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Inhalt

Überblick über das Projekt
Die geplante Heizungsanlage
Aufbau der Heizungssteuerung
Ausblick

Überblick über das Projekt

Im neuen Jahr ist es nun an der Zeit über ein altes Projekt zu berichten mit dem ich mich schon seit Längerer Zeit beschäftige. Es geht um die Heizungssteuerung  bzw. Automatisierung  der neuen Heizungsanlage im Haus meiner Eltern in den Vogesen. Dies Vorhaben  reift schon seit der Planung der Sanierung des Hauses im Jahr 2019 in meinem Kopf. Ich habe viel recherchiert, gelesen und Optionen abgewogen. 

Ein erstes System habe ich angefangen selbst mit C++ zu entwickeln, doch dann wieder verworfen. Warum das Rad neu erfinden,  wenn es doch schon viele Systeme bzw. Software Tools für solche Automatisierungsaufgaben gibt. 

Ich habe mich für OpenHAB, als zentrales System, entschieden. OpenHAB erfüllt alle meine Anforderungen. Es bringt den Vorteil mit sich später eventuell auch andere Smarthome Funktionen übernehmen zu können. Wobei dies bis jetzt nicht geplant ist. 

Da kurz vor Weihnachten OpenHAB 3, im ersten ’stable releas‘, erschienen ist, ist es nun an der Zeit das System noch mal von Grund auf neu aufzusetzen und diese Gelegenheit zu nutzen um diese neue Blog Serie zu starten.

Die geplante Heizungsanlage

Als meine Eltern das Haus im Jahr 2019 gekauft haben wurde es mit Öfen und Elektroheizungen beheizt. Der Vorbesitzer hat das Haus als Feriendomizil genutzt, da ist es ja auch in Ordnung  so zu heizen. Doch meine Eltern bewohnen das Haus dauerhaft. Also muss auch auf Dauer eine zentrale Heizungsanlage her. Da viel Vorarbeit nötig war, und noch ansteht, um die Anlage zu installieren findet diese Installation erst im laufe diesen Jahrs statt. Im Herbst 2019 haben wir bereits die zentrale Feuerstätte errichtet. Einen wasserführender Grundofen, das Herzstück des Hauses.

Grundofen kurz nach dem Bau. Der finish Putz kommt erst später drauf.

Ergänzt wird dieser Grundofen durch eine Solarthermieanlage. Und als Backup-Lösung wird eine Gastherme oder eine Elektroheizung zum Einsatz kommen. Die Heizlast von Wohnzimmer und Küche trägt hauptsächlich der Grundofen, in den anderen Räumen Wandheizungen. Diese sind Teilweise bereits installiert oder werden es noch im laufe diesen Jahres.

Verbunden werden die Komponenten über einen zentralen Schichtspeicher.

Heizungsanlage stark vereinfacht dargestellt.

Aufbau der Heizungssteuerung

Nun habt ihr einen Überblick über die geplante Konfiguration der Heizungsanlage. Doch in dieser neuen Blog Serie ‚HeatMaster‘ solle es um die Heizungssteuerung gehen. Wie schon oben erwähnt wir als zentrales System OpenHAB 3 zum Einsatz kommen. Dies wird auf einem A20-OLinuXino-MICRO laufen. Zu diesem ARM-Board habe ich mich entschieden da es dreimal so viele GPIO-Pins mit sich bringt wie der Rasberry Pi.

In den Räumen werden DS18B20 OneWire Temperatursensoren installiert. Diesen OneWire-Bus betreibe ich mittels einem DS 2482-100S OneWire-zu-I2C-Übersetzer. Um so die Temperatursensoren relativ simpel in OpenHAB einbinden zu können.

Nach Fertigstellung der Heizungsanlage wird es insgesamt 18 Heizkreisläufe geben. Für die Regelung der Ventile am Heizkreisverteiler habe ich mich für motorische Homematic IP Stellantriebe entschieden. Der Vorteil dieser ist, nur Strom zu verbrauchen wenn die Ventilstellung geändert wird. Wo hingegen Elektrothermische Antriebe quasi dauerhaft Strom benötigen um die Ventilstellung zu halten. Meine Wahl fiel auf die Stellantriebe von Homematic IP da diese mit 3,3 Volt betrieben werden. Einen Nachteil bringen sie aber doch mit sich. Den ich aber für absolut hinnehmbar halte. Für jeden Stellantrieb werden zwei Relais benötigt. Da die Richtung der Steuerung (öffnen / schließen) durch Umpolung realisiert wird. Die Ansteuerung der Stellantriebe wird über 8 fach Relaiskarten erfolgen.

Eine weitere Herausforderung ist die Steuerung der Wasserführung des Grundofens. Diese muss möglichst ausfallsicher sein. Daher wird diese von OpenHAB entkoppelt. Und mittels MQTT mit OpenHAB kommunizieren. Dafür nutze ich einen Arduino Nano mit Ethernet-Shild. Über dem Brennraum des Grundofen ist ein Typ-K Temperatur Sensor installiert. Dieser wird mittels eines MAX6675 an den Arduino angebunden. Der Arduino Steuert auch die Pumpe durch die das Wasser im Grundofen zirkuliert. Somit ist gewährleistet dass die Wärme aus dem Grundofen auch abtransportiert wird wenn OpenHAB mal ausfällt. Denn wenn dies nicht passiert während der Ofen brennt fängt das Wasser im Ofen an zu kochen und die Rohre würden platzen. Als zusätzliche Absicherung bekommt der Grundofen natürlich auch eine Thermische Ablaufsicherung, für den Fall eines Stromausfalls.

Schematischer Aufbau „HeatMaster“

Ausblick

In dieser Blog Serie werde ich über den Aufbau und die Konfiguration der Heizungsteuerung berichten. Dabei werde ich die meisten Artikel in der Form von Tutorials gestalten, wenn es um die Installation und Konfiguration von OpenHAB und anderen Softwaresystemen geht.

Auch über den Aufbau meiner Temperatur Hardware Komponenten wie das Löten der Temperatursensoren oder die Ansteuerung der Aktoren werden ich berichten. Aber diese eher Beschreiben und euch den ein oder anderen Schaltungsaufbau vorstellen.

Starten werden ich mit der Installation von OpenHAB und der Konfiguration für den OneWire-Bus um die Temperatursensoren anbinden zu können.


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