Projekt: Warmwasser-Fußbodenheizung Heizkreisverteiler – Schaltzustände der Stelltriebe mit HomeMatic und FHEM visualisieren

Vorweg:

Ich habe es so gemacht wie hier beschrieben und es hat gut funktioniert. Ich übernehme allerdings keine Haftung für Fehler in der Beschreibung, eurem falschen Umgang mit Strom, Werkzeugen, Materiallien oder sonstigem. Wer sich die Sache nicht selber zutraut, der soll besser die Finger davon lassen.

Was mich bewegte:

Wir bekamen eine neue Gastherme, die sparsamer und effektiver sein sollte. Sämtliche alten analogen Wandthermostate mit Bimetalllamellen habe ich durch digitale (Eberle FITnp 3R) ersetzt. Diese haben verschiedenste Einstellungen und könne diverse Programme fahren. Ich war mir nicht sicher, was die neuen Thermostate so tun und ich wollte mir das Ganze visualisieren lassen um festzustellen, ob alles so geht wie es soll. Nach einer gewissen Einlaufzeit der neuen Gastherme sollte noch ein hydraulischer Abgleich der Fußbodenheizung erfolgen. Ich wollte sehen, wie sich das ganze auf den Heizungsbetrieb auswirkt. Auch dafür war die Visualisierung zu gebrauchen. Das ganze wollte ich mit Homematic durchführen, weil die entsprechende Infrastruktur Haus-weit vorhanden ist.

Das habe ich beim Inspizieren eines Heizkreisverteiler vorgefunden:

Konzept:

Die Ansteuerung der Stelltriebe funktionieren mit 230V. Wenn ein Stelltrieb Strom bekommt macht er sein Ventil auf bis der Wandthermostat sagt „ist warm genug“ und den Strom abstellt. Dann macht der Stelltrieb sein Ventil zu. Praktischerweise wäre es schön einfach zu messen ob der Stelltrieb Strom bekommt (Ventil auf) oder nicht (Ventil zu). Zur einfachen Montage wollte ich das ganze auf eine 35 mm Hutschiene unterbringen. Im Verteilerkasten fand ich vorhandene Schrauben, die ich dazu „missbrauchen“ konnte eine Hutschiene zu befestigen. Zum Umsetzen des Anliegen von Strom in ein Schaltzustand (offen / geschlossen) nahm ich Koppelrelais. Diese bewirken genau das und das Ganze bei kompletter galvanischer Trennung. Zum Übertragen des Schaltzustands an FHEM habe ich das Homematic 8-Kanal-Sendemodul (HM-MOD-Em-8) vorgesehen. Dieses kann bei entsprechender Einstellung seiner 8 Kanäle ein Schaltzustand (offen / geschlossen) registrieren.

Material:

Die angegebenen Links sind nur damit ihr euch ein Bild machen könnt von den Materialien. Man bekommt die Sachen auch noch z.T. Wesentlich günstiger in Netz über Preissuchmaschinen oder v.a. bei den Koppelrelais gebraucht in der Bucht. Oder einfach mal im nächsten Elektrik/Elektronik Fachmarkt/Baumarkt nachfragen.

• Hutschiene 35 mm, L 1000, gelocht.
  Link: www.amazon.de/dp/B006J3ADGI
• Lochband 20 mm zur Montage der Hutschiene im Verteilerkasten.
  Link: www.amazon.de/dp/B00YXOIDOE
• Alpha Basis direct Anschlusseinheit B 50302-10N2 zum Verkabeln der Wandthermostate mit den Stellmotoren und den Koppelrelais. Von dem Teil gibt es auch andere Versionen mit Zusatzfeatures wie Uhr anschließen oder Steuerung der Heizkreispumpe. Wenn man das alles nicht braucht reicht das einfachste Modell.
  Link: www.voltus.de/elektromaterial/haustechnik/heizungssteuerung/moehlenhoff/basisstationen/230-v/moehlenhoff-b-50302-06n2-alpha-system-basisstation-230v-24v-nc-no-neutral-6-zonen.html
• Koppelrelais Eltako KR09-230V. Man braucht ein Relais pro zu überwachendem Heizkreis. Es können auch andere Koppelrelais sein wie z.B. von Phoenix oder Finder, die wesentlich günstiger sind. Es ist nur darauf zu achten, dass die den Anforderungen entsprechen und auch nicht heiß werden oder so, wenn sie über längere Zeit Strom bekommen. Ich musste die Eltakos nehmen, weil die sehr schmal sind und nicht so tief wie die der Konkurrenz, da in meinem Heizkreis-Verteilerkasten nicht so viel Platz ist.
  Link: www.amazon.de/dp/B000WVDLIU
• Homematic Komplettbausatz 8-Kanal-Sendemodul (HM-MOD-Em-8). Ich habe 2 Stück gebraucht, da ich 9 Heizkreise zu überwachen hatte, das Modul aber nur 8 Kanäle hat. Das Modul gibt es nur als Bausatz, ist aber nicht ganz so schwer zum löten.
  Link: www.elv.de/homematic-8-kanal-sendemodul.html
• 4x6cm Lochrasterplatine PCB Board zum Auflöten der HM Module.
  Link: www.amazon.de/dp/B00CGV6TZG
• Mean Well Hutschienennetzteil DR-15-12 12V für die Stromversorgung des HM Sendemoduls. Das Netzteil muss nicht viel Leistung bringen, da das HM-Sendemodul nur Milliwatt verbraucht.
  Link: www.amazon.de/dp/B00H2D6X8G
• Abzweigdose 115x90x55mm wasserdicht zum Unterbringen der HM Sendemodule.
  Link: www.amazon.de/dp/B00XP5QO5W
• Messing Spacer M2 zum Befestigen der HM Module in der Abzweigdose.
  Link: www.amazon.de/dp/B01IR7X8WE
• Stiftleiste 40polig pin strip cutable zum Herstellen der Kontakte vom HM Sendemodul zu den Koppelrelais.
  Link: www.amazon.de/dp/B00RAM19K6
• DC Stecker + DC Buchse 2,1 x 5,5 mm zum Verbinden der HM Sendemodule mit dem Netzteil.
  Link: www.amazon.de/dp/B00VG7FH0O
• 2,54mm Buchse Crimpkontakte sowie 2P 2,54mm Jumper Wire Pin Buchse Gehäuse sowie Zwillingslitze 0,14mm² zum Verbinden der Koppelrelais mit den HM Sendemodulen.
  Links: www.amazon.de/dp/B01MSU2LUV , www.amazon.de/dp/B00XBGJYAM , www.amazon.de/dp/B002QFGWSG
• Wago Klemmen zum Verbinden des Netzteils zur Stromversorgung.
  Links: www.amazon.de/dp/B00M6QCWRK , www.amazon.de/dp/B00LOG8M68
• Kabel 2-adrig, 0.5 mm zum Verbinden der Koppelrelais an die Stelltriebe und zum Verbinden des Netzteils zur Stromversorgung.
  Link: www.amazon.de/dp/B00JIL8914
• Diverse Aderhülsen
• Vernünftige Werkzeuge!!! Man macht sich das Leben unnötig schwer mit 50 Cent Werkzeugen aus der Resetrampe und man bekommt auch keine guten Ergebnisse.

 

Vorbereiten des HM Sendemodul Blocks:

Erstmal das Sendemodul zusammen löten, da es ein Bausatz ist. Das fertige Modul mittels den beiliegenden Sockelleisten auf die 4x6cm Lochrasterplatine löten. Auf der Oberseite der Lochrasterplatine auf Höhe der externen Schaltereingänge (TA1-TA8) zwei Stiftleisten löten. Diese dienen als Kontakte zum Verbinden mit den Koppelrelais. Auf der Unterseite der Lochrasterplatine verbindet man einen je einen Fuß der Stiftleisten mit je einem Kontakt der externen Schaltereingänge (TA1-TA8) des Sendemoduls bzw. dem entsprechenden Kontakt des Sockels. Die anderen Füße der Sockelleisten alle zusammen löten und mit Ground (GND) des Sendemoduls verbinden. Dann noch den 3,5-12V und den benachbarten GND mit einem Kabel mit einer DC Stecker verlöten. Dabei auf die Polung achten!

Jetzt kann man schonmal das HM-Sendemodul an das 12V Netzteil anschließen. Wie das geht steht weiter unten Man muss aber an die blanken Kontakte der 230V Eingangskabel eine SchuKo Stecker anschließen.Dann kann man das Sendemodul bereits in FHEM pairen und dann bei den jeweiligen Schaltereingängen, die sich in FHEM nach dem Pairen in „Unsorted“ befinden mit set EM-8-channel regSet triggerMode sensor auf den für diesen Zweck richtigen Mode einstellen. Die Prozedur ist etwas tricky, wird aber im FHEM Wiki gut beschrieben.

Link: https://wiki.fhem.de/wiki/HM-MOD-EM-8_8-Kanal-Sendemodul

Bitte aber immer daran denken, dass das HM-Sendemodul nur Befehle von FHEM umsetzt wenn man den Taster in der Mitte des Moduls drückt oder den State eines der Schaltereingänge ändert.

Nun kann man die Funktion der einzelnen Schaltereingänge durch nacheinander Kurzschließen der einzelnen Stifte-Paare an den Stiftleisten an der Lochrasterplatine des HM-Sendemoduls testen. Eine Änderung des State wird sofort in FHEM angezeigt. Wenn nicht ist etwas falsch.

Leider war die ganze Pairig und triggerMode setting Prozedur ziemlich frickelig und wollte oft nicht auf Anhieb und beim Pairig fehlten oft die Reg-Werte die das Modul gar nicht oder erst spät lieferte. Wenn man aber die Prozedur einmal erfolgreich abgeschlossen hat, dann funktioniert das HM-Sendemodul sehr zuverlässig.

 

An der Rückseite der Abzweigdose werden eine oder zwei schmale zurecht gebogenem Lochband-Stücke mittels Zugnieten angebracht. Diese dienen zum späteren Anbringen der fertigen Abzweigdose an die Hutschiene.

Im inneren der Abzweigdose wird das fertige Sendemodul mit den M2 Spacern angebracht. Dazu bohrt man 1-1,5 mm Löcher im Boden des Abzweigkastens auf den Markierungen die man durch Anlegen der Lochrasterplatine entsprechenden Löchern. Darin können die Spacer direkt eingeschraubt werden und dann wird die Lochrasterplatine mit HM Sendemodul befestigt. Seitlich noch Löcher für die später durchzuführenden Kable reinmachen.

 

Vorbereiten des Heizkreis-Verteilerkastens:

GANZ WICHTIG: BEIM ARBEITEN AN DEN KABELN IM VERTEILERKASTEN VORHER DIE SICHERUNG DES VERTEILERKASTENS AUSSCHALTEN UND ÜBERALL MIT STROMMESSER AUF STROMLOSIGKEIT PRÜFEN.

Erstmal den alten Kabelsalat auflösen. Vorher oder während dessen die Kabel und Stelltriebe mit wasserfestem Stift beschriften und ein paar Fotos machen damit man noch weiß was mit was verbunden sein muss.

 

 

Nun wird die auf passender Länge zurechtgeschnittene Hutschiene mittels aus breitem Lochband gebogenen Haltern im Verteilerkasten montiert. Ich habe aus Stabilitätsgründen 2 je Seite genommen..

 

 

Vorbereiten der Koppelrelais:

Pro Koppelrelais wird ein 50 cm langes Stück Zwillingslitze 0,14mm² an einem Ende mit 2,54 mm Buchsen-Krimpkontakten sowie 2P 2,54mm Buchsengehäuse versehen und am anderen mit dünnen Aderhülsen.

Weiterhin wird ein 50 cm langes Stück 2-aderiges 0,5 mm Kabel an beiden Enden abisolieren und mit Aderhülsen versehen.

Jetzt wird jedes Koppelrelais an den mit A1, A2 beschrifteten Kontakten das vorbereitete 2-aderige 0,5 mm Kabel und an den mit 1, 2 beschrifteten Kontakten die vorbereitete 0,14mm² Zwillingslitze angebracht.

Falls ein anderer Relais-Typ verwendet wird auf die richte Polung achten sonst raucht es. Das 0,5mm Kabel muss an 230V die 0,14mm Litze an den Stiftleisten der Lochplatine des HM-Sendemoduls.

 

Vorbereitung des 12V Netzteils:

Zwei 50 cm lange Stücke 2-aderiges 0,5 mm Kabel zuschneiden, alle Enden abisolieren und mit Aderhülsen versehen. Eines der Kabel bekommt eine DC Buchse angeschraubt. Diese Kabel wird dann dann an den 12V Ausgang des Netzteils angeschraubt, dabei auf die Polung achten. Das andere Kabel kommt an den 230V Eingang.des Netzteils

 

Zusammenbau:

Zunächst den Alpha direkt Verteiler mit der richtigen Sicherung für den 230V oder 24V Betrieb der Stelltriebe sowie den Hutschienen-Arretierungen auf der Rückseite versehen. Nun den Alpha direct an der Hutschiene befestigen und an eine strategische günstige Position schieben, so dass man mit allen zuvor freigelegten Kabeln gut drankommt und dann den transparenten Deckel abnehmen.

 

Die Vorbereitungen sind jetzt abgeschlossen, jetzt geht es ans „fröhliche“ Verkabeln…

Bitte auf die zuvor angebrachten Beschriftungen achten damit die zusammengehörenden Wandthermostate und Stelltriebe zusammen kommen.

Die Alpha direct Kontakte werden nur gesteckt (ca. 1 cm abisoliertes Kabel oder Aderhülse). Zum raus ziehen einfach den weißen Taster mit einem kleinen Kreuzschlitz-Schraubenzieher eindrücken und Kabel abziehen.

Die breiten Zugentlastungen sind für die Kabel von den Thermostaten. Bei mir sind die 5-aderig (2 x Phase [schwarz], 1 x Neutral [blau], 1xSignal [braun], 1 x Erde [gelbgrün]). Bei den breiten Zugentlastungen sind noch vorgestanzte Kunststoffnasen, die man wegbrechen kann, wenn man wirklich 10 Heizkreise anschließen muss. Dann kommen je 2 Kabel voreinander rein. Die Thermostat-Anschlüsse sind im oberen Teil des Alpha direct mit der Beschriftung L/L1 für Phase (schwarz), N/L2 für Neutralleiter (blau) und der Pfeil für den Signaleingang (braun). Jeweils die 3 Adern unter geschickten kürzen und Abisolieren so in die vorhandenen Kontakte stecken dass es möglichst keine großen Kabelüberschuss gibt. Die verbliebenen 2 erst mal auf die Seite biegen, damit die nicht stören.

Die Stelltrieb-Anschlüsse kommen in die unteren Kontakte des Alpha direct. Polung ist egal. Für die Stelltrieb-Kabel eignen sich die dünnen Zugentlastungen, da die zuführenden Kabel nur 2-aderig sind. Die Stelltrieb-Anschlüsse, die sich im Alpha direct unterhalb der jeweiligen Thermostaten-Anschlüsse befinden haben mal zwei und mal nur einen Anschluss für einen Stelltrieb. Bei denen mit 2 Stelltrieb-Anschlüssen kann man einen verwenden um den A1/A2 Eingang des Koppelrelais anzuschließen. Bei denen mit nur einem Stelltrieb-Anschluss muss man sich mit Wago-Klemmen behelfen.

Der Stromanschluss des Alpha direct befindet sich ganz links und hat nur einen L und N Kontakt. Bei mir hatte das 230V Kabel noch eine Erde Ader. Das Stromkabel nicht direkt am Alpha direct anschließen, sondern über je eine Wago-Klemme mit 3 Leitern pro Ader. Der frei gebliebene Anschluss an den Wago-Klemmen ist später für das 12V Netzteil.

Wie gesagt hatten meine Wandthermostat-Kabel 5 Adern. Ich musste nun die nach dem Anschließen an das Alpha direct verbliebenen 2 Adern (Phase und Erde) noch unterbringen. Da ich die Wandthermostate selbst eingebaut hatte wusste ich, dass die Erde-Ader in den Wandbuchsen unangeschlossen zusammengerollt drin lagen. Somit hätte ich die Erde-Adern am Appha direct einfach ab-knipsen können und es wäre nichts passiert. Aber man weiß ja nie was kommt und so habe ich die Erde-Adern verlängert und über Wago-Klemmen mit der Erde des Stromanschlusses des Heizkreis-Verteilerkastens verbunden. Bei den zweiten nicht angeklemmten Phase-Adern sah das ganze anders aus. Die alten analogen Wandthermostaten hatten beide Phasen-Adern verwendet. Somit mussten auf beiden Strom liegen. Deswegen habe ich dann im Alpha direct sämtliche verbliebenen Phase-Adern über Wago-Klemmen miteinander verbunden, aber nicht an die Phase des Stromanschlusses des Heizkreis-Verteilerkastens.

Nun noch die Koppelrelais mir dem A1/A2 Anschluss an die freien Stelltrieb-Kontakte im Alpha direct und mit dem 1/2 Anschluss an die Pins der HM-Sendemodule. GANZ WICHTIG: IMMER SCHÖN NOTIEREN, WELCHER HEIZKREIS MIT WELCHEN SCHALTEREINGANG AM HM-SENDEMODUL ANGESCHLOSSEN IST SONST FÄNGT HINERHER DIE RATEREI AN.

Das 12V Netzteil an die vorbereiteten Wago-Klemmen im alpha direct anschließen und mit der DC Buchse an den DC Stecker des HM Sendemoduls.

 

Stunden später sieht das Ergebnis so aus:

 

Jetzt noch den Deckel des Alpha direct und des Kastens mit dem HM Sendemodul drauf machen und die Sicherung des des Heizkreis-Verteilerkastens einschalten. Hoffentlich knallt jetzt nichts.

So sieht das fertige Ergebnis aus:

 

Jetzt das ganze noch in FHEM schön machen und dann kriegt man so etwas:

Und so etwas:

Anmerkungen zum Schluss:

Bei mir hat alles auf Anhieb funktioniert, weil ich mir vorher alles genau geplant und nicht einfach drauf los gebastellt habe. Lediglich ein Zimmer ist kalt geworden, was daran lag, dass sich ein Kontakt des entsprechenden Stelltriebs im Alpha direct gelöst hatte. Kontakt wieder reingesteckt und alles war OK.

Da jetzt Komponenten die 230V führen nicht spritzwassergeschützt an der Hutschiene hängen, empfehle ich den Heizkreis-Verteilerkasten mit einem FI-Schutzschalter auszustatten. Das würde ich aber am Stromverteilerkasten von einem Elektriker machen lassen. Im Prinzip sollte aber kein Wasser am Heizkreisverteiler austreten, das wäre eh schlecht und müsste beseitigt werden.

Wenn man andere als die von mir verwendeten Koppelrelais verwendet, so sollte man sich erst mal eines besorgen und mit dem A1/A2 Eingang mal an 230V anschließen und mehrere Stunden unter Strom lassen. Ab und zu die Hand an den Relais legen und prüfen ob das Teil nicht heiß wird. Das habe ich so bei den Eltakos gemacht und die sind ein Tag lang unter Strom gewesen ohne auch nur mal lauwarm zu werden.

Manchmal werden Relais als Koppelrelais angeboten, die gar keine richtigen sind und wo z.B. die galvanische Trennung von A1/A2 und 1/2 nicht gewährleistet ist. Am besten mal das Datenblatt des Herstellers aufrufen und schauen was da steht. Ich habe von allen namhaften Koppelrelais Herstellern (Eltako, Finder, Phoenix) ganz leicht die entsprechenden Informationen im Netz gefunden. Schaut auch mal im Datenblatt ob die Dinger überhaupt in euren Heizkreis-Verteilerkasten reinpasst. Manchmal sehen die auf dem Bildern im Netz kein aus sind dann aber doch ziemlich groß oder tief.

 

Was hat mir das ganze jetzt gebracht:

Beim Neuverkabeln habe ich festgestellt, dass der Heizkreis der Küche mit dem Thermostaten des Gäste-WCs verbunden war und anders herum. Das war aber seit 15 Jahren nicht aufgefallen, weil es in der Küche durch die ganzen Geräte und das kochen eh immer warm ist und das Gäste-WC innen liegend ist, also ohne Kontakt zu einer Außenwand und zudem noch ganz winzig. Deswegen kühlt das auch nie aus.

Der hydraulische Abgleich erfolgte erst neulich und da ich die Heizkreisüberwachung schon vorher am laufen hatte, habe ich festgestellt, dass Heizkreise die vor dem Abgleich fast durchgehend zu waren jetzt dauer-offen sind und es reicht immer noch nicht um auf die am Thermostat eingestellte Temperatur zu kommen. Das ist bekloppt. Gott sei Dank war ich dabei als der Abgleich gemacht wurde und ich werde einige Kreise wohl etwas nachbessern müssen.

Wenn sonst alles richtig läuft und viele/alle Heizkreise trotz Dauerheizen die Räume nicht auf die voreingestellte Temperatur wärmen können, kann es sein, dass etwas an eurer Heizanlage falsch eingestellt ist wie z.B. die Heizkurve, oder der Aussentemperatur-Fühler ist defekt, oder die Umwälzpumpe der Fußbodenheizung hat zu wenig Leistung. Dann sollte man, wenn man sich selber nicht auskennt, mit dem Heizungsfachmann eures Vertrauens auf der Suche nach der Fehlerursache machen. Wenn es nur einzelne Räume sind, die die voreingestellte Temperatur nicht erreichen können, kann das an einem verklemmten Ventil im Heizkreisverteiler liegen, das war bei uns auch der Fall, aber ohne der Überwachung wäre mir das nicht aufgefallen.

Anhand der Auswertung in FHEM konnte ich feststellen, das ein Thermostat falsch eingestellt war. Die PWM Zeit war auf 10 Minuten eingestellt anstatt auf 30 Minuten, wie für die träge Warmwasser-Fußbodenheizung besser ist, deswegen ging der Heizkreis alle 2 Minuten auf und wieder zu. Das hätte ich so ohne weiteres nicht raus gefunden.

Ich hatte zunächst gedacht, dass wenn ich den Deckel der Heizkreis-Verteilerkastens schließe, der wie der Verteilerkasten selbst aus Metall ist, ich einen Faradayschen Käfig habe aus dem die 868 Mhz Signale des HM-Sendemoduls nicht mehr raus können. Dem ist aber nicht so. Der RSSI der HM-Sendermodule liegt mit geschlossenem Deckel zwischen 70 und 80, also noch gut genug. Ansonsten hätte ich den Deckel mit der Flex ein einige Zentimeter großes Fenster verpasst und von innen mit Zugnieten eine 2mm Acrylglas Scheibe montiert. Das hätte dann gereicht.

Ich hatte dummerweise in einem Raum einen digitalen Thermostaten von Merten (MEG5775-0000) verbaut und der kann trotz anders lautenden Werbeaussage kein PWM und in dem Raum ist entweder zu warm oder meistens zu kalt, weil der macht stundenlang an und dann wieder stundenlang aus, was man anhand der Heizkreisüberwachung gut sehen kann. Auch die Ventilschutzfunktion die Eberle Thermostaten haben fehlt. Diese  ist sehr nützlich, da jetzt nach 13 Jahren analoger Thermostate einige Teile der Heizkreiseventile so fest sind, dass der hydraulische Abgleich nicht mehr funktioniert. Werde demnächst auch den Merten Thermostat gegen einen von Eberle tauschen.

In FHEM habe ich durch ein Notify immer die aktuelle Anzahl der offenen Heizkreise. Später möchte ich die Pumpe für die Fußbodenheizung ausschalten lassen wenn alle Heizkreise zu sind.

Inzwischen habe ich auch den Heizkreis-Verteiler im Keller entsprechend verkabelt. Dort waren aber nur 5 Heizkreise und deshalb einfacher:

Es bleibt noch das Obergeschoss aber im Moment habe ich keine Lust dazu.

VIEL SPASS BEIM NACHBAUEN!

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