Homematic – Fußbodenheizung smart machen

Neue Wohnung – Neue Spielwiese ;-) Ich bin vor kurzer Zeit in eine neue Wohnung gezogen und habe nun endlich auch eine Fußbodenheizung! Diese ist aktuell noch ziemlich „dumm“, es ist zwar eine neue Vaillant Therme verbaut, die für Warmwasser und Heizung zuständig ist, doch die Temperatur wird zentral von einem Thermostat erfasst und für die gesamte Wohnung geregelt. Da ich jeden Raum aber gerne individuell und in Abhängigkeit von unterschiedlichen Umständen regeln möchte, muss die Heizung natürlich auch mit ins Smarthome-System integriert werden.

Der Faktor Energieersparnis spielt natürlich auch eine Rolle, Zimmer, die tagsüber nicht genutzt werden, müssen ja auch nicht geheizt werden. Der Zugewinn an Komfort steht bei diesem Projekt für mich aber ganz klar im Vordergrund. Da dieses Thema für viele von Euch spannend sein wird, habe ich hier alle Schritte im Einzelnen dokumentiert und erkläre Euch, wie ich dabei vorgegangen bin.

Da bei Euch der Aufbau evtl. etwas anders aussehen wird, habe ich hier kurz zusammengefasst, welche Arten von „Regelungen“ es sehr häufig gibt.

Bei Fußbodenheizungen gibt es unterschiedliche, ich nenne es mal „Ausbaustufen“. Meine aktuelle Stufe bezeichne ich als „Steinzeit“. Es ist zwar ein Heizkreisverteiler vorhanden, der Durchfluss wird aber nicht über elektrische Thermostatköpfe geregelt, sondern von Hand über mechanische Drehventile eingestellt. Damit kann der Durchfluss zu den einzelnen Räumen reguliert werden. Durch diese Differenz im Durchfluss können die Räume unterschiedlich eingestellt werden. Das ist natürlich wenig flexibel und lässt somit auch keine individuelle und anpassbare Regelung bezogen auf einen Raum zu.


Die zweite Ausbaustufe wäre, dass bereits Thermostate in jedem Raum vorhanden sind. Es führt eine Leitung (230V) zu dem Heizkreisverteiler und steuert dort dann einen Thermostatkopf an. Wenn ein Raum mehrere Heizkreise besitzt, das ist gerade bei größeren Räumen sehr häufig der Fall, dann kann ein Regler auch mehrere Köpfe ansteuern. In den meisten Fällen erfolgt die Ansteuerung der Köpfe über 230V. Es gibt aber auch Köpfe, die mit 24V angesteuert werden. Das ist später sehr wichtig, da das passende Homematic Modul beschafft werden muss. Hier wird ebenfalls zwischen 24V und 230V unterschieden.

Die Trägheit einer Fußbodenheizung sollte nicht unterschätzt werden! Eine Fußbodenheizung kann man nicht direkt mit einer Radiatorheizung vergleichen. Das Ansprechverhalten ist bei einer Fußbodenheizung sehr viel langsamer. Das hat zum einen damit zu tun, dass die Vorlauftemperatur viel geringer ist. Hier sprechen wir nicht über 60°C-70°C eher über max. 30°C. Ein weiterer sehr entscheidender Faktor ist der Bodenbelag und der Estrich. Je tiefer die Heizschlange im Estrich liegen, desto langsamer ist die Heizung. Auch der Bodenbelag spielt eine entscheidende Rolle.

Ob es Sinn macht, die Heizung beim Verlassen des Hauses auszuschalten und kurz vor der Rückkehr wieder einzuschalten, muss von Fall zu Fall einzeln betrachtet werden. Bei mir ist der Estrich nicht besonders dick und die Heizung braucht nicht so lange, bis der Raum wieder warm ist. Daher kann ich meine Heizung einigermaßen dynamisch regeln.

Wie es bei Euch aussieht, findet Ihr meist durch Ausprobieren heraus.

Herausforderungen bei meiner Heizung, die beachtet werden müssen

Aktuell wird die Fußbodenheizung über einen Regelkreis gefahren, der zudem durch einen Außenfühler unterstützt wird. Ich spreche an dieser Stelle von einem Regelkreis, da nur ein zentrales Thermostat bei meiner Heizung verbaut ist. Hier kann ich die Solltemperatur für die ganze Wohnung einstellen.

Ist diese erreicht, wird die Heizung ausgeschaltet und über die in der Heizung hinterlegte Hysterese geregelt. Von dieser Regelung will ich weg und einen eigenen Regelkreis pro Raum aufbauen. Das erreiche ich dadurch, dass jeder Raum ein Thermostat und ein eigenes Ventil erhält.

Die Aufgabe des Außenfühlers

Der Außenfühler ändert die Heizkennlinie in Abhängigkeit der Außentemperatur. Evtl. habt Ihr schon mal davon gehört, dass in der Heizung Kennlinien angepasst werden können. Für die Regelungstechnik bedeutet dies, dass eine zusätzliche Verstärkung (Kp) ausgeschaltet wird. In der Praxis bedeutet dies, dass der Vorlauf bei sinkender Außentemperatur angehoben wird. Das passiert nicht linear über eine Kennlinie. Genauer will ich darauf nicht eingehen, da wir dieses Verhalten bei der Umrüstung auf Homematic nicht verstellen müssen.

Das Problem, welches ich aktuell mit dem verbauten Raumthermostat habe, ist, dass die Temperatur für die ganze Wohnung zentral geregt wird. Das Thermostat hängt im Wohnzimmer und steht z.B. auf 21°C. Wenn nun die Temperatur im Wohnzimmer erreicht ist, dann können die anderen Räume nicht weiter geheizt werden, da die Heizung komplett abgestellt wird, bis die Temperatur im Wohnzimmer unter die eingestellten 21°C fällt.

Das muss geändert werden, damit jeder Raum einzeln geregelt werden kann.

Hier mein aktueller Ansatz: Wenn ich am meinem Thermostat der Heizung einstelle, das immer 24°C erreichen soll, ist die Heizung ständig in Bereitschaft. Die 24°C sind zudem die oberste Temperatur, die ich erreichen will. So habe ich neben der Homematic-Regelung eine max. Abschaltung bei dieser Temperatur durch die interne Heizungsregelung.

Auch habe ich alle Zeiten aus meinem verbauten Thermostat entfernt. Die Heizung fährt so nicht mehr automatisch in „Nachtschaltung“. Diese werde ich dann für jeden Raum einzeln über die CCU2 realisieren.


Wenn nun alle Ventile der Fußbodenheizung geschlossen werden, dann fördert die Pumpe gegen einen Widerstand und der Durchflusswächter schaltet die Pumpe aus. Dadurch wird die Heizung abgeschaltet. Wir nur ein Ventil geöffnet, wird die Pumpe wieder eingeschaltet und die Heizung regelt den Vorlauf wieder auf die Temperatur, die durch die Kennlinie (Außenfühler) vorgegeben wird.

Die einzelnen Homematic Thermostate stellen dann den unterlagerten Regelkreis dar, der jeden Raum für sich einstellt. Wenn die eingestellte Temperatur erreicht ist, fährt das Ventil wieder zu.

Kleine „Kopfkunde“ der Regelventile

Die Regler haben keine elektrischen Motoren, sondern bewegen sich durch die Ausdehnung einer Flüssigkeit (Öl) oder eines Metalls, welches mit Strom erwähnt wird. Durch die thermische Ausdehnung wird ein kleiner Bolzen, meist aus Kunststoff, herausgeschoben, der dann auf das eigentliche Ventil drückt.

Durch das langsame Ausdehnen der Köpfe wird das System sehr träge. Schnelle Änderungen sind dadurch nicht zu machen, das ist aber bei einer Fußbodenheizung auch nicht notwendig.

Der Regler kann nicht durch ein Signal z.B. auf 50% gestellt werden wie bei einem Heizkörper. Dort wird der Durchfluss sehr direkt geregelt. Bei einer Fußbodenheizung wird die Temperaturänderung über die Durchflusszeit des warmen Wassers, welches den Boden erwärmt, geregelt.

Das sind alles Feinheiten, man könnte diese noch viel weiter ausführen, doch wir wollen zuerst das System aufbauen und später damit spielen ;-)

Bei den Köpfen gibt es eine Kleinigkeit zu beachten. Es gibt Regler mit der Bezeichnung NC und welche mit NO.

NC steht für „normaly closed“ und NO für „normaly open“. Das beschreibt den Verrharrungszustand des Ventils, wenn dieses nicht mit Strom versorgt wird. Ihr müsst das entsprechende Ventil wählen, welches zu Eurer Heizung passt.

Herausfinden könnt Ihr das über das Ventil und den Durchfluss. Meine Ventile im Fußbodenheizungsverteiler sind so gebaut, dass diese keinen Durchfluss haben, wenn der Regelkopf abgezogen wird.

Wenn man mit einer Zange den Pin aus Metall nun in das Ventil drückt, fängt das Heizungswasser an, zu zirkulieren. Daher benötige ich einen Kopf mit der Bezeichnung NC. Da ich im stromlosen Zustand will, dass die Heizung aus ist. Erst wenn das Ventil angesprochen wird, soll der Keizkreis aktiviert werden.


Das wichtige für den Aufbau von einer smarte Fußbodenheizung ist, dass eine Spannungsversorgung im Heizungsverteilerkasten vorhanden ist. Das war auch schon der erste Punkt, über den ich gestolpert bin! Da in meinem System keine elektrischen Ventile verbaut waren, war natürlich beim Bau auch keine Spannungsversorgung notwendig. Wer bereits eine Spannungsversorgung hat, kann die nächsten Zeilen einfach überspringen ;-)

Verfügbare Hardware

	ELV	Amazon	eBay
230V Homematic-Aktor 6-fach	Link	Link	Link
230V Homematic-Aktor 10-fach	Link	Link	Link
24V Homematic-Aktor 6-fach	Link	Link	Link
24V Homematic-Aktor 10-fach	Link	Link	Link
230V/24V Trafo	Link	Link	Link
Klimasensor mit Display	Link / Bausatz	Link	Link
Klimasensor ohne Display	Link	Link	Link
Wandthermostat mit Stellrad	Link	Link	Link
Stellantrieb 24V (NC)	Link	Link	Link
Stellantrieb 230V (NC)	Link	Link	Link
Stellantrieb 24V (NO)	—	Link	Link
Stellantrieb 230V (NO)	—	Link	Link

Eine naheliegende Steckdose wird angezapft

Leider muss ich zugeben, dass ich die Spannungsversorgung vom Fußbodenheizungsverteiler anfänglich gar nicht auf dem Schirm hatte. Mein Badezimmer liegt direkt neben dem Büro und alle Wände waren im Büro schon verputzt und fertig um gestrichen zu werden.

Da ich den Aufwand so klein wie möglich halten wollte, habe ich einen kleinen Schlitz, abgehend von der nächsten Steckdose zum Boden geführt. Der Bodenbelag war zu dieser Zeit noch nicht verlegt daher konnte das Kabel sauber an der Wand geführt werden. Der Trittschall und die Fußleisten überdecken die Installation dann später komplett.

Am aufwendigsten war das Ausmessen der Bohrung, die durch die Wand geführt werden musste. Diese sollte ja direkt im Fußbodenverteilerkasten landen ;-)

Als Zuleitung habe ich ein NYM-3×1,5 Kabel genommen. Diese darf direkt in der Wand ohne Leerrohr verlegt werden und kann auch ohne Probleme durch das Bohrloch gesteckt werden.

 

Das HM-Fußbodenmodul wird angeschlossen

Der Homematic-Aktor wird (in meinem Fall) direkt an die 230V Versorgung angeschlossen. Solltet Ihr bei Euch bereits ein 24V System verbaut haben, muss natürlich noch ein Trafo eingesetzt werden.

Alle drei Adern werden der Farbe nach aufgelegt. Braun –> L, Blau –> N und Grün/Gelb auf PE. Damit ist die Installation des Aktor abgeschlossen.

Die Thermostatköpfe werden angebaut und angeschlossen

Bei mir ist der Verteiler im Obergeschoss recht überschaubar, ich habe drei Räume, die jeweils aus einem Kreis versorgt werden. Daher habe ich mir drei Stellungsregler besorgt, die auf meinen Verteiler passen (NC). Hier solltet Ihr darauf achten, dass die Kompatibilität auch zum Gewinde passt. Bei den meisten Köpfen liegen unterschiedliche Adapter bei und so viele unterschiedliche Typen gibt es dann auch nicht ;-)

Mein Verteiler ist vom Hersteller „Herz“. Daher habe ich einen Regler gesucht, der auf diesen Verteiler passt. Entschieden habe ich mich für die günstigen Ventile von Möhlenhoff. Jeder Aktor kostet unter 20€.

Funktion vom Homematic IP Fußbodenheizungsaktor

Wie der Name schon verrät, handelt es sich bei diesem Gerät um ein Homematic IP Teilnehmer. Das Anlernen erfolgt analog zu den anderen Homematic IP Geräten entweder über die CCU2 oder Access Point. Ich verwende in diesem Beispiel die CCU2 um das Gerät zu verwenden.

Dieser Aktor stellt die Zentrale der Fußbodenheizung dar. Das Gerät gibt es mit 6 oder 10 Regelkreisen. Das bedeutet, dass entweder 6 oder 10 Raumthermostate an diesen Aktor angelernt werden können. Damit ist es dann möglich, 6 bzw. 10 unterschiedliche Heizkreise zu steuern.


Die Homematic IP Thermostate werden direkt an den Aktor oder aber später über Direktverknüpfungen verbunden.

Das Raumthermostat misst die Temperatur und schickt diese Informationen zum Fußbodenheizungsaktor. Dieser kann dann jedes Ventil nach Bedarf ansteuern. Ein internes Relais gibt dann Spannung auf den entsprechenden Kopf und das Ventil wird dadurch bewegt.

Welche Homematic Raumthermostate können verwendet werden?

Wenn Ihr den Homematic Fußbodenheizungsaktor verwenden möchtet, das braucht Ihr auch die Homematic IP Wandthermostate. Leider können die älteren Thermostate nicht mit diesem Gerät direkt verknüpft werden. Ich habe von meiner alten Wohnung noch 5 Wandthermostate von Homematic „klassisch“ übrig, die ich leider dafür nicht verwenden kann.

Aktuell gibt es drei unterschiedliche Thermostate, die zusammen mit dem Homematic Aktor betrieben werden können.

Klimasensor mit Display	Link / Bausatz	Link	Link
Klimasensor ohne Display	Link	Link	Link
Wandthermostat mit Stellrad	Link	Link	Link

Die Wandthermostate werden auch Klimasensoren genannt. Wer seine komplette Steuerung über das Tablett oder Handy erledigen will, dem reicht der Sensor ohne Display. Dieser misst die aktuelle Raumtemperatur und liefert den Wert inkl. Luftfeuchtigkeit. Es gibt am Gerät selber keine Möglichkeit die Temperatur anzupassen.

Den gleichen Sensor gibt es auch mit Display. Hier kann der Sollwert, der Istwert und die Luftfeuchtigkeit abgelesen werden. Es besteht aber auch hier keine Möglichkeit den Sollwert direkt zu ändern.

Dieses Modul gibt es auch recht günstig als Bausatz, daher habe ich mich in allen Räumen, für diesen Sensor entschieden. So hat man auch schnell mal die aktuelle Temperatur im Blick, ohne aufs iPhone zu schauen.

Für Räume, in denen die Temperatur auch mal schnell angepasst werden soll, empfehle ich den Wandsensor mit Stellungsrad. Hier kann der Sollwert durch einfaches Drehen eingestellt werden.

Zuordnen der Heizkreise

Etwas kniffliger wird es dann, wenn es um die Zuordnung der Heizkreise geht ;-) Bei mir ist dieser Prozess zwar überschaubar, da in meinem oberen Verteiler nur drei Heizkreise liegen, doch leider wurde hier an der Beschriftung gespart.

Ein tieferer Blick kann dabei helfen, herauszufinden, in welche Richtung die Rohre laufen, das hat bei mir auch direkt geklappt. Bei größeren Verteilern und mehreren Kreisen pro Zimmer kann dies aber zu einem Ratespiel werden.

Am besten ist dann, alle Kreise zu schließen und jeden Kreis einzeln zu öffnen und zu „fühlen“ in welchem Raum der Boden warm wird. Das ist bei dem trägen System Fußbodenheizung unter Umständen kein leichtes Unterfangen :-)

Wenn die physikalische Zuordnung erfolgt ist, sollten die Ventile direkt beschriftet werden. Nun werden die Köpfe der Reihe nach an den Homematic-Aktor angeschlossen. Ich kann an dieser Stelle dringend empfehlen, die Kanäle in der CCU2 direkt mit zu benennen, damit Ihr es später bei der Zuordnung der Raumthermostate leichter habt!

Anlernen der Geräte und anlegen von Direktverknüpfungen

Wenn Ihr für Eure Heizung den Homematic IP Access Point verwendet, kann kann der Vorgang direkt über die App vollzogen werden. In meinem Fall müssen alle Geräte an die CCU2 angelernt werden. Der Fußbodenheizungsaktor bietet für jeden Kanal 1-6 oder 1-10 einen Schnittstelle an.

An diese Schnittstelle können dann Homematic IP Thermostate angelernt werden. Theoretisch wäre es auch möglich, den Fußbodenheizungsaktor auch im stand-alone Betrieb mit Thermostaten zu betreiben, dann werden die Geräte direkt an das IP-Gerät angelernt. Der Vorgang ist aber nicht besonders komfortabel, daher lege ich die Direktverknüpfungen über die CCU2 an.

Alle Homematic IP-Geräte sollten zu diesem Zeitpunkt bereits an der CCU2 angelernt sein. Ich habe meine Thermostate alle nach den Räumen benannt, die zu regeln sind. Auch die Kanäle vom Fußbodenheizungsaktor habe ich dementsprechend benannt.

Nun wird jedes Thermostat den richtigen Aktor zugewiesen.

Da dieses Tutorial dann doch etwas länger geworden ist, als erwartet werde ich weitere Artikel zur Einstellung und Programmierung schreiben. Auch werde ich Euch in den nächsten Tagen zeigen, wie Ihr vorhandene Thermostate „smart“ machen könnt ohne den HM IP Aktor einzusetzen.