Haustechnik

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Sanitär

Das Kapitel Sanitär umfass die Sanitäranlagen.

Heizung

Heizungssteuerung

Die Heizungssteuerung wurde selbst zusammengestellt und an das Hausautomationssystem Home Assistant angeschlossen. Die Steuerung ist fähig, auch ohne Verbindung zum Hausautomationssystem die Regelaufgaben wahrzunehmen.

Hardware-Module

Controller

• Aliexpress: WT32-ETH01 Embedded Serial Port Networking Ethernet
• WT32-ETH01

I2C Relais-Karte

• Aliexpress: XL9535-K1V5 1 2 4 Channel Way Expansion Relay Module 5V
• Ein/Ausschalten der Umwälzpumpen

I2C PWM Modul

• Aliexpress: PCA9685 16 Channel 12-bit PWM/Servo Driver-I2C interface Module
• Liefert PWM Signal für die PWM to 0-5V Module

PWM to 0-5V Module

• Aliexpress: PWM To Voltage Converter Module 0%-100% To 0-10V/0-5V

I2C H-Bridge Modul

• Aliexpress: Grove - I2C Motor Driver module (TB6612FNG)
• Wiki: https://wiki.seeedstudio.com/Grove-I2C_Motor_Driver-TB6612FNG/
• Ansteuerung der 12V DC 3-Weg Ventile

1wire Temperatursensoren

• Aliexpress: DS18b20 temperature sensor

Modbus PT1000 Modul

Um die PT1000 Temperatursensoren, welche bereits von der alten Steuerung vorhanden sind zu nutzen, muss ein Digitalisierungsmodul her. Ich habe mich für das PTDNC04 Modul entschieden, welches via Modbus auslesbar ist.

• Aliexpress: PTDNC04 Modbus RTU PT100/1000 Temperature Sensor RS485
• Modbus definition: Manual
• Produkteanleitung: Manual
• Beispielabfrage: Manual

Umwälzpumpe

Als Umwälzpumpe kommt eine magnetgekoppelte DC Pumpe zum Einsatz. Auf dem Markt gibt es nicht viele Alternativen. Es gibt verschiedene Hersteller, welche die gleiche Pumpe im Angebot haben:

• Jabsco 59520-0000B
• Lowara ecocirc® D5 vario
• Laing Ecocirc® D5vario

Leider wird diese Pumpe so nicht mehr produziert. Früher fand sie Verwendung in Wassergekühlten Gamer PCs.

Wärmemengenmesser

Jeder Heizungskreislauf erhält einen Wärmemengenmesser, um den Wärmebedarf der Wärme-Abnehmer wie Heizkörper und Fussbodenheizung, sowohl die eingebrachte Wärme der Wärmeerzeuger wie Holzofen und Solarthermieanlage zu messen. Diese Daten werden via ModBus ins Hausautomationssystem übertragen.

Eigenschaft	Beschreibung
Typ	Wholesale High Quality Dn20 Ultrasonic Heat Meter Modbus RTU Rs-485 IP68 Protection Brass and Plastic Material
Temperaturbereich	bis 95°C
Datenschnittstelle	ModBus, RS485
Zubehör	Anschlussverschraubungen, T-Stück mit Temperaturfühler
Hersteller	WINMETER
Händler	Zhisheng Meijia Technology (shandong) Co., Ltd.
Bezugsquelle	http://winmeter.en.alibaba.com/
Kosten	~ 23 USD pro Stück

Manual: https://downloads.primat.ch/manuals/waermemengenmesser/RS485%20Ultrasonic%20heat%20meter%20instruction%20manual.pdf

RS485 Protokoll: https://downloads.primat.ch/manuals/waermemengenmesser/Heat%20meter%20MODBUS%20protocol.pdf

Modbus: https://downloads.primat.ch/manuals/waermemengenmesser/Ultrasonic%20Water%20Meter%20Modbus%20Protocol%20%20(Release%20version%20neutral).pdf

Damit dieser Meter in ein 3/4'' Rohrsystem eingebaut werden kann, sind noch Pumpenverschraubungen und ein T-Stück mit Temperaturfühler nötig. Dieses Zubehör habe ich mit dem Zähler zusammen gekauft. Kostete ca. 1.65.- mehr pro Stück.

Rücklaufanhebung

Um den Rücklauf der Holzheizung in einem vernünftigen Bereich zu halten, ist eine Rücklaufanhebung nötig. Ebenso wird bei den Wärmeabnehmern eine Absenkung der Vorlauftemperatur nötig, denn mit 95 °C in einen Fussbodenkreislauf zu gehen ist nicht gerade gesund. Um diese Anhebung bzw. Absenkung zu realisieren, ist ein proportionales 3-Wege-Ventil nötig.

Eigenschaft	Beschreibung
Typ	G3/4" 6Nm 4-20mA/0-10V control proportional valve DN20 3 way mixing flow motorized valve
Temperaturbereich	bis 120 °C
Kontrollschnittstelle	0-20 mA, 0-10 V
Spannung	DC 24 V
Hersteller	?
Bezugsquelle	https://www.aliexpress.com/item/32736357859.html?spm=a2g0o.productlist.main.1.450f3047WwZT4R&algo_pvid=2993147c-df35-40c4-8c65-1157fcbe0fde&algo_exp_id=2993147c-df35-40c4-8c65-1157fcbe0fde-0&pdp_ext_f=%7B%22order%22%3A%221%22%2C%22eval%22%3A%221%22%7D&pdp_npi=4%40dis%21CHF%2183.74%2166.99%21%21%21710.87%21568.68%21%40211b431017470723712507587e1c57%2112000035307542846%21sea%21CH%21729636658%21X&curPageLogUid=I54T0c1ahn2q&utparam-url=scene%3Asearch%7Cquery_from%3A
Kosten	~ 90 CHF pro Stück

Die Anbindung dieses Ventils an die Heizungssteuerung erfolgt mittels PWM to 0-5V Module.

3-Wege Ventil für Umschaltung Entnahme Mitte/Oben

Damit ich bei den Wärmebezügern zwischen der mittleren und der oberen Entnahmestelle des Boilers umschalten kann, habe ich je ein motorisiertes 3-Wege-Ventil eingebaut. Diese Ventile solle helfen, die Temperaturschichtung im Boiler so optimal wie möglich zu halten. Eine optimale Schichtung im Boiler bedeutet für mich, immer möglichst viele obere Schichten mit möglichst hoher Temperatur zu haben. Aus diesem Grund möchte ich z.B. für die Bodenheizung, wenn immer es möglich ist, nur vom mittleren Anschluss entladen.

Eigenschaft	Beschreibung
Typ	DN20 Male And Female 3 Port 3/4" Brass Motorized Ball Valve CWX-15Q Electrical Water Valve 5V 12V DC 24V AC 220V CR02 CR05 3-6V
Temperaturbereich	bis 80 °C
Kontrollschnittstelle	CR01 Umpolung
Spannung	DC 12 V
Hersteller	?
Bezugsquelle	https://www.aliexpress.com/item/32736357859.html?spm=a2g0o.productlist.main.1.450f3047WwZT4R&algo_pvid=2993147c-df35-40c4-8c65-1157fcbe0fde&algo_exp_id=2993147c-df35-40c4-8c65-1157fcbe0fde-0&pdp_ext_f=%7B%22order%22%3A%221%22%2C%22eval%22%3A%221%22%7D&pdp_npi=4%40dis%21CHF%2183.74%2166.99%21%21%21710.87%21568.68%21%40211b431017470723712507587e1c57%2112000035307542846%21sea%21CH%21729636658%21X&curPageLogUid=I54T0c1ahn2q&utparam-url=scene%3Asearch%7Cquery_from%3A
Kosten	~ 90 CHF pro Stück

Die Anbindung dieses Ventils an die Heizungssteuerung erfolgt mittels I2C H-Bridge Modul.

I2C

Adressplan

Komponente	Default Adresse	Adress Range	Eingestellte Adresse
I2C Relais-Karte	0x40	0x40 - 0x47	0x20
I2C PWM Modul	0x40	0x40 - 0x4f	0x40
I2C H-Bridge Modul	0x14	0x01 - 0x7f	0x14

OneWire

Adressplan

Komponente	Adresse
Temperatursensor Boiler Oben
Temperatursensor Boiler Mitte Oben
Temperatursensor Boiler Mitte Unten
Temperatursensor Boiler Unten
Temperatursensor Vorlauf Radiator
Temperatursensor Vorlauf Bodenheizung
Temperatursensor Vorlauf Holzofen
Temperatursensor Vorlauf Solarthermie
Temperatursensor Solarkollektor1
Temperatursensor Solarkollektor2
Temperatursensor Solarkollektor3
Temperatursensor Solarkollektor4
Temperatursensor Solarkollektor5
Temperatursensor Solarkollektor6

ModBus

Links

• CRC Berechnung https://www.simplymodbus.ca/crc.xls

Kommunikationsparameter

Einstellung	Wert
Baudrate	9600
Stop Bits	1
Data Bits	8
Parity	None

Adressplan

Komponente	Adresse
PT1000 Sensorcontroller	0x01
Wärmemengenzähler M1	0x40
Wärmemengenzähler M2	0x41
Wärmemengenzähler M3	0x42
Wärmemengenzähler M4	0x43

Beispiele

Abfrage PT1000 Sensorcontroller

Ziel	Request	Response	esphome Config
Abfrage Temperatur Channel 1	01 03 00 00 00 01 84 0A Bedeutung: 01 Adresse des Slaves 03 Function Code 00 00 Register Adresse 00 01 Anzahl Adressen 84 0A CRC16		sensor: - platform: modbus_controller modbus_controller_id: modbus_temp name: "PT1000 Temperature Ch1" id: pt1000temp1 custom_command: [ 0x1, 0x3, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01] value_type: U_WORD unit_of_measurement: "°C" accuracy_decimals: 1 filters: - multiply: 0.1
Abfrage Temperatur Channel 2	01 03 00 01 00 01 D5 CA Bedeutung: 01 Adresse des Slaves 03 Function Code 00 01 Register Adresse 00 01 Anzahl Adressen D5 CA CRC16		sensor: - platform: modbus_controller modbus_controller_id: modbus_temp name: "PT1000 Temperature Ch2" id: pt1000temp1 custom_command: [ 0x1, 0x3, 0x00, 0x01, 0x00, 0x01] value_type: U_WORD unit_of_measurement: "°C" accuracy_decimals: 1 filters: - multiply: 0.1
Abfrage Temperatur Channel 3	01 03 00 02 00 01 25 CA Bedeutung: 01 Adresse des Slaves 03 Function Code 00 02 Register Adresse 00 01 Anzahl Adressen 25 CA CRC16		sensor: - platform: modbus_controller modbus_controller_id: modbus_temp name: "PT1000 Temperature Ch3" id: pt1000temp1 custom_command: [ 0x1, 0x3, 0x00, 0x01, 0x00, 0x01] value_type: U_WORD unit_of_measurement: "°C" accuracy_decimals: 1 filters: - multiply: 0.1
Abfrage Temperatur Channel 4	01 03 00 03 00 01 74 0A Bedeutung: 01 Adresse des Slaves 03 Function Code 00 03 Register Adresse 00 01 Anzahl Adressen 74 0A CRC16		sensor: - platform: modbus_controller modbus_controller_id: modbus_temp name: "PT1000 Temperature Ch4" id: pt1000temp1 custom_command: [ 0x1, 0x3, 0x00, 0x03, 0x00, 0x01] value_type: U_WORD unit_of_measurement: "°C" accuracy_decimals: 1 filters: - multiply: 0.1

Steuerung

Logik

Holzofen

• PID Regler für Pumpengeschwindigkeit Sensoren: Temperatur Ofen, Temperatur Vorlauf -> Das Ziel ist, mit der Pumpenleistung die Temperaturdifferenz zwischen Ofen- und Vorlauf-Temperatur so gering wie möglich zu halten.
• PID Regler für Rücklaufanhebung Sensoren: Rücklauftemperatur -> Das Ziel ist, die Rücklauftemperatur auf konstant 65°C (konfigurierbar) zu halten. Das Rücklaufanhebungsventil mischt im richtigen Verhältnis, damit die Temperatur konstant bleibt.
• Umschaltung zwischen Einspeisung Mitte und Unten Sensoren: Einspeisetemperatur, Temperaturen Boiler -> Das Ziel ist, je nach Temperatur im entsprechenden Bereich des Boilers einzuspeisen.

Solarkollektor

Das Ziel ist, eine variable Matched-Flow Anlage zu erstellen, bei der die variable Einspeisetemperatur (je nach Boilertemperatur) durch die Pumpenleistung konstant gehalten wird.

Anfangs wird aber auf diese Komplexität verzichtet. Es wird erst eine High-Flow Anlage umgesetzt.

Regelung

• PID Regler für das Konstanthalten der berechneten Einspeisetemperatur Der Regler versucht die Einspeisetemperatur (variabel, siehe unten) zu halten. Dazu regelt er die Pumpenleistung Sensoren: Temperatur Kollektor, Temperatur Boiler unten

Umschaltung zwische Low-Flow und High-Flow

• Wenn die obere Boilertemperatur kleiner als 50°C (einstellbar) ist, wird die Einspeisetemperatur 10°C höher als die obere Boilertemperatur gesetzt.
• Wenn die obere Boilertemperatur grösser als 50°C (einstellbar) ist, wird die Einspeisetemperatur 10°C höher als die untere Boilertemperatur gesetzt.

Bodenheizung

• Umschaltung zwischen mittlerem und oberen Boiler-Entnahmepunkt
  • Zielvorlauftemperatur 30*C (einstellbar)
  • Wenn mittlere Boilertemperatur < ist als Zielvorlauftemperatur, dann auf oberen Boiler-Entnahmepunkt umschalten.
• PID Regler für die Vorlauftemperaturabsenkung. Der Regler versucht das Proportionalventil so zu steuern, dass die Temperatur des Vorlaufs der Zieltemperatur entspricht.

Radiatoren

• Umschaltung zwischen mittlerem und oberen Boiler-Entnahmepunkt
  • Zielvorlauftemperatur 40*C (einstellbar)
  • Wenn mittlere Boilertemperatur < ist als Zielvorlauftemperatur, dann auf oberen Boiler-Entnahmepunkt umschalten.
• PID Regler für die Vorlauftemperaturabsenkung. Der Regler versucht das Proportionalventil so zu steuern, dass die Temperatur des Vorlaufs der Zieltemperatur entspricht.

Lüftung

• [1]

Brauchwarmwasser

PV Elektroheizstab

Ein Elektroheizstab für PV muss in der Leistung regelbar sein. Wer die Steuerung selbst macht, sollte beim Regler auf einen 0-10v Regler-Eingang achten. Einen solchen Regler stellt die Firma CHIEMTRONIC GmbH in Deutschland her.

• T-Drive 3Ph compact

Hauswasserwerk

Regelung

Die Regelung wird mit folgenden Komponenten aufgebaut:

• Arduino nano
• Drucksensor [2]
• Relais

  Für das Schalten der Pumpe

• TFT Touch Display

  Für das Anzeigen des Status und des Druckes

• Taster

  Für die Simulation der Zustände

Strom

Blitzschutz

Netzstrom

Eine Spannungsspitze kann sehr gut von der Stromzuleitung ins Haus kommen. Dagegen kann man sich mit einem Mittel- und Feinschutz Schützen.

Telefonanschluss

Auch beim Telefonanschluss kann eine Überspannung z.B. durch einen Blitzeinschlag auftreten. Die kann z.B. durch den DBX TC 180 von dehn.de vermieden werden.

Elektroverteilung

Hauptverteilung

Datei:Hauptverteiler.jpg

Unterverteilung UG

Aufteilung: Links AC, Rechts DC Smart Home

Abgangsschienen: 1x RCD 30mA, 6x LS 10A Eingang: 1x Stromzähler Modbus, Zuleitung: 5x 16mm2 Potentialausgleich: Hauptpotenzialausgleichsschiene unter dem Verteilerschrank Dehn Potentialausgleichschiene K12

• Schrank: Hager AP-Feldverteiler Hager Univers IP44/II 550x950x161 144PLE CHF 288.60

Stromspeicher

Als Stromspeicher werden hochtemperatur Salzbatterien (Zebra) verwendet. Als Aufstellort wird ein Schwerlastregal isoliert verwendet.

Material

• Schwerlastregal: Kibernetik Hermann Schwerlastregal 122x61x182.8cm CHF 230.-

  Datei:Schwerlastregalhermann.jpg

• Wärmeisolation innen: Schaumglasplatten als innerste Isolation

  

  • temperaturbeständig
  • nicht brennbar
  • säurebeständig
• Wärmeisolation aussen: Steinwollplatten

  Datei:Steinwollplatten.jpg

Solar

Design

Es werden mehrere kleine 48 V Insel- und Hybrid-Anlagen aufgebaut. Es werden verschiedene Batterie Typen zum Speichern des Solarstroms verwendet. Da verschiedene Solarmodul Typen günstig beschafft werden konnten, werden diese Module jeweils nach Typ gruppiert und zusammen an einen MPPT Solar Laderegler gehängt.

Software um ein Victron BMV auszulesen: http://www.jeperez.com/

Photovoltaik Analge

Eine Photovoltaik Anlage produziert sehr günstigen Strom, wenn man ihn gerade selbst verbraucht.

Um die Grösse der Anlage abzuschätzen, muss der zukünftige Strombedarf berechnet werden. Die folgende Tabelle zeigt unser Bedarf:

Bezeichnung	Beschreibung	kWh
Allgemein	Heizung, Haussteuerung, Beleuchtung aussen	500 kWh
Wohnung 1	Strombezug innerhalb der Wohnung	2000 kWh
Wohnung 2	Strombezug innerhalb der Wohnung	2000 kWh
Elektroroller	Elektroroller Vectrix VX-1 2 kWh pro 100 km	300 kWh
Elektroauto	15 kWh pro 100 km, 15000 km pro Jahr	2250 kWh
Total		7050 kWh

Mit diesem Verbrauch ist eine Anlagengrösse von 6 kWp sinnvoll.

Komponente

• Hybrid Wechselrichter: Voltronic MPI 10k
• Messgeräte für den Einbau DC 120V 300A [3]
• DC/DC Converter für 12 V Hausnetz Vicor Corporation BCM48BF120T300A00‎ 300W Parallel tauglich, mit verschiedenen Input Sourcen.

Solarthermie Anlage

Ein guter Solarrechner, um den Deckungsgrad zu berechnen findet man auf http://www.jenni.ch/. gemäss dieser Berechnung benötigen wir 30 m2 Solarkollektoren und einen 5500 Liter Speicher.

Abwasser Wärmetauscher

Das durch Solarthermie und / oder mit Holz erwärmte Warmwasser wird durch einen Abwasser Wärmetauscher der zweiten Nutzung als Gewächshausheizung zugeführt. Die Ausführung könnte so aussehen:

Datei:Abwasser wärmetauscher.jpg

Beschreibung

Das warme Abwasser wird mittels Infrarot Thermometer gemessen. Sobald es eine mittlere Temperatur von 20°C erreicht hat, wird es durch den Abwasser-Umleiter in den mittleren Bereich des Grauwasser-Wärme-Speichers (GWS) eingebracht. Bei einer Wassertemperatur von Über 30 °C in den obersten Zulass. Das gesamte System ist drucklos ausgeführt. Es wird immer soviel Wasser durch den Ablauf abgelassen, wie eingeleitet wird. In der Wand des GWS ist ein Wärmetausch-Rohr wärmetechnisch verbunden. Dadurch lässt sich dem Wasser im GWS Wärme entziehen.

Hausautomation

Die Hausautomation