Smart Heizen mit LoRaWAN

Autor: Felix Wolf, Alpha-Omega Technology GmbH & Co. KG

Die Fußbodenheizung mit Wärmepumpe ist heutzutage Standard am Bau. Keine andere Heizungsart kann ihr in Punkto Effizienz und Komfort das Wasser reichen. Darüber sind sich Wirtschaft, Physik und Politik einig. Zu dieser Wahrheit gehört allerdings auch, dass viele andere Gebäude mit Warmwasserheizkörpern ausgestattet sind. Das Wasser in diesen Heizkörpern wird mit unterschiedlichen Energieträgern erhitzt und heizt anschließend den Raum. Die Regelung erfolgt durch Eckventile, auf denen häufig ein mechanisches Thermoelement die Menge an Heißwasser im Gerät steuert. Die Idee, dieses Eckventil mit elektromechanischen Ventilen zu steuern, ist nicht neu. Allerdings fehlte bislang ein funkgesteuertes Gerät, das auch in einem größeren Maßstab funktioniert. Bisherige Funklösungen nutzten meist ein eigenes Protokoll oder aber DECT.

Grafik: Alpha-Omega Technology

Diese Lücke schließt nun MClimate mit dem Vicki. Dafür setzt MClimate auf das bereits weit verbreitete LoRaWAN-Protokoll, bei dem eigene Gateways und ein eigenes Softwarebackend verwendet werden kann. Das Heizkörperventil wird mit einer Adapterplatte am Eckventil montiert und lernt zunächst, wie weit es fahren muss, um das Ventil zu schließen. Anschließend tritt es dem LoRaWAN-Netzwerk bei. Dann überträgt es zyklisch Soll- und Istwerte und wie weit das Ventil geöffnet und geschlossen ist. Die Ventilstellung wird automatisch nachreguliert, um die gewünschte Temperatur möglichst genau zu treffen. Eine Soll-Temperatur lässt sich vor Ort durch das Drehen am Griff einstellen oder aber auch per Funk setzen. Die Verstell Funktion vor Ort lässt sich dabei auch deaktivieren. Im Prinzip kann der Vicki auch als Thermostat an Kühlkörpern verwendet werden. Dann wird das Ventil geöffnet, sobald die Soll-Temperatur überschritten ist. Diese Funktion soll jedoch in diesem Artikel nicht weiter betrachtet werden.

Smart ist nicht gleich Smart

In der IoT-Welt wird der Begriff „Smart“ allzu voreilig verwendet. Meist wird nur der erste Schritt (das Einsammeln von Informationen) gegangen und das Ergebnis sofort Smart genannt. Durch die Möglichkeit, mit dem Vicki auch Soll-Werte zu setzen, gibt es hier jedoch die Option, wirklich „smarte“ Entscheidungen zu treffen. Beispielsweise kann durch das Hinterlegen eines Zeitplans viel Energie (und damit natürlich auch Kosten) eingespart werden. Eine automatische Nachtabsenkung und ein automatisches Aufheizen des Gebäudes kurz vor der Nutzung bringt nicht nur Einsparpotential, sondern dient auch dem Komfort. Viele Anwender geben einem ersten Impuls nach, nämlich den Nutzer aussperren und manuelle Eingaben am Gerät unterbinden zu wollen. Normalerweise ist das jedoch eine schlechte Idee, denn die Akzeptanz der Technologie wäre gefährdet und der Nutzer fühlt sich bevormundet. Unsere Empfehlung lautet stattdessen, Nutzereingaben zuzulassen, aber für jeden Tagesabschnitt wieder Solltemperaturen zu setzen, die individuelle Anpassungen rückgängig machen. In Bürogebäuden könnte so ein Fahrplan folgendermaßen aussehen:

Grafik: Alpha-Omega Technology

Aber der MClimate Vicki bietet noch mehr. Der Sensor meldet bei jeder Kommunikation eine Vielzahl an Parametern. Neben Temperatur, Luftfeuchte und dem Batteriestand enthalten die Nachrichten des Aktors auch die aktuelle Ventilstellung. Dadurch kann eine Aussage zur Gesamtbelastung des Heizkreislaufs getroffen werden. Durch den Vergleich können in größeren Gebäuden auch Räume identifiziert werden, in denen die Isolation fehlerhaft beziehungsweise beschädigt ist, was durch eine permanente Offenstellung des Ventils auffallen würde.

IoT Plattformen

Der MClimate Vicki ist ein komplexes Gerät, und um große Einsparpotentiale zu heben, sollte er in großen Stückzahlen ausgerollt werden. Dadurch entsteht die Herausforderung, eine große Anzahl an Aktoren gleichzeitig und im Zusammenspiel miteinander zu verwalten. Natürlich ist es durch das offene LoRaWAN-Protokoll und die Dokumentation des Vicki möglich, eine eigene Software dafür zu entwickeln. Aber die Heizperiode für dieses Jahr hat bereits begonnen. Kaum eine Firma hat freie Programmierressourcen, um jetzt „schnell“ eine Software zu entwickeln. Gleichzeitig sind die meisten IoT-Plattformen derzeit nur darauf ausgelegt, empfangene Daten anzuzeigen und auszuwerten. Hier sollen im Folgenden drei Möglichkeiten zur Steuerung von Vickis aufgezeigt und beschrieben werden, die ohne eigene Entwicklung zur Verfügung stehen. Alle hier vorgestellten Lösungen haben eine grafische Benutzeroberfläche, auf die per Browser zugegriffen wird. Alle hier vorgestellten Lösungen benötigen einen separaten LoRaWAN-Netzwerkserver (zum Beispiel TTN/TTI, Chirpstack oder kerlink Wanesy), um die Kommunikation mit den Geräten abzuwickeln.

MClimate Enterprise

MClimate Enterprise ist eine Eigenentwicklung von MClimate selbst zur Verwaltung der Vickies. Für die MClimate Lösung gibt es eine native Integration zum Things Stack, wobei es egal ist, ob man die kostenlose Community Variante oder eine professionelle TTI-Installation verwendet. In der Software gibt es die Möglichkeit, Aktoren in verschachtelte Hierarchien (Gebäude, Abschnitt, Stockwerk, Raum) aufzuteilen und den einzelnen Gruppen Zeitpläne zuzuweisen. Neben den Heizungsventilen können auch alle anderen Sensoren des Herstellers eingebunden werden. Dadurch kann beispielsweise die Ist-Temperatur zur Steuerung eines Thermostats von einem anderen LoRaWAN-Sensor in größerer Entfernung geprüft werden. Hervorzuheben ist außerdem, dass MClimate Enterprise nicht nur einfach die Soll-Temperatur des Aktors setzt, sondern stattdessen die Ventilsteuerung übernimmt.

Datacake

Die Low-Code IoT-Plattform Datacake ist einer der einfachsten Wege, um unterschiedlichste IoT-Sensoren und -Aktoren zu visualisieren und zu steuern. Für viele Sensoren liegen bereits Templates vor, die schnell an eigene Bedürfnisse angepasst werden können. Auch für den Vicki gibt es bereits ein Template, mit dem sowohl einzelne Geräte verwaltet werden können als auch Installationen mit mehr als 100 Geräten gemanagt werden. Datacake unterstützt dabei viele LoRaWAN-Netzwerkserver. Zusätzlich kann Datacake auch Daten von Sensoren anderer Hersteller kombinieren und gemeinsam in einem Dashboard visualisieren. Ein solches Dashboard lässt sich auch veröffentlichen.

Thingsboard

Das Thingsboard ist das bei weitem vielseitigste Produkt der zuvor vorgestellten Lösungen. Diese Vielseitigkeit geht jedoch mit einer hohen Komplexität einher. Trotzdem ist das Thingsboard eine hervorragende Grundlage, um die Daten von Vickis zu visualisieren und die Geräte zu steuern. Die Verwaltung wird durch die Möglichkeit, Geräte zu Entitätsgruppen zusammenzufassen, vereinfacht und diese können dann hierarchisch angeordnet werden. Mit dem Regelketten-Werkzeug von Thingsboard können auch komplexe Aufgabenstellungen in kurzer Zeit realisiert werden.

Fazit

Der MClimate Vicki ist definitiv ein Werkzeug, um bei klassischen Heizkörper-Heizungsanlagen in kürzester Zeit ein hohes Einsparpotential zu heben. Außerdem ermöglichen die Geräte einen nicht unerheblichen Komfortgewinn für die Nutzer der Räumlichkeiten. Wie bei jedem komplexen Steuerungssystem ist jedoch auch hier ein wenig Vorarbeit notwendig, um eine optimale Lösung für den Betreiber und Anwender zu finden. Hier ist Alpha-Omega Technology GmbH & Co. KG der richtige Partner an Ihrer Seite.

Weitere Informationen: https://iot-shop.de/vicki-heizkoerperventil und https://iot-shop.de/smartes-heizen-nach-energieeinsparverordnung