Projektvorstellung: Gasheizung überwachen als Vorbereitung für Wärmepumpe

[bastian]

Hallo zusammen,

ich wollte meine Gasheizung und mein Haus besser verstehen, insbesondere 
in Vorbereitung auf die Umrüstung des Hauses auf eine Wärmepumpe. Ich 
hatte den Verdacht, dass die Gasheizung, die mein Installateur vor 15 
Jahren eingebaut hat, überdimensioniert war. Bei einer Gasheizung ist 
das nicht so schlimm, aber eine Wärmepumpe sollte man genauer 
dimensionieren. Ich wollte mich dabei nicht nur auf die 
Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 verlassen, sondern das mit realen 
Daten meines Hauses ergänzen.

Vielleicht ist das Projekt ja für den ein oder anderen interessant, der 
auch gerade überlegt, auf eine Wärmepumpe umzusteigen. Also habe ich 
mich entschlossen, mein kleines Bastelprojekt öffentlich zu machen und 
habe  eine ausführliche Bastelanleitung erstellt.

Was macht das Projekt?
- Überwachung und Speicherung von Außentemperatur, Vor- und 
Rücklauftemperatur
- Überwachung des Gasverbrauchs (über die magnetische Schnittstelle des 
Gaszählers), um daraus die aktuelle Leistung der Gasheizung zu berechnen
- Speicherung und Darstellung der Messergebnisse in diversen Charts.
Das Ergebnis kommt u.a in Form solcher Kurven:

Was braucht man?
- 1 Stk. Shelly Plus
- 1 Stk. Shelly Addon
- 3 Stk. Temperatursensoren DS18B20
- 1 Stk. AIthinker ESP32Cam
- USB-Board für AIthinker ESP32Cam
- ein Reed-Kontakt
- USB-Netzteil
- Webserver (Shared Hosting oder z.B. Raspberry im Heimnetz, nach 
Belieben). Der Server braucht MySQL (oder kompatibel) und PHP sowie ein 
Verzeichnis, das im Browser aufgerufen werden kann.
Insgesamt kosten die Teile unter 100€.

Was muss man können?
Ich setze in dieser Anleitung voraus, dass man:
- weiß, wie man einfache Dinge lötet (kein SMD-löten)
- weiß wie man einen ESP mit der ArduinoIDE (o.ä.) programmiert
- weiß, wie man einen Webserver betreibt oder ein Shared Hosting nutzt
- weiß, wie man einen Shelly fachgerecht anschließt (Arbeiten mit 230V!) 
und einrichtet

Das ist bestimmt nicht alles super sauber programmiert. Es war zunächst 
nur als kleines privates Projekt geplant, ist dann aber über die Zeit 
stark gewachsen und war nie zur Veröffentlichung vorgesehen. Erst im 
Nachgang habe ich mir gedacht, er könnte auch für andere Menschen wie 
mich, die ihre Heizung besser kennenlernen wollen, interessant sein. Ich 
bitte alle Unsauberkeiten im Code zu entschuldigen.

Aber vielleicht hilft es dem ein oder anderen.

Viel Spass damit,
Sebastian

gas_logger.zip (540,2 KB)

[jensdecker]

Ich kann empfehlen, noch nen günstigen WMZ mit älterer Eichung einzubauen. War für mich inbesondere hilfreich, um den Volumenstrom zu messen und wann man ggf. mit Rauschen Probleme bekommt und man bekommt auch eine Idee für den Wirkungsgrad der Gastherme so wie man sie betreibt. Bei mir an der ebenfalls unteren Modulationsgrenze waren das so etwa 85% des Brennwerts (den man fürs Gas schließlich auch zahlt, nicht den antiquirten Heizwert).

[Gnomie]

Hallo Bastian,

ich bin ja absolut kein Programmierer, von daher finde ich solche Projekte immer beeindruckend. Ich habe es mir da einfacher gemacht: Ich habe seit 2-3 Jahren regelmäßig den Gaszählerstand per Hand notiert und leite mit Excel meine Heizlast ab. Teils auch einmal täglich zur gleichen Uhrzeit, vor allem bei tiefen Temperaturen, damit weiß wie viel kW ich dann brauche. Deins ist natürlich viel genauer. Wenn ich mir Deine Daten so anschaue, sehe ich, dass…

-Nachts die Heizleistung am stärksten schwankt. Meine Vermutung: Die Heizung taktet stark. Stimmt das?

-Nachts die Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur ist am höchsten. Der Unterschied zwischen beiden scheint optisch dann am kleinsten zu sein. Frage: Hast Du Thermostate, die nachts automatisch zumachen? Wenn dadruch die Wärmeabnahme sinkt, würde zum einen die hohen VL RL Temerpaturen erklären und vielleicht auch das Schwanken der Heizleistung.
-Machen die Thermostate dann gegen 7:30 auf? Dann steigt ja die Heizleistung und das Delta zwischen Vorlauf/Rücklauf ist am höchsten…

[bastian]

Genau so ist es. Das Takten habe ich auch erst jetzt durch die Automatisierung bemerkt. Auch das Steigen der VL-Temperatur nachts (bei an diesem Tag sehr gleich bleibender Temperatur). Mit 10°C Außentemperatur sind wir offensichtlich an der unteren Grenze, das der Kessel modulieren kann. Und ja, Deine Vermutung ist richtig, ich habe automatische Thermostate. Und eigentlich auch eine Nachtabsenkung der VL-Temperatur, die ich aber in den Kurven gerade noch nicht wiederfinde. Interessant, interessant. Theorie und Praxis.

Was mich im Moment zu der Vermutung treibt, dass die Nachtabsenkung gar nicht viel bringt. Ich bin gespannt, wie sich das entwickelt, wenn die Außentemperatur fällt.

Und ja, ich sehe schon jetzt Optimierungsbedarf (und aber auch Chancen) in den Kurven. Dass das so schnell zu Erkenntnissen führt hab ich absolut nicht vermutet. Auch der geringe Spread zwischen VL und Rücklauf. Ich glaube, ich kann die Pumpen etwas runter drehen.

Ich habe so angefangen wie Du: Täglich in den Keller, Zählerstand notieren. Aber dann bekommt man nur Durchschnittswerte. Und man muss täglich in den kalten Altbau-Keller runter. Das Takten z.B. fällt dann nicht auf.

Außerdem wollte ich ja wissen, wie hoch fährt die 14kW-Gasheizung wirklich (außerhalb der Warmwasserbereitung). Und was für VL-Temperaturen werden gefahren, wenn es richtig kalt ist und ich im warmen Bett schlafe (und nicht in den Keller runter will). Deshalb “musste” die Automatisierung her

[Gnomie]

@bastian

Auch der geringe Spread zwischen VL und Rücklauf. Ich glaube, ich kann die Pumpen etwas runter drehen.

Wenn Du aber die Datenerhebung als Vorbereitung für eine Wärmepumpe machen willst: Da ist doch die Philosophie “Hoher Volumenstrom mit kleinem Temperatur-Delta”. Vielleicht ist die Einstellung der Pumpe für eine Wärempumpe schon genau richtig ?!?

[Mittelhesse (Stefan)]

ich logge bei uns schon seit Anfang 2023 Gasverbrauch und Vor- Rücklauf Temperatur.

Wenn das Solarprojekt angeschlossen ist, muß ich mich mal an die Auswertung, vom Solar und Heizung machen, damit ich eine Monoblock Wärmepumpe projektieren kann.

[ciwa]

In Vorbereitung auf mein DIY Wärmepumpenprojekt schreibe ich die Verbrauchsdaten unserer Ölheizung seit 2023 mit.

• Tasmota zum Daten sammeln
• IoBroker zum Auswerten
• Grafana zur Anzeige

Da braucht es nichts neues.

Gruß

Ciwa

[tageloehner]

@Mittelhesse

Wärmepumpe

Da muss die dampfheizung aber noch bissel runter mit der temperatur ..

[Mittelhesse (Stefan)]

@tageloehner

Da muss die dampfheizung aber noch bissel runter mit der temperatur

Die Vailant Therma aus 1994 ist beim Regeln feinfühlig wie eine Dampframme, Vorlauf entweder kalt oder kurz vor'm kochen

[bastian]

Interessanter Aspekt. Danke.

[wonk]

Hallo,

ich hatte so etwas vor dem Kauf der WP auch gemacht. Aber für Nicht-Techniker geht es natürlich SEHR viel einfacher, da die Genauigkeit nicht so entscheidend ist. Zu beantwortennsind doch nur 2 Fragen:

1. Wie groß muss die WP sein?
2. Welche Vorlauftemperatur brauche ich bei der kältesten anzunehmenden Außentemperatur (d.h., kann ich eine WP einsetzen, brauche ich weitere Maßnahmen bez, Dämmung, Heizkörper)?

Zu 1: Man misst zur kältesten Zeit den Gasverbrauch durch Ablesen über einige Stunden, dividiert durch die Stundenzahl und multipliziert mit 10 (Energieinhalt Gas in kWh/m³). Das ist die erforderliche Leistung der WP. Hinweis: die Installateure bauen gern zu große Geräte ein, was das nachteilige Takten verstärkt. Auch Berechnungen der Energieberater bringen wenig, da diese sich an die einschlägigen Normen halten müßten, die oft für das konkrere Objekt nicht passen.

Zu 2: Man liest an der Heizung bei kältester Außentemperatur die Vorlauftemperatur ab. Diese ist aber nur aussagekräftig, wenn sie nicht zu hoch eingestellt ist. Sonst misst man die Temperatur direkt auf dem Heizkörper und macht einen kleinen Zuschlag. Noch zu beachten: Man sollte nicht davon ausgehen, mit Heizkörpern einen kalten Raum schnell aufheizen zu können, dazu braucht man erheblich höhere Vorlauftemperaturen.

Gruß, wonk

[win]

@wonk

Man misst zur kältesten Zeit den Gasverbrauch durch Ablesen über einige Stunden,

Ist meist nicht möglich, dafür müsste man in einem Winter mindestens 1 Woche recht gleichmäßig diese Temperatur haben. Längere Zeit, weil man sonst durch die Trägheit des Hauses falsche Werte misst. Und in zahlreichen Wintern hat man überhaupt keine so niedrigen Temperaturen.

Ist aber auch gar nicht nötig. Zu wissen, was das Haus z.B. bei 0 Grad an Heizleistung braucht, lässt über einfache Rechenwege zu, den Bedarf bei z.B. -10 Grad zu berechnen.

@wonk

Man liest an der Heizung bei kältester Außentemperatur die Vorlauftemperatur ab.

Das funktioniert nicht. Stell dir vor, jemand hat 80 Grad Vorlauftemperatur, obwohl man für die Wärmeleistung, die man in dem Raum braucht, eigentlich nur 40 Grad bräuchte. Das Heizkörperventil reguliert das runter, aber so kann kam Null Aussagen darüber machen, welche Vorlauftemperatur nötig wäre.

[wonk]

@win

dafür müsste man in einem Winter mindestens 1 Woche recht gleichmäßig diese Temperatur haben.

Das muss aber ein SEHR träges Haus sein, nach meiner Erfahrung reichen ein paar Stunden.

@win

Das Heizkörperventil reguliert das runter, aber so kann kam Null Aussagen darüber machen

Da habe ich ja drauf hingewiesen.

[jensdecker]

@wonk

Zu 2: Man liest an der Heizung bei kältester Außentemperatur die Vorlauftemperatur ab. Diese ist aber nur aussagekräftig, wenn sie nicht zu hoch eingestellt ist. Sonst misst man die Temperatur direkt auf dem Heizkörper und macht einen kleinen Zuschlag.

Da sollte man schon besser selber sehen, wie weit man mit der VL wirklich runter kommt bei komplett offenen Ventilen und wenigstens einem Tag zum Einschwingen. Auf irgendwelche Heizkurven vom Heizungsbauer oder den Defaults vom Hersteller würde ich da garnichts geben und wenn die Ventile auf 3 stehen und im Gegensatz zum WP Betrieb dann nur zeitweise offen sind, verfälscht das natürlich auch die Ergebnisse. Als dritte Größe sollte man sich auch Gedanken machen, wie es um die Volumenströme bestellt ist, da man ja bei geringerer Spreizung dann mehr Volumen pro Zeit braucht.

[ebtec]

Man sollte auch unbedingt in die Datenblätter der WP reingucken. Ein Gerät, welches z.B. 10 KW auf dem Typenschild hat, leistet dies vielleicht nur über 0 Grad Außentemperatur. Oder nur mit Heizstab zusammen bei unter 0 Grad. Da gibt es große Unterschiede => Achtung.

Freunde ich bin überrascht, wie Leute hier 1-2 Jahre schon messen. Baut die Dinger ein die funktionieren !

[ebtec]

Weiterer Aspekt ist die Mindestleistung. Hat man beispielsweise eine Panasonic mit 2 Lüftern oder eine mit einem Lüfter. Da ist der Unterschied ungefähr so. Die mit einem Lüfter zieht minimal 500 Watt, die mit 2 Lüftern zieht minimal 1000 Watt.

Jetzt die Überlegung, will ich wirklich 1000 Watt Mindestleistung bezahlen ???
Für ein mittleres EFM ist das meiner Meinung nach zu viel / teuer.

Also klar, man kann auch Takten, möchte aber möglichst wenig. Speichern im Puffer ist auch wenn man es mal ehrlich rechnet quasi viel weniger möglich als erst angenommen.

[win]

@ebtec

Jetzt die Überlegung, will ich wirklich 1000 Watt Mindestleistung bezahlen ???
Für ein mittleres EFM ist das meiner Meinung nach zu viel / teuer.

Niedrige Modulation ist grundsätzlich gut. Aber wie du es darstellst, ist es nun auch nicht. Theoretisch können beide Geräte genauso viel verbrauchen. Wo die 500W Maschine dann z.B. auf 500W durchläuft, taktet die 1000W Maschine mit Taktverhältnis 1:1 und verbraucht am Ende genau das gleiche.

Theoretisch, praktisch kann es in beide Richtungen besser oder schlechter sein. Da kommt es auf die konkrete Situation an.

[dirktebie]

hallo,

interessantes Thema.

im Frühjahr 2022 habe ich angefangen, meine Gasheizung, eine Rotex Compact, zu optimieren, um Gas einzusparen.

Der Brenner kann von 6kw bis 15kw modulieren.

Zuerst habe ich die Heizkurve und Steilheit soweit eingestellt, dass das Haus noch ausreichend warm wird.

Mit den Kenntnissen, die ich über den youtube-kanel shk-info bekommen habe, zwecks langfrstiger Vorbereitung zum Einbau einer WP, habe ich mich auch um den Volumenstrom gekümmert.

Die Rotex liefert auf ihrer digitalen Steuerung dafür auch den Status in liter/stunde.

Da man ja nicht immer alle Außen Temperaturen auf Abruf zur Verfügung hat, dauerte das eine lange Zeit, bis es optimal lief (leider musste ich feststellen, dass viele Heizungs-Monteure nicht besonders geschult sind, solche Anlagen optimal einzustellen. Meistens wird die Einstellung “Hauptsache Warm” gewählt).

Da um die Weihnachtsfeiertage die Temperaturen mal ordentlich fielen, konnte ich feststellen, dass mein Haus (Bj 1070, Vollwärmeschutz 2008, teilweise 3x verglast, Dach mit 16cm gedämmt) mit 45 Grad bei -6 Grad Aussentemperatur und Heizkörper gut warm wird. In der Heizseison 2022-2023 konnte ich 4000kwh am Gas einsparen (~400€).

Laut der Software “Heizreport”, von der ich mir die “Profi-Version” für 120€ zugelegt habe, käme ich für mein 150qm Haus mit 5-7 kw Heizleistung in der WP aus. je nachdem, ob ich mit oder ohne Warmwasser kalkuliere.

ich hoffe, das hilft.

[win]

Wieviel Jahresverbrauch Gas hast du denn?

[lichtquant]

@dirktebie
Und falls es nicht zu neugierig ist, wieviel m2 beheizte Fläche?