Lösungskonzept Einzelraumregelung Heizung mit 1-Wire

[Thorsten Pferdekaemper]

Meine Möhlenhoff Stellantriebe werden nicht warm

Tja, da frage ich mich, ob die Teile überhaupt noch richtig funktionieren, wenn ich die an meine z.T. 70°C warmen Heizkörper schrauben würde.

- verbrauchen aber nur 1W (230V) im angeschalteten Zustand und brauchen gut 2-3 Minuten.

Das scheint die normale Zeit für einmal komplett zu bis komplett auf zu sein.

Ich vermute mal, wenn "more Power" vorhanden ist, daß die Dinger auch schneller schalten können. Damit steigt dann aber auch der notwendige Strom für jeden Radiator - und das wird auf die Jahre gesehen doch teurer...

Wie soll das gehen? 500V dranhängen? Die Power wird ja durch den Widerstand des Heizelements und die Spannung vorgegeben. D.h. man kann da nicht mehr Power draufgeben.

Thorsten, welches Problem hast Du den mit den Ventilen der Homematic-Stellantriebe im Detail?

Also:

• Ich kann nicht auf Änderungen der Vorlauftemperatur reagieren. ...oder nur sehr indirekt und damit zu langsam. Es ist immer blöd, wenn es im Schlafzimmer 25°C hat, weil gerade jemand geduscht hat. Da wäre es besser, wenn ich direkt die Ventilstellung vorgeben könnte. Ich weiß, mit Tricks geht das auch bei HM, aber das ist nicht wirklich schön.
• Die Stellkraft beträgt glaube ich nur 60N (ich finde jetzt die Quelle nicht mehr). Die thermischen Teile können so ungefähr 100N.
• Die Teile haben Batterien.
• Die Dinger sind nicht sonderlich stabil. Meine Katzen halten sie gerade noch aus, aber ich weiß nicht, was passiert, wenn mein Kleiner laufen lernt.
• Wer Funk kennt, nimmt Kabel...

Gruß,
   Thorsten

[Morgennebel]

Wie soll das gehen? 500V dranhängen? Die Power wird ja durch den Widerstand des Heizelements und die Spannung vorgegeben. D.h. man kann da nicht mehr Power draufgeben.

In meiner simplen Welt hat ein Stellantrieb mit höheren Widerstand des Heizelements mehr Power. D.h. ein Stellantrieb, der 3-5W zieht, sollte den Toggle schneller vornehmen können...? Hab da einen SIEMENS Stellantrieb mit 4W gefunden, der macht den toggle in 150s...

Ich kann nicht auf Änderungen der Vorlauftemperatur reagieren. ...oder nur sehr indirekt und damit zu langsam. Es ist immer blöd, wenn es im Schlafzimmer 25°C hat, weil gerade jemand geduscht hat. Da wäre es besser, wenn ich direkt die Ventilstellung vorgeben könnte. Ich weiß, mit Tricks geht das auch bei HM, aber das ist nicht wirklich

Das klingt... seltsam... Aber ist das Problem jetzt an den Radiatoren oder an der Heizung selbst zu suchen? Vielleicht wäre ein nachträglich eingebauter Mischer für die Radiatoren mit den STELLMOTOR-Modul der elegantere Ansatz? Warum macht der Heizungsthermostat nicht früher zu - ich kann mir nur schwer vorstellen, daß bei measured-temp > desired-temp der Heizungsthermostat zumacht und dann das Zimmer noch bis 25 Grad mit der Resttemperatur aufheizt...?

Die anderen Argumente sind "Halbargumente". Mit Axial-Ventilen schauen die Heizungsthermostaten nicht besonders hervor und die haben meiner 10- und 12-jährigen Kinder bisher überlebt. Vielleicht habe ich in den nächsten 4 Jahren ein Verlust von 2-3 Thermostaten (=100 EUR) - damit kann ich leben. Dafür läuft es, die Ersatzteile kommen schnell und einfach und selbst meine Kinder können die Batterien wechseln...

Ciao, -MN

[Thorsten Pferdekaemper]

In meiner simplen Welt hat ein Stellantrieb mit höheren Widerstand des Heizelements mehr Power.

Naja:
    P = U * I und U = R * I (oder auch I = U / R)
    => P = U * U / R
D.h. kleinerer Widerstand macht größere Leistung bei gleicher Spannung.

D.h. ein Stellantrieb, der 3-5W zieht, sollte den Toggle schneller vornehmen können...?

Ja, das wahrscheinlich schon. Man kann aber nicht demselben Stellantrieb einfach mehr Power geben.

Das klingt... seltsam... Aber ist das Problem jetzt an den Radiatoren oder an der Heizung selbst zu suchen?

Ich würde mal sagen, dass beides zusammenkommt.

Vielleicht wäre ein nachträglich eingebauter Mischer für die Radiatoren mit den STELLMOTOR-Modul der elegantere Ansatz?

Damit könnte man ein Teil davon verbessern, das stimmt. Dadurch, dass ich keinen Mischer habe, schwankt die Vorlauftemperatur schonmal. Außerdem bleibt oft 70° im Vorlauf, nachdem die Heizung warmes Wasser gemacht hat. Das könnte man mit einem Mischer wegbekommen.
Was ich damit aber nicht wegbekomme ist das: Ich habe recht niedrige Vorlauftemperaturen, was bedeutet, dass ein Aufheizen sehr lange dauert. (Wenn man's mal wärmer haben will. Ich senke nicht regelmäßig ab.) Um das zu verbessern, habe ich mal ein "Vorlauf-Boost" eingebaut, was dann aber wieder zum Problem in anderen Räumen führt. Der Mischer ist ja für alle da und nicht für einzelne Heizkörper.

Warum macht der Heizungsthermostat nicht früher zu - ich kann mir nur schwer vorstellen, daß bei measured-temp > desired-temp der Heizungsthermostat zumacht und dann das Zimmer noch bis 25 Grad mit der Resttemperatur aufheizt...?

Doch, das tut er. Die Homematic-Teile lernen. Die lernen z.B. auch, dass sie weit aufmachen müssen, wenn sie ein bisschen heizen wollen, da bei mir der Vorlauf niedrig ist. Wenn jetzt halt der Vorlauf doch mal 70° hat, dann glüht der Heizkörper nach den etwa 2,5 Minuten, die ein Homematic-Ventil mindestens aufmacht. Wenn dann noch das Zimmer recht klein ist...

Die anderen Argumente sind "Halbargumente".

Man könnte auch sagen Geschmacksache. ...ach ja: Habe ich erwähnt, dass die Dinger auch noch hässlich sind?

Gruß,
   Thorsten

[Morgennebel]

Doch, das tut er. Die Homematic-Teile lernen. Die lernen z.B. auch, dass sie weit aufmachen müssen, wenn sie ein bisschen heizen wollen, da bei mir der Vorlauf niedrig ist. Wenn jetzt halt der Vorlauf doch mal 70° hat, dann glüht der Heizkörper nach den etwa 2,5 Minuten, die ein Homematic-Ventil mindestens aufmacht. Wenn dann noch das Zimmer recht klein ist...

Lösungsvorschlag: https://wiki.fhem.de/wiki/HM-CC-RT-DN_Funk-Heizk%C3%B6rperthermostat#Temperatursensoren

Du baust Dir einen virtuellen Wandthermostaten für Dein Schlafzimmer. Dieser erhält bei einer Vorlauftemperatur kleiner als 50°C die normalen Meßdaten Deines Wandthermostaten oder Heizkörper-Stellantriebes (Dein Normalbetrieb). Ist die Vorlauftemperatur größer als 50°C meldest Du ein measured-temp von 35°C and den Heizkörper-Stellantrieb.

Das zwingt den Heizkörper-Stellantrieb auf eine Ventilstellung von Null und die hohe Vorlauftemperatur glüht Deinen Heizkörper nicht auf.

Müßte sich elegant mit einem DOIF realisieren lassen...

Ciao, -MN

[Thorsten Pferdekaemper]

Lösungsvorschlag:

Danke für die Vorschläge. Zumindest ist es sehr nett von Dir, meine Problemchen lösen zu wollen. (Wirklich, bitte keine Ironie reinlesen.)

Du baust Dir einen virtuellen Wandthermostaten für Dein Schlafzimmer. Dieser erhält bei einer Vorlauftemperatur kleiner als 50°C die normalen Meßdaten Deines Wandthermostaten oder Heizkörper-Stellantriebes

Die des Stellantriebs selbst geht so nicht. Wenn das Ding mal gepeert ist, dann kann man die intern gemessene Temperatur nicht mehr rausbekommen. Da müsste man auch noch peeren und wieder unpeeren.

(Dein Normalbetrieb). Ist die Vorlauftemperatur größer als 50°C meldest Du ein measured-temp von 35°C and den Heizkörper-Stellantrieb.
Das zwingt den Heizkörper-Stellantrieb auf eine Ventilstellung von Null und die hohe Vorlauftemperatur glüht Deinen Heizkörper nicht auf.

Noch einfacher wäre, temporär die Solltemperatur runterzusetzen. Im Prinzip ist es das, was wir momentan manuell machen. Mal sehen, vielleicht baue ich da sogar eine kleine Automatik ein.
Allerdings: Was passiert damit, wenn die Vorlauftemperatur längere Zeit oben bleibt. ...z.B. weil die ganze Familie am Duschen ist oder es tatsächlich -20° draußen hat? Da müsste man dann wieder etwas mehr Intelligenz einbauen. Um dann ein starkes Überschwingen zu vermeiden müsste man allerdings die Solltemperatur langsam anheben, so dass der Thermostat nicht gleich wieder voll aufmacht (oder so). Naja...

Was ich mir momentan so überlege: Man müsste doch eigentlich ein mathematisches Modell zusammenbasteln können für den Zusammenhang zwischen Ventilstellung, Vorlauftemperatur, Außentemperatur, Soll-Temperatur, Ist-Temperatur und Temperaturgradient. Vielleicht auch noch der Gradient der Vorlauftemperatur. Natürlich bleiben da ein paar Parameter unbekannt oder auch nur sehr ungenau bestimmbar, aber dafür hat man ja dann die Regelung.
Anders gesagt: Ich will nicht nur ein konkretes Problem lösen, sondern eine prinzipiell bessere Heizungs- und Raumregelung hinbekommen.

Gruß,
   Thorsten 

[Morgennebel]

Nun,


ich bin ein starker Anhänger des Pareto-Prinzips - die ersten 80% gehen in 20% der Zeit. Und dann höre ich auf und kümmere mich lieber um meine Familie.

Daher würde ich ganz simpel einen Wandthermostaten in das Zimmer setzen und dann die DOIF-Lösung in etwa

Code Auswählen Erweitern


define DI_HeizungsStop DOIF ([Aussentemperatur] > -5.0 and [Sen_1Wire_VorlauftemperaturRadiatoren] >= 50)
    (set Schlafzimmer.Wandthermostat controlManu off)
DOELSEIF ([Aussentemperatur] > -10.0 and [Sen_1Wire_VorlauftemperaturRadiatoren] >= 55)
    (set Schlafzimmer.Wandthermostat controlManu off)
DOELSE
    (set Schlafzimmer.Wandthermostat controlMode auto)
attr DI_HeizungsStop wait 15:450


umsetzen. Deine Feinheiten kannst Du mit noch mehr DOIF-Bedingungen empirisch lösen. Das ganze kostet Dich 40 EUR für den Wandthermostaten und ein wenig Geduld für das finden der richtigen Parameter.

Das läßt sich bestimmt auch hochmathematisch-analytisch lösen. Aber die Zeit ist besser mit einem Mensch-Ärgere-Dich-nicht, Uno-Spiel oder eine Kuschelstunde mit Deinen Kindern investiert...

Ciao, -MN

[Prof. Dr. Peter Henning]

Code Auswählen Erweitern

Man müsste doch eigentlich ein mathematisches Modell zusammenbasteln können für den Zusammenhang zwischen Ventilstellung, Vorlauftemperatur, Außentemperatur, Soll-Temperatur, Ist-Temperatur und Temperaturgradient

Nein. Ich befasse mich seit 35 Jahren professionell mit der Modellierung physikalischer Systeme, und sehe keine Aussicht auf Erfolg in dieser Sache.

Hängt nämlich noch ab vom Wärmefiuss zwischen einzelnen Räumen und zur Außenwelt, interner Konvektion etc. - die Temperaturen alleine besagen da gar nichts. Außerdem vom internen Energieeintrag: Wird gerade gekocht, haben die Bewohner Sex etc. Scheint die Sonne, oder nicht ? Trägheit des System (wichtig für Fußbodenheizungen) ?

Vor allem deshalb, weil damit gegenüber einer eher primitiven Regelung nur noch Einsparungen im niedrigen einstelligen Prozentbereich möglich sind.

LG

pah

[Thorsten Pferdekaemper]

Nein. Ich befasse mich seit 35 Jahren professionell mit der Modellierung physikalischer Systeme, und sehe keine Aussicht auf Erfolg in dieser Sache.

Das kommt ganz darauf an, was man als Erfolg betrachtet. Auch eine sehr primitive Regelung baut irgendwie immer auf einem (mathematischen) Modell auf, und wenn das nur besagt "Mehr Durchfluss macht mehr warm".

Hängt nämlich noch ab vom Wärmefiuss zwischen einzelnen Räumen und zur Außenwelt, interner Konvektion etc. - die Temperaturen alleine besagen da gar nichts. Außerdem vom internen Energieeintrag: Wird gerade gekocht, haben die Bewohner Sex etc. Scheint die Sonne, oder nicht ? Trägheit des System (wichtig für Fußbodenheizungen) ?

Ja, all das fließt in der Realität mit ein. ...aber eine wesentliche Eigenschaft eines Modells ist eben die Relaxation. D.h. was kann ich weglassen, um mit Hilfe meines Modells trotzdem noch zu einem guten Ergebnis zu gelangen. Ich will ja nicht die benötigte Ventilstellung aus den ganzen Parametern berechnen. Das geht natürlich nicht. Eine Regelung wird immer notwendig sein. 

Vor allem deshalb, weil damit gegenüber einer eher primitiven Regelung nur noch Einsparungen im niedrigen einstelligen Prozentbereich möglich sind.

Mir geht es nicht nur um Einsparung, sondern auch um Komfort-Gewinn.

Als Beispiel:
Angenommen ich habe einen PID-Regler, der die Ist-Temperatur bei gleichbleibender Vorlauftemperatur ausreichend präzise auf der Soll-Temperatur hält. Allerdings schwingt das System stark über, wenn die Vorlauftemperatur nach oben geht. Jetzt wäre es nett, wenn man (wenn auch ungenaues) mathematisches Modell hätte, mit dem man geeignete Gegenmaßnahmen "berechnen" könnte. Das muss ja nicht sehr genau sein, da der Regler ja immer noch aktiv ist.

Gruß,
   Thorsten

[FilliFairy]

Hallo,

die Diskussion hat sich etwas von der ursprünglichen Fragestellung entfernt bis ich mal wieder im Forum vorbeigekommen bin. Falls die Anworten noch von Interesse sind:

Das Datenblatt des Antriebs gibt Infos zur Funktionsweise (z.B. hier zu finden https://www.heima24.de/heizung/stellantrieb-230-v-moehlenhoff-alpha-5-fuer-heizkreisverteiler-m30-x-15-mm-stromlos-geschlossen-inkl-adapter-va-80.html).

Der Antrieb hat eine Totzeit bis er anspricht und ein Fahrzeit bis die Endstellung erreicht ist. Die Trägheit des thermischen Elements und das Tastverhältniss der PWM Ansteuerung ergibt den gewünschten Ventilöffnungsgrad. Die "Periodendauer" des PWM habe ich auf 210 Sekunden eingestellt.

Läuft mittlerweile seit 2 Jahren an einem normalen Warmwasserheizkörper.

Gruß

FillyFairy

[Thorsten Pferdekaemper]

die Diskussion hat sich etwas von der ursprünglichen Fragestellung entfernt bis ich mal wieder im Forum vorbeigekommen bin. Falls die Anworten noch von Interesse sind:

Auf jeden Fall!

Der Antrieb hat eine Totzeit bis er anspricht und ein Fahrzeit bis die Endstellung erreicht ist. Die Trägheit des thermischen Elements und das Tastverhältniss der PWM Ansteuerung ergibt den gewünschten Ventilöffnungsgrad. Die "Periodendauer" des PWM habe ich auf 210 Sekunden eingestellt.

Ist es tatsächlich so, dass Du damit einen bestimmten Ventilöffnungsgrad halten kannst, oder schwingt das Teil eher auf und zu?

Gruß,
   Thorsten

[FilliFairy]

Hmmm - das sicher nicht, wenn man mal von 0 und 100% absieht. Dazwischen wird der Antrieb seine Bewegungsrichtung ändern, wenn sich die Eingangspannung ändert. Über den Einfluss von Totzeit und Verharrzeit in der Öffnungs- bzw. Schließphase macht das Datenblatt keine Aussage. Ich habe die Periodendauer mit Verfahrdauer + Totzeit gewählt und beim Tastverhältnis die Totzeit berücksichtigt. Ob sich mit kürzer gewählten Periodendauern bessere Stabilität bezüglich des Ventilöffnungsgrades erzielen läßt, habe ich nicht getestet.

Deine Frage bzw. die dahinter stehenden Bedenken können relevant werden, falls das System zu schwingen beginnt. Möglicherweise sogar über Raumgrenzen hinweg ...

Ich bin nicht sicher, ob die Stabilität des Ventilöffnungsgrades zur Lösung der eigentlichen Regelungsaufgabe die wesentliche Frage ist. Im Grund geht es darum, die Temperatur im Raum in einen Zielkorridor zu bringen. Das bringt die Regelung mit +/- 0.5K Regelabweichung ganz gut hin (siehe Bild im Anhang). Der Temperatur-/Feuchtefühler sitzt an der Aussenwand ohne direkte Wärmestrahlung durch den Heizkörper. Nachtabsenkung der Zentralheizung von 20:00 - 05:00 Uhr.

Die thermischen Prozesse sind sehr träge und die Mess- und Stellfrequenz vergleichsweise hoch. Damit ist das System nicht sehr anfällig durch Schwingen außer Kontrolle zu geraten. Ich glaube die Regelstrecke hat mehr Parameter als man praktischerweise in einem Modell abbilden kann. Da braucht man sich nicht verkopfen. Beobachten und ggf. die PID Koeffizienten anpassen führt schneller zum Ziel.

Soweit meine Erfahrungen - mit offenem Ohr / Auge für pragmatische Anregungen und Diskussionen. Ich lerne gerne dazu...

Gruß

FillyFairy.

[FilliFairy]

Einen Einfall hatte ich noch den schwankenden Vorlauftemperaturen. Ich würde mal versuchen die Vorlauftemperatur in die Regelkoeffizienten eingehen zu lassen. Also Vorlauftemperatur messen und den P - Wert runter setzen, wenn die Vorlauftemperatur hoch geht.

Könnte das so gehen? Was meinen die Regelungstechniker ?

Gruß

FillyFairy

[Thorsten Pferdekaemper]

Hmmm - das sicher nicht, wenn man mal von 0 und 100% absieht.

Ich nehme an, Du meinst damit, dass sich keine stabile Ventilstellung einstellt.

Ob sich mit kürzer gewählten Periodendauern bessere Stabilität bezüglich des Ventilöffnungsgrades erzielen läßt, habe ich nicht getestet.

Ich habe mir gedacht, dass man so etwas mit höheren Frequenzen, also Zykluszeiten im einstelligen Sekundenbereich, erreichen könnte. Mit 230V Ventilen ist das vielleicht nicht so der Hit, aber die 24V DC Teile müssten das mitmachen. Zumindest theoretisch überlegt...   

Deine Frage bzw. die dahinter stehenden Bedenken können relevant werden, falls das System zu schwingen beginnt. Möglicherweise sogar über Raumgrenzen hinweg ...

Meine Bedenken sind weniger, dass die Temperatur zu schwingen beginnt (außer vielleicht bei Zykluszeiten über 5 Minuten), sondern eher, dass man den Antrieb damit schneller verschleißt.

Ich bin nicht sicher, ob die Stabilität des Ventilöffnungsgrades zur Lösung der eigentlichen Regelungsaufgabe die wesentliche Frage ist.

Das denke ich auch nicht unbedingt, außer vielleicht wenn das Ventil sich in einer Geschwindigkeit bewegt, dass es irgendwie mit der Trägheit des ganzen Systems in Resonanz kommt. Oder so...

Im Grund geht es darum, die Temperatur im Raum in einen Zielkorridor zu bringen. Das bringt die Regelung mit +/- 0.5K Regelabweichung ganz gut hin (siehe Bild im Anhang).

Naja, die Homematic RTs schaffen bei mir normalerweise +/- 0.2K, zumindest bei sich nur langsam ändernden (gemittelten) Vorlauftemperaturen.

Die thermischen Prozesse sind sehr träge und die Mess- und Stellfrequenz vergleichsweise hoch. Damit ist das System nicht sehr anfällig durch Schwingen außer Kontrolle zu geraten. Ich glaube die Regelstrecke hat mehr Parameter als man praktischerweise in einem Modell abbilden kann. Da braucht man sich nicht verkopfen. Beobachten und ggf. die PID Koeffizienten anpassen führt schneller zum Ziel.

Es war gar nicht mein Ziel, da wirklich alle Parameter abzubilden, sondern nur vor Allem die Vorlauftemperatur.

Soweit meine Erfahrungen - mit offenem Ohr / Auge für pragmatische Anregungen und Diskussionen.

Meine Überlegungen klingen vielleicht oft etwas theoretisch, was ich dann aber mache ist meist recht pragmatisch.

Einen Einfall hatte ich noch den schwankenden Vorlauftemperaturen. Ich würde mal versuchen die Vorlauftemperatur in die Regelkoeffizienten eingehen zu lassen. Also Vorlauftemperatur messen und den P - Wert runter setzen, wenn die Vorlauftemperatur hoch geht.

So etwas in der Art habe ich mir ja auch gedacht, nur dass ich bei den Homematic-Reglern die Koeffizienten nicht direkt beeinflussen kann.
Ich bin mir auch nicht so ganz sicher, ob der P-Koeffizient die richtige Stellschraube ist. Es kann ja auch sein, dass die Vorlauftemperatur deswegen hochgeht, weil eben genau dieser Thermostat einen höheren Heizbedarf hat. Dann wäre es kontraproduktiv, den P-Koeffizient herunterzusetzen.
...aber einen wirklich guten Ansatz habe ich dazu nicht.

Gruß,
   Thorsten

[Prof. Dr. Peter Henning]

Da es sich aber um ein mechanisches System handelt, wirkt sich ein zu häufiges Hin- und Herstellen des Ventils sicher auf seine Lebensdauer aus.

LG

pah

[EVduck]

Wobei die normalen Heizungsaktoren für diese Stellantriebe ja genauso arbeiten (z.B. 0..10V Ansteuerung und intern PWM). Also sollten die Stellantriebe auch dafür ausgelegt sein.