In diesem Beitrag berichte ich über ein Heizungsbau Projekt, welches in mühevoller Kleinarbeit von mir als Laie in mehreren Monaten nach und nach umgesetzt wurde.
Ursprüngliche Heizungsinstallation:
- Vaillant Gastherme ECOtec VCW 256 EU HL (Bj 1991)
- Zentralheizungskreislauf mit ca. 10 Plattenheizkörper auf 2 Etagen zuzüglich div. Fußbodenheizungen über RTL Ventile
Geplante Erweiterung:
- Wassergeführter Kamin MBS Thermo
- Rücklaufanhebung
- Thermische Ablaufsicherung Caleffi, Kesselgruppe Caleffi
- Pufferspeicher 500 Liter
- Elektroheizstab / Heizpatrone (als Notheizung)
- Frischwasserstation für Brauchwasser Versorgung
- Heizungsteuerung per Hausautomation Software FHEM + Homematic Funk Aktoren+Sensoren
Das Projekt begann mit dem Wunsch einen Wassergeführten Kamin als Zusatzheizung zur Versorgung des Einfamilienhauses (>40 m²) in die Heizungsanlage zu integrieren. Da der schon etwas ältere Haus mit viel Flurfläche doch vom Wohnzimmer bis zum ersten Stock etwas verwinkelt ist, verteilt sich die Wärme eines bisher verwendeten Kamins nicht in das obere Stockwerk. Darum sollte ein Kaminofen her, der zusätzlich Wärme an die Heizkörper des ersten Stockwerkes abgeben kann.
Wassergeführter Kaminofen MBS Thermo 16 KW
Als quasi Kennenlernobjekt wurde nach ausgiebiger Recherche der „MBS Thermo 16 KW“ angeschafft:
Hersteller Seite: MBS Thermo
Kaufen: Angebot Kaminofen-store
Als Wassergeführter neuer Kaminofen für etwas über 500 Euro ist dies vom Preis unschlagbar. Ich habe mehrere Wochen Erfahrungsberichte gelesen und Angebote mit anderen Öfen verglichen. letztendlich habe ich Zugeschlagen und wurde für einen Ofen dieses Preises nicht enttäuscht. Vorher hatte ich einen 300 € Ofen (ohne Wasserführenden Anschluss) aus dem Baumarkt. Die paar Euros mehr mit der „Sonderfunktion“ lohnen sich auf jeden Fall. Die letztendliche Leistung für mein Objekt ist zwar wasserseitig niedriger als erhofft, für den Preis aber trotzdem eine gute Investition.
Thermische Ablaufsicherung, Kesselgruppe (Überdruckventil)
Zusätzlich wird nach den aktuellen gesetzlichen Vorgaben eine Ablaufsicherung benötigt, damit bei Überhitzung (>100 Grad Celsius) das heiße Wasser aus dem Heizungskreislauf automatisch abgelassen werden kann. Ich habe mich für die folgende Sicherheitskomponente entschieden:
Weiterhin habe ich noch eine Caleffi Sicherheitsgruppe integriert, da diese neben einer von mir gewünschten Wasserdruckanzeige für nur wenige Euros mehr zusätzlich gleich noch einen Entlüfter und ein Überdruckventil beinhaltet:
Im Gegensatz zu der Ablaufsicherung ist hier kein Temperaturfühler vorhanden, sondern ein Überdruckventil, welches bei zu hohem Druck öffnet und den Druck ebenfalls über einen Abwasseranschluss entweichen lässt. Beide Komponenten sind so dicht wie möglich hinter dem Kamin an den Rohrleitungen zu installieren.
Wenn der Kamin sein Wasser nicht loswerden sollte (wird später noch beschrieben), dann wird es nicht nur heiß, sondern auch sehr gefährlich für Haus und Leben!
Wenn die Temperatur über 100 Grad steigt, dann verdampft das Wasser und damit wird das Volumen um das bis zu 1000 fache im Heizungskreislauf erhöht! Es besteht in diesem Fall also Explosionsgefahr.
Mit der Ablaufsicherung wird zum einen aus dem heißen Vorlauf das Wasser abgeleitet und in den Rücklauf (unmittelbar in Kamin Nähe eingespeist) kaltes Wasser aus der Wasserleitung zum herunter kühlen zugeführt.
Sollte der Druck trotzdem zu hoch sein, dann öffnet zusätzlich das Überdruckventil aus der Kessel Sicherheitsgruppe. Achtung : Es besteht absolute Verbrennungsgefahr!
Kamin Pumpe Steuerung
Damit das im Kamin produzierte Wasser weiter transportiert werden kann, wird eine separate Pumpe für den Ofen benötigt. Verfügt der Kamin über keine eigene Pumpensteuerung, dann muss man die Pumpe selbst steuern. Da die Pumpe am Kamin ein kritisches Element ist, wird diese nicht von der geplanten Hausautomationssoftware gesteuert. Damit können unnötige Fehlerquellen vermieden werden. Damit die Pumpe automatisch arbeitet, wird die Stromzufuhr über ein simples und recht günstiges Anlegethermostat realisiert. Das Thermostat wird unmittelbar hinter dem Kamin am Vorlauf befestigt. Am Anlegethermostat sollte eine ähnliche Temperatur eingestellt werden, wie das Thermovar in der Rücklaufanhebung später steuern wird. Als Grundrichtwert kann man ca. 50-60 Grad einstellen. Wenn das Wasser im Kamin dann diese Temperatur erreichen wird, schaltet sich die Pumpe im Rücklauf über schalten des Anlegethermostates automatisch zu. Wenn der Ofen einen eigenen Anschluss für ein Temperaturfühler besitzt, sollte dieser statt eines Anlegethermostat verwendet werden, da die Messung dann noch zuverlässiger ist.
Folgende Komponenten werden für die Steuerung des Kaminofen benötigt:
Rücklaufanhebung
Bevor man etwas verbaut, sollte immer der Schornsteinfeger befragt werden. Dem kann man vor dem Kauf von Ofen und Komponenten bereits alle Daten nennen und er macht Zusagen und Empfehlungen. Absolut wichtig und empfehlenswert! So habe ich das auch getan und gleich die Notwendigkeit einer Rücklaufanhebung mitgeteilt bekommen. So was kannte ich von früher nicht. Heute gibt es so was. Ziel ist dabei, dass beim Anheizen des Kamin das Wasser über einen kleinen Kreislauf schnell im Ofen erwärmt wird und damit der Ofen nicht nur schneller und besser brennt, sondern auch weniger Glanz ruß an den Wasserrohren / Wasserkassette im Brennraum verursacht. Hierbei wird beim Vorlauf und beim Rücklauf hinter dem Kamin ein Bypass, quasi Kurzschluss, erzeugt. Es wird dabei über zwei T-Stücke der Rücklauf mit dem Vorlauf direkt hinter dem Kamin verbunden. Als “T-Stück” im Rücklauf wird allerdings ein sogenanntes Thermovar eingebaut.
Dieses Ventil lässt mit zunehmender Temperatur immer mehr Wasser aus dem kalten Heizungskreis Rücklauf (bzw. aus dem Pufferspeicher) in den Kamin und mischt es entsprechend mit Teilemengen aus der bereits aufgeheiztem Wasser vom Vorlauf. So kommt der Ofen schneller auf Betriebstemperatur und führt bei zunehmender Heizleistung bzw. zunehmender Temperatur im Rücklauf immer mehr Wasser in den Kamin. So etwas kannte ich von früher, als noch Schwerkraftheizungen üblich waren, nicht. Heute gibt es so was.
Mit den Vorbereitungen ging es nun ans Werk den neuen Ofen mit in die Heizungsanlage einzubinden. Der Plan war vorerst ohne einen zusätzlichen Pufferspeicher auszukommen. Der Vorlauf des Kamin wurde nun an den Vorlauf der Gas Therme mit einem T-Stück verbunden. Das selbe mit dem Rücklauf.
Somit sind Ofen und Gas Therme quasi parallel an den Heizungskreislauf angebunden. Ein in Reihe schalten ist nicht möglich, da bisher die Gas Therme bei Abnahme von Brauchwasser für Dusche, etc. den Rücklauf des Heizungskreislauf mit einem Umschaltventil sperrt und in diesem Fall von Kamin das heiße Wasser nicht in den Rücklauf durch die Therme durch geschliffen werden könnte.
Allerdings stellte sich nach der ersten Inbetriebnahme schnell heraus, dass beim gleichzeitigen Betrieb der Gas Therme und des Kamins beide Heizquellen mit einer Pumpe das heiße Wasser in den Vorlauf des Heizungskreislaufes drücken wollen und dabei die Pumpen gegeneinander arbeiten. Wenn die Pumpe der Gas Therme also arbeitet, dann entsteht ein derartiger Druck, dass der Kamin das Wasser nach der Erwärmung nicht mehr weiter transportieren kann. Hierbei wird es schnell gefährlich, denn die Temperatur im Kamin steigt dann sehr schnell an bis letztendlich die 100 Grad im Wasserkreislauf innerhalb des Kamins erreicht werden. Dabei spring dann die Ablaufsicherung an und der Ofen wird notgekühlt.
Es wurde also ein Pufferspeicher nachgekauft.
Pufferspeicher
Der Pufferspeicher dient als Zwischenspeicher der von den verschiedenen Heizquellen produzierten Wärme und letztendlich als Wärmequelle für die Abnehmer, wenn diese angefordert wird. Da dieser Speicher mehrere Anschlüsse besitzt kam die Idee einen Elektro Heizstab als zusätzliche dritte Heizquelle mit in das Projekt zu integrieren da die Anschaffung relativ günstig ist und damit mit wenigen Mitteln eine Notheizung bei Ausfall der Gas Therme geschaffen werden kann.
Als Hauptunterschied zur ursprünglichen Installation wird bei Verwendung eines Pufferspeicher eine weitere Pumpe benötigt. Die Pumpe der Gas Therme hat bisher die produzierte Wäre direkt in den Heizungskreislauf abgegeben wo die Heizkörper versorgt werden konnten. Nun ist der Speicher in die Mitte zwischen Heizungskreislauf und der Heizquellen installiert. Somit drückt die Heizquelle das heiße Wasser in den Puffer und zieht sich das kalte Wasser ebenfalls aus dem Puffer zurück. Die Leitungen der Heizkörper sind an einem eigenen Anschluss am Pufferspeicher angeschlossen. Um die Zirkulation in diesem gesonderten Kreislauf gewährleisten zu können, bedarf es nun einer zweiten Pumpe. Die Gas Therme hat bisher die Versorgung der einzelnen Räume mittels Timersteuerung und einem Temperatur Messer an einer Fernbedienung übernommen. Hiermit wird jetzt maximal noch das Aufheizen des Pufferspeicher gesteuert.
Als neue Pumpe wurde viel Wert auf einen günstigen Preis und trotzdem einen niedrigen Energieverbrauch gelegt. Das Stichwort ist hier „Hocheffizienzpumpe“. Der durchschnittliche Verbrauch liegt bei meiner Installation bei ca. 10 Watt. Da die Pumpe später mittels der Hausautomationssoftware FHEM und einer Homematic Funksteckdose betrieben wird, lassen sich die Verbrauchswerte prima protokollieren.
Folgende Geräte werden also für die Integration eines Pufferspeicher benötigt:
Im Zuge der Pufferspeicher Integration wurde die vorab installierte Konstellation Kamin+Gastherme nun nachträglich wieder geändert. D.h. die parallele Zusammenschaltung der beiden Heizquellen wurde wieder gelöst und jeweils der Vorlauf und der Rücklauf an einen eigenen Ausgang des Pufferspeicher angeschlossen. Durch den Anschluss an separate Ausgänge soll das gegenseitige Arbeiten der verschiedenen Pumpen verhindert werden. Nach Abschluss der Pufferspeicherinstallation konnte der Kamin nun erneut seinen Testbetrieb aufnehmen.
Im Zuge der Pufferspeicherinstallation sind zeitgleich die beiden Komponenten Frischwasserstation und der Elektroheizstab mit installiert worden. Diese haben prinzipiell mit dem Betrieb des Kamin+Therme nichts zu tun, sind aber aus eigenen Wünschen mit in das Projekt aufgenommen wurden. Beim Aufstellen des Pufferspeicher sind diese zeitgleich mit angebaut worden.
Der von mir verwendete Pufferspeicher hat insgesamt 4 Anschlussmöglichkeiten (mit jeweils Vorlauf und Rücklauf). Die insgesamt 8 Verbindungen sind beim Anschluss von Kamin, Gastherme, Frischwasserstation und Elektro Heizstab eigentlich nicht ausreichend. Da auf den Heizstab als Notheizung nicht verzichtet werden sollte, wurde ein Anschluss für Rücklauf der Gas Therme und des Kamins über ein T-Stück gemeinsam genutzt.
Elektro Heizstab – Heizpatrone
Der Heizstab ist ein 3000 Watt Heizstab, welcher noch über eine normale Steckdose betrieben werden kann. Verlängerungen und Steckdosenleisten sollte trotzdem vermieden werden! Im Zweifel muss immer der Elektriker kontaktiert werden. Bei hoher Leistung besteht immer die Gefahr, dass Kabel und Stecker zu warm werden, was im schlimmsten Fall ein Kabelbrand die Folge sein kann!
Nach einigen Recherchen wurde meine Feststellung bestätigt, dass eine Heizpatrone im Puffer immer ganz unten eingebaut wird. Bei 3 Anschlüssen pro Seite am Puffer stieß der ca. 50 cm lange Einsatz im Puffer immer gegen Metallteile. Nur ganz unten passt der Stab rein. Da bei den anderen Heizquellen wie Therme oder Kamin immer der Vorlauf (also die produzierte Wärme) oben und der Rücklauf unten am Puffer angeschlossen wird, ist dies von der Logik für mich als Laien erst einmal gewöhnungsbedürftig. Aber funktionieren tut die Erwärmung des Speicher trotzdem mit der Heizpatrone ohne Probleme.
Da der Pufferspeicher 1 1/2 Zoll Anschlüsse hat, sollte möglichst auch eine Heizpatrone mit diesem Anschluss gekauft werden. Wenn ein Pufferspeicher mit anderen Anschlüssen vorhanden ist, muss dem entsprechend ein anderer Anschluss gewählt werden. Im Netz finden sich z.B. auch Heizstäbe mit 1 1/4 Zoll Anschluss.
Nachdem der Puffer installiert wurde, konnte ein erneuter Probelauf des Kamins erfolgen. Das Wasser wird ordnungsgemäß im Puffer erwärmt. Wenn die neue Pumpe zugeschaltet wird, dann wird das Haus vernünftig mit ausreichend Wärme versorgt. Nach knapp 2 Stunden ist allerdings die Temperatur von 60 Grad auf knapp 30 Grad gesunken, wenn man keine Wärme in den Speicher zufügt. Der spannendste Test allerdings war der gleichzeitige Betrieb des Kamins mit der Gas Therme. Hier fand nach anfänglichen Erfolgen trotzen eine Ernüchterung statt. Die Temperatur stieg im Testbetrieb plötzlich doch wieder gefährlich hoch im Wasserkreislauf des Kamin an! Das Phänomen ist also zur ursprünglichen Installationsvariante ohne Pufferspeicher tatsächlich weiterhin existent.
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Lösung: Das Problem scheint die Rücklaufanhebung zu sein. Auch wenn das Thermovar nach Erreichen der Betriebstemperatur im kleinen Kreislauf um den Kaminofen öffnet und Wasser aus dem Rücklauf des Pufferspeicher durchlässt, zieht der Ofen weiterhin den Großteil über den ebenfalls weiterhin offenen Bypass aus dem heißen Vorlauf an. Die Ursache ist hier wohl darin begründet, dass der Wiederstand wesentlich geringer ist, als wenn das Wasser aus dem großen Puffer von der Pumpe im Rücklauf des Kamin angesaugt wird. Dies Problem ließ sich nur durch den Einbau eines Kugelhahnes im Bypass lösen. Dieser Hahn ist nun ca. 50-70 % zugedreht. So kommt weiterhin natürlich Wasser aus dem bereits erwärmten Vorlauf des Kamins wieder in den Rücklauf und der Ofen wird schnell auf Temperatur gebracht, jedoch ist der Wasserfluss gemindert/gedrosselt. Dadurch wird bei geöffneten Thermovar Ventil in etwa die gleiche Menge aus dem Bypass und aus dem Puffer dem Kamin zugeführt. |
Fazit:
Nachdem nun der Einbau einer Drosselung in der Rücklaufanhebung einen durchschlagenden Erfolg mit sich brachte, konnte der wassergeführte Kamin in Kombination mit der Gas Therme endgültig in Betrieb genommen werden. Die Temperatur im Kamin Kreislauf pegelt sich in Abhängigkeit von der bereits im Puffer vorhandenen Wärme zwischen 55 und 75 Grad ein. Durch das Thermovar in der Rücklaufanhebung kommt der Ofen schnell auf Betriebstemperatur (55-60 Grad) und gibt das produzierte Wasser nach und nach an den Pufferspeicher ab. Über die verbauten Temperatur Sensoren von Homematic können die verschiedenen Temperaturen im Puffer, am Kamin und im geheizten Raum prima protokolliert und dargestellt werden. Dies hilft gerade in der Testphase die verschiedenen Komponenten und Schaltzeiten besser einschätzen zu können.
Nachdem die Heizquellen den Pufferspeicher nun ordnungsgemäß aufheizen können, bleibt noch das Thema Versorgung der Heizkörper und Fußbodenheizungen mit Wärme und Versorgung mit Brauchwasser für Dusche, Leitungswasser, usw.
Heizkörper / Raumtemperatur Steuerung mit FHEM
Die Steuerung der zentralen Pumpe, welche den gesamten Heizungskreislauf im Haus mit Warmwasser in Abhängigkeit zu Wunschzeit und Zimmer Wunschtemperatur versorgt, soll in Zukunft mit der kostenfreien Hausautomationssoftware FHEM erfolgen. Die Software wird auf einem kleinen autarken Raspberry installiert und wird Temperaturen messen und die Steckdose der Pufferspeicherpumpe entsprechend schalten. Die Teilschritte sind in eigenen Beiträgen dokumentiert:
Installation der FHEM Software auf einem Raspberry
Die Installation des Funkempfänger (Culstick) und der Homematic Funksteckdose wird in dem folgenden Beitrag erläutert:
Alternativinstallation innerhal einer virtuellen Ubuntu 14 Umgebung (Virtual Box)
Erstellung Heizung Steruerungsbefehle für Fhem:
[Link zum Beitrag folgt demnächst]
Installation Frischwasserstation zum Brauchwasser Erwärmung am Pufferspeicher
Die Versorgung mit Brauchwasser soll in Zukunft nicht mehr von der Gas Therme übernommen werden, sondern durch die Frischwasserstation am Pufferspeicher. Die Gas Therme ist nach der bisherigen Installation in der Lage weiterhin das Wasser für Dusche, usw. zu erwärmen. Der Vorteil ist, dass bei der bisherigen Variante Brauchwasser beliebiger Menge erzeugt werden kann. Der nachteil ist allerdings, dass oft erst Heisses Wasser kommt, ein paar Sekunden später wieder kaltes und weitere Sekunden später wieder warmes Wasser. Da die Gas Therme das Wasser in Echtzeit aufbereitet, dauert es immer eine Zeit bis die Therme auf Touren kommt. Ausserdem lässt sich die Temperatur schwieriger justieren. Oft ist das Wasser entweder zu heiß oder zu kalt. Bei Wasser aus einem Speicher oder durch die Frischwasserstation aufbereitet ist die Skalierung feinfühliger. Außerdem wäre beim Ausfall der Gas Therme weiterhin Brauchwasser verfügbar, da die Frischwasserstation die Energie aus dem Pufferspeicher bezieht. Und dieser kann mit den alternativen Heizquellen aufgewärmt werden. Die Installation der Frischwasserstation wird im folgendenen Beitrag beschrieben:
Friwa Frischwasserstation Testbericht
Abschließend möchte ich nochmal zum Ausdruck bringen, dass dieses Projekt nur durch meinen Gas-Wasser_SchXXX Monteur und durch freundliche Unterstützung der Firma GeoPlan-Klatt bis zum Ende gebracht werden konnte. Fragen wurden immer kompetent beantwortet und einzelne Bauteile bekam ich zwischendurch, wenn der Versand beim jeweiligen Teilschritt doch zu lange gedauert hätte.
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