellung -150°min und ca. 10-11 Starts pro Tag. Und dieser Wert ändert sich praktisch nicht in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Natürlich werden bei sinkenden Temperaturen die Pausen kürzer und die Laufzeiten länger. Ab ca. +10°C gibt’s auch weniger Starts.

Kompressor Start ab - Einstellung der VWS
Kompressor Start ab - Einstellung der VWS
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Heizkurve der Vaillant Geotherm VWS einstellen

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Die Heizkurve und die Raumsolltemperatur sind die zwei wichtigsten Einstellungen in der Wärmepumpe von Vaillant, wenn es darum geht, dass es im Haus warm wird und angenehm warm bleibt. Die Heizkurve kombiniert mit der Außentemperatur ergibt die Vorlaufsolltemperatur, die die Vaillant Geotherm versucht im Heizkreis zu halten. Wie hoch die tatsächlichen Raumtemperaturen sind, das weiß die Wärmepumpe von Vaillant nicht. Die Steuerung über die tatsächlichen Raumtemperaturen funktioniert bei der Fußbodenheizung eh nicht, dafür ist die Fußbodenheizung zu träge. Deswegen muss man der Wärmepumpe über die richtige Einstellung der Heizkurve helfen. Damit es sich dann auch in jedem Raum gut anfühlt, ist ein hydraulischer Abgleich der Fußbodenheizung unerlässlich.

Die Heizkurve unserer Wärmepumpe ist seit vielen Monaten auf 0,25 eingestellt. Und das passt. Die Steigung 0,25 heißt, dass die Vorlaufsolltemperatur um etwa 1 Grad steigt, wenn die Außentemperatur um 4 Grad sinkt. Je schlechter das Haus gedämmt ist, desto steiler muss die Heizkurve laufen. Bei modernen Häusern mit Fußbodenheizungen sind Heizkurven 0,1 bis 0,3 meist passend. Wenn es bei sinkenden Außentemperaturen im Haus kälter wird, braucht man eine steilere Heizkurve und andersrum. Ein bisschen Experimentieren lohnt sich. Eine flachere Heizkurve bedeutet weniger Vorlauftemperatur, d.h. weniger Energiebedarf und höhere Effizienz der Wärmepumpe.

Über die Einstellung der Raumsolltemperatur kann man die Heizkurve parallel verschieben. Hier gilt es eine komfortable Temperatur im Haus zu finden. Dabei beeinflusst die RaumSOLLtemperatur die RaumISTtemperatur nur mittels der berechneten Vorlaufsolltemperatur. Wie warm es im Raum tatsächlich ist, davon erfährt die VWS Wärmepumpe nichts. Raumtemperaturfühler hat sie nicht. Die Raumsolltemperatur kann man in Vaillant Geotherm VWS auch im Zeitablauf programmieren. Z.B. 1-2 Grad kälter nachts (Absenkung) oder gleich 15°C wenn man über Tage im Urlaub ist (Ferienzeiten).

21°C Raumsolltemperatur fühlen sich bei uns recht komfortabel, d.h. wir bekommen wirklich ca. 21° tatsächliche Raumtemperatur. Mit 22°C ist es noch besser. Bis 15 Uhr und ab 21 Uhr reicht jedoch auch 20°, sonst ist es nachts und vormittags unnötig warm im Haus. Dabei weiß ich noch nicht, ob diese kleine Absenkung die Raumtemperaturen wirklich beeinflusst. Nach dem subjektiven Gefühl passt das aber.

Bei neueren Versionen der Vaillant Steuerung kann man die Heizkurve auch um weniger als 1 Grad verschieben. Dafür ändert man einfach die Kalibrierung des Außensensors oder des VF2-Fühlers um 0,5K. Ansonsten ist die Vaillant Heizkurve relativ grob (siehe Bild) und macht immer die Sprünge um einen ganzen Grad. Es gibt auch Meldungen von den Nutzern der Vaillant VWS, die die Heizkurvensteuerung zugunsten einer konstanten Vorlaufsolltemperatur ganz abgestellt haben. Das scheint auch gut zu funktionieren.

Heizkurve 0,25 von Vaillant Geotherm VWS bei Raumsolltemperaturen 20°C, 21°C und 22°C
Heizkurve 0,25 von Vaillant Geotherm VWS
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Die Wärmepumpe schlägt sich durch den Winteranfang

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Unsere Vaillant VWS Wärmepumpe schlägt sich erfolgreich durch den heftigen Winteranfang. Die genauen Statistiken der letzten zwei Wochen zeigen viel Interessantes. Es ist klar, dass die tägliche Betriebsdauer und die Menge der Heizwärme direkt von der durchschnittlichen Außentemperatur abhängt, während die Wärmemenge fürs Warmwasser relativ konstant um 4 kWh täglich pendelt (je nach Anzahl der Aufladungen). Aber auch die Arbeitszahl (Energieoutput durch -einsatz) im Heizbetrieb sinkt deutlich mit den fallenden Außentemperaturen wegen steigenden Vorlauftemperaturen. Bei Warmwasserzubereitung liegt die Arbeitszahl bei bescheidenen ca. 2,5. Unser Soleeintritt liegt am Ende des Heiztaktes bei 6°C, was nach einer Kältewoche gar nicht schlecht ist.

Eine weitere Erkenntnis: Die Anzahl der Starts des Kompressors verändert sich mit der Außentemperatur kaum und pendelt um 12 Starts pro Tag (je nachdem wie die EVU-Sperrzeiten einschneiden). Darauf hat wohl nur die Einstellung des Energieintegrals (EI) für den Kompressorstart von -120°min den Einfluss.  Man könnte den Kompressor etwas schonen, wenn man das EI z.B. auf -150°min verändert. Dann startet der Kompressor etwas seltener. Ich weiß jedoch nicht, ob und wie sich das auf die Arbeitszahlen auswirkt.

Es war beruhigend festzustellen, dass am bisher kältesten Tag (2. Dezember 2010 mit  -6,2°C im Schnitt) unsere Wärmepumpe nur 13 Stunden und 7 Minuten gelaufen ist. Das heißt, wir haben noch fast 9 Stunden Reserve (2 Stunden pro Tag sind Sperrzeiten). Ich vermute, auch bei ganztägig -10°C ist noch mehr als genug drin. Die Dimensionierung unserer Wärmepumpe ist daher auf keinen Fall zu groß. Gut, dass wir die kleine 5,9 kW Wärmepumpe genommen haben.

Vaillant VWS bei fallenden Temperaturen
Vaillant VWS bei fallenden Temperaturen
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Heizen im Sommer

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Langsam wird es doch endlich etwas wärmer. Ich habe mich gefragt, ob ich die Wärmepumpe irgendwie manuell in den Sommerschlaf schicken soll, so dass sie nur noch Warmwasser produziert, oder passiert das automatisch. Es gibt bei Vaillant VWS eine Einstellung „AT-Abschaltgrenze“. Da kann man angeben, bei welcher Außentemperatur die Wärmepumpe den Heizbetrieb einstellt. Ansonsten kann man an Vaillant VWS manuell nichts abschalten.

Dummerweise ist bei der AT-Abschaltgrenze vom Werk aus 22° eingestellt, so dass die Wärmepume nur an heißen Tagen wirklich einschläft. Man braucht aber spätestens schon ab 15-17° eigentlich keine Heizung mehr, es sei denn man macht die Fenster auf. Die Wärmepumpe schaltet dann auch extrem selten und kurz (nachts) die Heizung an, da nur sehr wenig Wärme tatsächlich benötigt wird. Die Heizungspumpen laufen aber konstant durch (mit Ausnahme der Zeit für Warmwasserzubereitung, da ist die externe Heizungspumpe aus), solange AT-Abschaltgrenze nicht erreicht ist.

Deswegen habe ich eine Empfehlung aus dem Social Web aufgenommen und die AT-Abschaltgrenze auf 12° runtergesetzt. Bei gut gedämmten Gebäuden soll das voll reichen. Die paar Stunden, wo es Nachts kühler wird, gleicht der Wärmevorrat vom warmen Tag komplett aus. Erst unter 12° springt die Heizungspumpe an und die integralbasierte Vaillant-Wärmesteuerung fängt an zu rechnen. Allein durch die Abschaltung von zwei Heizungspumpen ergibt sich eine Ersparnis von ca. 120 Watt. Und der Kompressor, der nachts nicht mal kurz anspringen soll, wird auch geschont.

Außentemperatur-Abschaltgrenze runter auf 12° C
Außentemperatur-Abschaltgrenze auf 12° C
Die Pumpen sind aus, die Heizung schläft
Die Pumpen sind aus, die Heizung schläft