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Heizung optimieren – der lange Weg

Wenn es um das Optimieren einer Heizung geht, gibt es viele Wege, viele Tipps und einige Tricks. Was sie alle gemeinsam haben ist, dass es DIE Einstellung nicht gibt, DEN Trick auch nicht. Was es aber braucht ist viel Zeit, die richtigen Umstände und auch noch viel Wissen. Wie ich das bei uns gemacht habe zeige ich in den nächsten Zeilen. Vorneweg: ich bin kein Heizungsprofi, was hier steht ist nicht auf Richtigkeit geprüft und vermutlich noch weit weg vom Optimum, aber bereits viel besser als ich das zu Beginn hatte. Und ebenfalls, dieser Weg hat für mich und mein System funktioniert, das heisst nicht, dass er für andere auch funktioniert, könnte aber…..

Was heisst «Optimieren der Heizung»

Zuerst, eine Heizung ist da, um Wärme zu produzieren und nicht um Energie zu sparen. Aber das soll sich ja nicht ausschliessen 😉 Da ich eine Wärmepumpe mit Fussbodenheizung habe, steht bei der Optimierung bei mir folgendes im Vordergrund: Maximale Wärme zu den geringsten Energiekosten und zur schonendsten Nutzung des Heizsystems. Ich werde also um diese drei Parameter optimieren.

Was spielt alles in das System rein?

Ja, die Heizung optimieren heisst, ein System zu optimieren. Alleine ein paar Parameter bei der Wärmepumpe einzustellen oder anzupassen genügt nicht, braucht es wohl aber. Das Heizungssystem besteht aus folgenden Komponenten:

  • Wärmeerzeuger: Bei mir eine Viessmann Vitocal AWCI-AC 201.A07 mit rund 5kW Wärmeleistung
  • Wärmeverteilung: Bei mir Fussbodenheizung
  • Wärmeregelung: Beispielsweise Raumgeräte oder Einzelraumregelung
  • Aufbau Heizkreise: Gibt es einen Kreis oder mehrere
  • Weitere Komponenten, wie Pufferspeicher, Umwälzpumpen

Daneben gibt es ganz viele Parameter, die das Heizverhalten beeinflussen. Ein paar kann man beeinflussen, ein paar beim Bau definieren und dann gibt es solche, die man akzeptieren muss.

  • Verlegeart der Fussbodenheizung (Beim Bau)
  • Einzelraumregulierung (meist nachrüstbar oder entfernbar)
  • Bauart des Hauses (nicht zwingend Isolation etc, sondern die Art der Räume)
  • Sonneneinstralung
  • Verhalten beim Lüften
  • Subjektiver Wärmebedarf

All diese Faktoren spielen bei der Optimierung der Heizung eine Rolle, auf ein paar gehe ich nachfolgend ein.

Verlegeart der Fussbodenheizung

Viele Fussbodenheizungen sind nach meiner Ansicht falsch verlegt. Viele sind «linear» in Schlaufen verlegt. Dies hat zur Folge, dass die Eintrittsseite wärmer ist als die Austrittsseite, das das warme Wasser ja abkühlt und Wärme an den Raum abgibt.

Besser ist die schneckenförmige Verlegung (Sollte heute Standard sein). Sie führt Vorlauf und Rücklauf des Kreises nahe beisammen, was zu einer gleichmässigen Wärmeverteilung führt. Die Lineareverlegung hat den Vorteil, dass Sie Rücklauf nicht am Vorlauf entlang führt und somit die Wärmeabgabe nicht gleich wieder den Rücklauf beeinflusst, aber eben den Nachteil, dass der Raum nicht gleichmässig erwärmt wird. Zum Thema Raumerwärmung und Spreizung hat Andreas Winckler auch viele Tipps, auch zum Thema WP optimieren. Es lohnt sich mal bei ihm rein zu schauen.

Entscheidend dabei ist auch die Frage des Abstandes der Rohre. Will man es in einem Raum wärmer haben oder muss man es wärmer haben, weil der Raum mehr Wärme benötigt (bspw. Nordseite vs Südseite des Hauses), sollte der Abstand der Rohre reduziert werden. Bei mir ist das zwischen 10-15cm. Idealerweise sollten die Kreise auch ähnlich lang sein. Ich gehe beim Thema hydraulischer Abgleich nochmals darauf ein.

Bauart des Hauses

Unser Haus ist recht offen gebaut, sprich das Erdgeschoss ist über eine offene Galerie mit dem Obergeschoss verbunden. Da Wärme bekanntlich steigt, heizt bei mir also das Erdgeschoss in einer gewissen Art auch das Obergeschoss mit. Zusammen mit dem Verhalten der Menschen im Haus führt das zum Effekt, dass wir eher einen grossen «Raum» haben als viele geschlossene Zimmer, denn die Menschen im Haus machen auch nicht alles Zimmertüren konsequent zu. Will ich also im Bad wärmer haben und heize dort mehr und die Türen werden nicht geschlossen, heizt das Bad quasi den Rest des Hauses mit.

Subjektiver Wärmebedarf

Wie warm haben Sie es denn gerne? Wir sind vor Jahren mal bei 23 Grad im Winter gestartet. Seit der Energiekrise sind wir bei 21 Grad, das ist in Ordnung, bedingt aber gewisse Anpassungen, die verkraftbar sind. Sprich Hausschuhe tragen und nicht im T-Shirt rum laufen. Eine geringere Soll Temperatur senkt den Energiebedarf stark. Ach ja, die Art des Fussbodens spielt hier auch ne Rolle. Hat man Teppiche oder Parkett fühlt sich das viel wärmer an, also Steinplatten, obschon die Wärmeleitfähigkeit der ersten beiden schlechter ist.

Auf die restlichen Aspekte komme ich im Verlauf dieses Beitrages zurück

Wo mit der Optimierung beginnen?

Grundsätzlich muss man sich fragen, was optimiert werden soll? Bei mir waren es alle drei Faktoren. Die Heizung verbrauchte gefühlt zu viel Strom, Verhielt sich nicht wie gewünscht und die Räume wurden nicht gleichmässig warm.

Stromverbrauch

Ich habe einen separaten Wärmezähler und Stromzähler eingebaut. Damit lässt sich die Jahresarbeitszahl berechnen. Sie sagt etwas über die Effizienz aus. Bei einer Luft/Wasser WP wie meiner ist die Arbeitszahl im Winter natürlich schlechter als bei wärmeren Aussentemperaturen. So ist beispielsweise die Warmwasserproduktion (Läuft auch via WP) im Sommer deutlich effizienter als im Winter. Die Jahresarbeitszahl sagt im Gegensatz zum COP (Auf einen Punkt bezogen) wieviel Wärme im Verhältnis zum eingesetzten Strom benötigt wurde. Gesamthaft sieht es bei mir für die Jahre 2020/2021/2022 wie folgt aus:

Im Jahr 2022 habe ich die Warmwasseraufbereitung auch bei Solarüberschuss auf reine Wärmepumpe umgestellt und gehe nicht mehr über den Elektroheizstab, denn der ist alles andere als effizient. Wer sich jetzt fragt, wieso dass die JAZ schlechter ist gegenüber den COP die in der Werbung versprochen werden, ist dies der Umstand, dass hier alles einberechnet wird, also auch die Kühlung im Sommer und eben Warmwasser. Zudem eben über das ganze Jahr mit unterschiedlichen Aussentemperaturen. In der Werbung ist meist nur vom reinen COP der Heizung zu sprechen. So gibt Viessmann für meine WP einen COP von 2.82 (A-7/W35) bis 4.77 (A7/W35) an.

Der Stromverbrauch wird übrigens bei mir mit einem Shelly 3EM gemessen, dabei werden auch Steuerventile und Pumpe inkludiert, also das ganze System, was an den drei Phasen hängt. Dies seit 2021. Die JAZ vor 2021 kann nicht so genau gemessen werden, da mir da teilweise Daten fehlen oder fehlerhaft sind. Auf jeden Fall ist sie schlechter.

Verhalten der Heizung

Meine Heizung taktet. Gut macht die Wärmepumpe im Kühlschrank auch. Nur im Kühlschrank ist eine ON/OFF WP verbaut und ich habe eine modulierende Inverter WP. Sprich sie kann Gänge schalten, zumindest bildlich gesprochen. Das heisst sie kann ihre Leistung so anpassen, dass sie nicht immer auf Volllast fährt, sondern abhängig vom Wärmebedarf ihre Leistung steuert. Wieso ist Takten nicht gut. Grundsätzlich bringt die WP auch mit Takten die Wärme hin. Kalt hatten wir nie. Problematisch ist, dass jeder Takt ein Anfahren und Hochfahren des Systems ist. Die WP gibt das bildlich gesprochen Gas und arbeitet, dann schaltet sie wieder ab und muss nach einer gewissen Zeit wieder an die Arbeit. Jeder Takt belastet den Kompressor.

Oben sieht man einen Tag, wo die WP 12x eingeschaltet hat zwischen 20:00 und Morgens um 08:00.

Um das gewünschte Zielverhalten zu kennen bei einer Inverter muss man das Haus verstehen und etwas von Wärmemanagement. Kein Haus ist absolut dicht und verliert keine Wärme. Jedes Haus verliert also Wärme im Winter. Sei dies durch Lüften, Undichtheit, Fenster etc. dies wird meist mit dem U-Wert bekannt gegeben. Dieser besagt, dass eine Fläche eine gewisse Anzahl Watt pro Quadratmeter Wärme transferiert oder eben verliert. Auch ohne das Haus komplett zu kennen, kann man mit Energiemonitoring sich an diese Werte ran tasten, indem man eben das Verhalten der Heizung anschaut. Um was geht es jetzt. Also das Haus verliert an Wärme, kühlt kontinuierlich aus. Will man einen konstante Innentemperatur haben, so muss also Wärme zugeführt werden. Dies findet durch die Heizung statt. An sonnigen Tagen auch durch Wärme von Aussen (Sonneneinstrahlung).

Wenn man sich das obige Bild des Taktens anschaut, dann ist ersichtlich, dass eine modulierende WP so nicht arbeiten sollte, denn mit dem Takten, wird in Impulsen zu viel Wärme rein gegeben, welche dann wieder in den Pausen abgebaut wird. Ziel wäre es gleichmässig so viel Wärme in das System zu geben, wie es verliert.

Räume werden nicht gleichmässig warm

Ich hatte Räume die nicht genügend warm wurden und andere die zu warm wurden. Die Vorstellung war eben zu Beginn, dass das Bad wärmer sein soll, als die Schlafzimmer. Hier beginnt schon mal die erste Optimierungsmassnahme. Mit unserem Grundriss des Hauses und der offenen Räume kann das System als ganzes betrachtet werden. Sprich man muss sich davon verabschieden, dass unterschiedliche Temperaturen bestehen in den Räumen oder man muss konsequent alle Türen immer zu haben. Kälter in den Schlafzimmern. Tja auch diese Vorstellung kann man begraben, denn die Kinderzimmer sind ja nicht nur Schlafzimmer, sondern auch Arbeitszimmer und Spielzimmer. Also eher was für konstante Temperaturen als schwankende Temperaturen.

Die Optimierungen

Nach den obigen Erläuterungen muss man noch wissen, dass das System von hinten, also nicht von der Wärmequelle her optimiert werden muss, sondern von Seiten der Verbraucher.

Schritt 1 Abschaffen der Einzelraumregulierungen

Warum überhaupt Einzelraumregulierung? Da gibt es viele Gründe. Mit der ERR kann man schlecht abgeglichene Systeme einfach korrigieren, aber eben nicht wirklich effizient. Für Installateure aber immer noch einfach und wartunsgfreundlich, da der Benutzer so schnell selber Sachen einstellen kann und der Fachbetrieb nicht vorbei kommen muss. Das Heizsystem wird so meist zu heiss eingestellt und dann via ERR runter geregelt. So hat der Benutzer nie zu kalt.

Bei mir war die ERR aus dem Gedanken gekommen, die Schlafzimmer in der Nacht kühler regeln zu können. Der Gedanke funktioniert bei Zimmern mit Heizkörpern. Bei Fussbodenheizung nicht. Denn die Fussbodenheizung ist so träge, da reicht die Nacht nicht aus. Es kommt zu einem pendeln.

Was macht eigentlich ein Thermostat bei der ERR? Er sagt nicht wie warm es werden soll, sondern nur, was die maximale Temperatur sein soll.

Ich habe also die Einzelraumregulierung entfernt (Nur Stellmotor vom Regler entfernt) und alle Heizkreise somit immer offen. Sprich es fliesst immer Wasser durch die einzelnen Zimmerkreise. Aber wie regle ich denn jetzt die Temperatur in den Zimmern?

Schritt 2 der hydraulische Abgleich

Da nun alle Kreise offen sind und davon ausgegangen wird, dass alle Räume gleich warm sein sollen, muss bestimmt werden, wieviel Wärme ein Raum haben soll. Respektive wieviel warmes Wasser in die einzelnen Verteilerkreise fliessen soll. Idealerweise hat der Heizungsplaner dafür eine Heizlastberechnung gemacht und aufgeschrieben, wieviel Durchfluss pro Kreis in die Zimmer soll. Hat er das nicht getan, dann braucht es Zeit und viele Messungen. Ich konnte also von einer ungefähren Einstellung ausgehen, die schon recht gut gepasst hat. Ich definiert die SOLL Temperatur 21 Grad und stellte in den wichtigsten Räumen Eve Room Thermostate auf, so lässt sich auch der Temeperaturverlauf über eine gewisse Zeit darstellen und nicht nur punktuell ablesen.

Mit den eingestellten Durchflüssen sollte es nun also in allen Räumen 21 Grad werden. Wird es das gleichmässig in allen Räumen nicht, muss die Heizkurve angehoben werden, dazu aber nachher mehr. Wird es im einen Raum zu warm und im anderen zu kalt, dann den Durchfluss reduzieren und im anderen Zimmer erhöhen. Dies in kleinen Schritten und sicher mal einen Tag beobachten.

Der Hydraulische Abgleich hat auch was mit dem Takten zu tun, denn die Heizkreise sind ja nicht alle gleich lang. Sprich eine Schlaufe mit 50m braucht halb so lange bis das Wasser durchgeflossen ist, als eine die 100m lang ist. Die kurzen Schlaufen liefern also schneller wärmeres Wasser zurück an den Verteiler als die langen. Ziel ist es beim Abgleich dass gleichzeitig beim Verteiler das Wasser aller Kreise mit der gleichen Rücklauftemperatur ankommt. Die kurzen also tendenziell eher etwas mehr zudrehen.

Der Abgleich braucht mehrere Tage idelalerweise mit gleicher Aussentemperatur und gleichem Wetter. Hat man aber mal erreicht, dass die Zimmer gleichmässig warm werden kann es an den nächsten Schritt gehen.

Schritt 3 Gesamtdurchfluss regeln

In den meisten Systemen ist ein Mischer verbaut und ein Pufferspeicher, der als hydraulische Weiche funktioniert. Der Puffer mischt den Vorlauf der Heizung (Wärme die ins System gegeben wird) mit dem Rücklauf (Abgekühltes Umlaufwasser). Im Puffer hat es jetzt immer wärmeres Wasser, als im Rücklauf des Heizkreises. Der Mischer schaut, dass wiederum die bestmögliche Solltemperatur an den Heizkreisvorlauf abgegeben wird, indem er das warme Wasser aus dem Puffer mit dem abgekühlten Wasser des Heizkreisrücklaufs mischt. Genau das führt zum takten, respektive kann dazu führen. Hydraulische Weichen machen dann Sinn, wenn es unterschiedliche Heizkreise hat in einem Haus mit unterschiedlichen Systemen. In einem Einfamilienhaus mit einem Heizkreis aber kaum. Nun ja ich habe das auch erst später gelernt. Heute würde ich mir das Geld für den Puffer sparen und auch den Mischer. Warum? Eben, die Heizung soll genau so viel Wärme abgeben, wie das Haus verliert. Sprich es muss nichts gemischt werden, vor allem bei einer Inverter WP nicht.

Meine WP bringt von sich aus einen Fluss von rund 800l pro Stunde. Mein System hat aber wegen dem Puffer noch eine Grundfos Alpha Umwälzpumpe drin. Diese bräuchte es auch nicht, denn die Heizlastrechnung gibt einen Fluss von 700l vor. Sie zeigt den Fluss im System in m3 pro Stunde an. Wenn in den Zimmern, respektive gemäss Techniker der Hydraulische Abgleich gemacht wurde, dann sollte jetzt bei mir auf der Grundfos die 700l stehen. Nach Ausprobieren und immer wieder abgleichen tat es dann auch. So jetzt haben wir aber die Diskrepanz zur WP, die einen Fluss von 800l möchte. Darum auch der Puffer…..

Nun ja, das führt eben auch zum Takten denn die WP liefert mit 800l mehr Wärme nach als der Heizkreis will. Ich habe somit die Grundfos umgestellt und mich von der Autoadapt Funktion verabschiedet und geschaut, dass ich konstant die 0.8m3 bekomme.

Jetzt ist auch der Fluss zwischen Heizung und Heizkreis abgeglichen

Schritt 4 Heizkurve einstellen

Viele beginnen mit der Heizkurve und stellen diese ein oder experimentieren damit. Im Grunde muss diese mal grob eingestellt sein, die Optimierung beginnt aber später. Das Verhalten der Heizung muss man aber immer gut beobachten. Da spielen auch Aussentemperatur etc. eine Rolle mit.

Ich habe bei mir das Niveau der Heizkurze konstant gesenkt, bis die Referenztemperatur knapp nicht mehr erreicht wurde. Dann wieder um ein Grad erhöht. So stimmt es jetzt. Aus der obigen Grafik ist ersichtlich, dass meine Heizung bei 0 Grad Aussentemperatur mit einer Vorlauftemperatur von 29 Grad die benötigte Wärme erbringt.

Grundsätzlich: Ist es generell zu warm/kalt, dann Niveau erhöhen oder senken. Ist es in der Übergangszeit oder in kalten Zeiten zu kalt/warm, die Neigung anpassen.

Schritt 5 Parameter der Heizung optimieren

Ja erst jetzt geht es an den Rest der Parameter. Und hier langer Rede kurzer Sinn, ich bin nach vielem Probieren zurück zu den Werkseinstellungen gekommen.

Was aber entscheidender war, war der Umstand, dass ich die Heizung mehr kontrollieren wollte als sie zuliess. So wollte ich das System mit Raumeinfluss steuern. Sprich ich habe eine Fernbedienung mit Thermostat im Referenzraum. Scheint nun die Sonne, sollte die Heizung zurückfahren und nicht heizen. So weit so gut, aber das hat das System so durcheinander gebracht, dass es zu takten begann. Ich habe also den Raumeinfluss vollständig entfernt und die Vorlauftemperatur vollständig auf Witterungsgeführt gesetzt, also wie wenn es keine Fernbedienung gibt. Das System schaut jetzt anhand der Rücklauftemperatur und der Differenz zur Solltemperatur ob es heizen muss oder nicht.

Mein System läuft jetzt aber durch die Anpassungen in der Hydraulik so, dass es mit 650-750W in der Regel konstant heizen kann.

Vorher/Nachher Vergleich

Zur Erinnerung so sah es beim Takten aus

Mit den Optimierungen hat die WP nun längere Takte und in den wärmeren Tagen auch längere Pausen. Im nachfolgenden Bild sieht man in der Zeit vom 11-12 Dezember (Mo und DI)., wo es etwas wärmer war, dass die Zyklen deutlich länger waren (dort wo die roten Balken sind), aber auch die Pausen. Sonne gab es nicht viel.

Das nachfolgende Bild zeigt eindrücklich, wie sich das Laufverhalten der WP geändert hat

Optimierung mit Photovoltaik

Viele WP können mittlerweile mittels Solarmanager oder ähnlicher Geräte geregelt werden. Was heisst das nun? Die Geräte übrhizen bei Solarübrschuss bewusst das Haus, indem sie die Solltemperatur anheben. Statt 21 Grad ist es dann auf einmal 23 Grad. Somit Heizt das Haus bei Sonne auch über den Fussboden auf. Es überhitzt praktisch. Wie bei einem Kirschsteinkissen ist es die Absicht, dass diese Tagesüberhitzung in die Nacht anhält und dadurch erst später Wärme nachgeliefert werden muss.

Viessmann kann ich leider nicht über den Solarmanager ansteuern. Dafür über die interne Optimierung für Photovoltaik. So darf die WP bei Solarüberschuss beispielsweise die Wassererwärmung vorziehen oder auch die Solltemperatur erhöhen.

Dies sieht man am obigen Bild gut. Während in der Zeit bis 10:00 die WP sind für die Heizphase neu einpendelte, nutzte sie um ca. 10:30 den Sonnenüberschuss, um das Warmwasser aufzuwärmen. Aber auch das nicht mit Volllast. Die rote gezackte Linie zeigt die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe. Während die rote Kurve die Temperatur des Warmwasserspeichers anzeigt. In der Nacht fielen dann die Temperaturen, weshalb da nicht mehr ganz die Konstanz in der Leistungsaufnahme besteht wie am 15.12

Was könnte man noch machen?

Einiges…. Der Puffer stört mich. Ich werde vermutlich einen Bypass installieren lassen, wo ich testweise den Wasserfluss um den Puffer rum führen kann, so muss ich ihn nicht gleich ganz ausbauen. Spannend ist, dass beim Kühlen der Puffer ja auch umgangen wird.

Die Stellmotoren der Einzelraumregelung werde ich entfernen, das spart nochmals ein paar Watt Strom (2-5W pro Motor).