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Smarthome leicht gemacht, Viel Geld mit einer Heizungssteuerung sparen Der Hintergrund: Vom Energiesparen spricht ja heute jeder, doch nur wenige können sich vorstellen, wie einfach es eigentlich sein kann, wenn man ein paar wenige Vorkenntnisse und Mut mitbringt. Und selbst wer jetzt glaubt, er hätte keine Vorkenntnisse, der irrt sich evtl. schon. Deshalb von mir hier eine kleine Zusammenfassung meiner ersten Erlebnisse mit Smarthome-Technik. Einige Punkte sind auch für Mietwohnungen gut umsetzbar. Für den großen Cou wird aber Zugriff auf die Zentralheizung benötigt und diese sind daher nur für Einfamilienhäser geeignet. Bei noch größeren Anlagen empfiehlt sich mein Lösungsansatz nicht. Die Tipps, Einspar- und Preisangaben beziehen sich auf meinen persönlichen Fall und sind natürlich ohne Gewähr und ich übernehme keine Haftung für Schäden, die der Einfachheit wegen zwar eigentlich nicht auftreten sollten aber immer können. Meine Ziele: - Enegie sparen - Einfache Bedienung und Wartung(evtl. ganz ohne weiteren manuellen Eingriff) - niedrige Investitionskosten(Einbau von jedermann, keine Risiken, kein Garantieverlust) - autarker Betrieb ohne Internet und Cloud - Herstellerunabhängigkeit, Nachhaltigkeit 1. Bestandsaufnahme und Möglichkeiten prüfen Viele wissen ganricht, dass Sie schon einiges an Smarthome zu Hause haben. Diese Dinge zu finden und zu integrieren ist schon ein guter Start, und kostet fast nichts. Bei mir waren das: - Die Fritzbox, die von Haus aus schon einige Smarthome-Funktionen als Zentrale mitbringt - Ein DECT-Repeater (mit Temperatursensor) um die Reichweite der schnurlosen Telefone zu erhöhen Im Prinzip kann jedes Gerät, das schon im WLAN oder LAN hängt (unnd besser noch und upnp/DLNA unterstützt) Smarthome-tauglich gemacht werden. Bei der Heizung sieht es ein wenig anders aus: 
In meinem Fall ist ein 30 Jahre alte Zentralheizung mit einem einfachen Brennwertkessel mit Aussenthermostat vorhanden (ein "Durchlauferhitzer" der nur einschaltet wenn die Aussentemperatur entsprechend niedrig ist).
Die Kreislaufpumpe habe ich schon vor einiger Zeit gegen eine "Smarte" Pumpe ausgetauscht, die zumindest nur so viel Strom benötigt wie Druck in der Leitung aufgebaut werden muss. ältere Pumpen ohne Regelung benötigen dauerhaft den selben Strom, egal ob Heizkörper dahinter "öffnen" oder nicht. Für den Smart-Home-Umbau ist diese aber kaum noch relevant.Hier kommt das eigentliche Energiefresser-Problem: Der Kessel selbst hält sich immer auf Betriebstemperatur, egal ob Heizkörper Hitze benötigen oder nicht. Eine Rückmeldung der Pumpe an den Kessel oder gar eine Erfassung der Innentemperatur einzelner Räume findet nicht statt. Dies führt vor allem in den Übergangsmonaten dazu, dass der Kessel unnötig heizt, nur um seiner selbst Willen, die Hitze aber im Prinzip verpufft. Nun die Idee: Wenn der Kessel wüßte, das es im Haus warm genug ist, unabhängig von der Aussentemperatur, würde er garnicht Heizen. - von jedem Heizkörper muss dazu die Soll- und Isttemperatur ermittelt werden - Der Heizkessel muss inkl. Pumpe ein- und ausgeschaltet werden können(am besten per Steckdose) Gegenargumente: - Manche Experten behaupten, dass könnte zu Mehrkosten führen, da der Kessel ja nach kompletter Abkühlung immer von Raumtemperatur auf Betriebstemperatur aufheizen muss. Das ist aber nur sehr bedingt so, denn ganz einfach: Schlimmer als "immer an" geht ja garnicht. Die abgekülte Kesselwärme entspricht nur der selben Energie, die der Kessel sowieso benötigt um auf der selben Temperatur zu bleiben. - Auch die in dieser Zeit abgekühlten Rohre bis zum Heizkörper wären so oder so abgeküt, wenn kein Durchfluss wg. geschlossener Ventiele möglich ist. - Durch die viel öftere An- und Abschaltung und die daraus häufiger auftretenden Temperaturschwankungen im System kann es möglicherweise zu höheren Verschleißerscheinungen kommen, was gerade bei älteren Anlagen aber kaum ein Problem dahrstellt. Ich möchte hier jetzt nicht ins Detail gehen, aber hier ein paar Gedankensprünge die auf unsere Anlage zutreffen: - Die Abkühlphase muss zwar bedacht werden um nicht unnötig früh abzuschalten, kann aber recht kurz ausfallen (Timer einbauen) - Der Kessel benötigt eine gewisse Aufwärmzeit um auf Betriebstemperatur zu kommen, diese ist ohne Wasserspeicher aber sehr sehr kurz - je nach Entfernung des Heizkörpers vom Kessel benötigt das warme Wasser einige Minuten zum Ziel Im grafischen Beispiel einige Beispielwerte(gemessen mit einigen Temperatursensoren und OpenHAB) während der Feinjustierung:  - Die Heizung hat eine Abkühlungsphase von ca. 2-3h. Die Aufheizphase hingegen ist sehr kurz(max. 2-3 Minuten inkl. Weg zum Ziel). - Zw. 0:30 und 2:00 erkennt man eine unnötige geheizte Leerlaufzeit, da die Heizungspumpe nur Standby-Strom bezieht(ca. 7 Watt), die Kesseltemperatur ohne Temperaturentnahme um sich selbst schwankt, der Kessel also noch unnötig geheizt wird. - An der Leistung der Heizungspumpe erkennt man die Leerlaufzeiten und ab wann die Heizung dann endgültig abschaltet(Smarthomesteuerung, Alles aus). - Die tatsächlich benötigten Heizphasen erkennt man daran, das die Kesseltemperatur gleichmäßig verläuft, da sich hier tatsächlich Wasser bewegt und Hitze entnommen wird. 2. Einbindung der Heizung an die Fritzbox 
Mein Ziel war primär erstmal die Heizungssteuerung. Hier lässt sich am meisten Energie, und somit Geld einsparen, welches dann wiederum in weitere Investitionen fürs Smarthome gesteckt werden kann.Günstig starten wir nun mit der Fritzbox. Die Smarthome-Funktionen sind recht rudimentär, dafür aber zuverlässig und einfach einzurichten, und wir sparen uns eine teure Basis. Wer keine Fritzbox hat, kann hier gleich im Schritt 3 und 4 einsteigen, der auch eine alternative Lösung vorstellt. Damit sind wir beim Smart-Home Standard: DECT ULE Dieser Standard basiert auf DECT, dem Standard für schnurlose Telefone, mit dem zusatz, möglichst Energiesparend zu arbeiten. D.h. die Geräte senden nur Daten, wenn sie es wirklich müssen und die Batterielaufzeit ist entsprechend lang. Im Angebot finden sich hier z.B. Heizungsthermostate Comet DECT / AVM FRITZ!DECT 301, die die vorhandenen einfach durch Ab- und Anschrauben ersetzen, ohne in das Leitungssystem eingreifen zu müssen. Auch Schaltsteckdosen gibt es. Man sollte sich aber gut überlegen, ob man hier investiert, da diese Geräte allesammt nur an der Fritzbox betrieben werden können, und damit die Herstellerunabhängigkeit als Ziel schonmal ausfällt. Mit dieser Variante können schonmal: - Regler über das Fritzbox-Webinterfae oder ein angemeldetes Fritz-Telefon manuell ferngesteuert werden. - Die Batterieladestände der einzelnen Regler zentral überwacht und benachrichtigungen per Email gesendet werden - Zeitpläne für eine Woche erstellt werden - Eine Steckdose und damit den Heizkessel manuell geschaltet werden Das wars aber auch schon, spezielle Regeln wie "nur heizen wenn daheim" (Anwesenheitsprüfung) oder "Zentralheizung nur einschalten wenn benötigt" (mind. ein Regler offen) kann man so nicht realisieren. Dazu muss noch ein weiteres Steuergerät her. Neuere Firmwareversionen unterstützen zwar Regelsätze, aber zum Zeitpunkt meines Umbaus gab es diese noch nicht, und Summenregeln sind soweit ich weis nicht möglich. Ich habe mich bei den Heizungsthermostaten trotzdem für AVM entschieden, da sie zum Zeitpunkt deutlich günstiger als die anderen Produkte waren, es einen guter Einstieg ohne extra Smarthomezentrale dahrstellt und die notwendigen fehlenden Features günstig nachgerüstet werden können(siehe nächster Schritt) und die Energieeinsparung durch die Zeitpläne schon einmal einen guten Schub gibt. Das eigentliche Ziel ist aber noch nicht erreicht. Investitionskosten: Pro Heizungsregler (AVM FRITZ!DECT 301) und Schaltsteckdose(AVM FRITZ!DECT 200) 30-40 Euro, Zentrale: keine, Einsparpotential ca. 20-30%. 3. Automatisierung und Anbindung an eine Smarthomezentrale 
Die Automatisierungsmöglichkeiten der Fritzbox sind sehr beschränkt. Die Fritzbox bietet allerdings eine API-Schnittstelle mit der sie sich prima in andere Smarthome-Systeme integrieren lässt - die aber auch komplett eigenständig arbeiten können, z.B:- OpenHAB OpenHAB ist eine sehr mächtige Open Source Smart Home Zentrale, eine Softwareplattform, die unter Windows und Linux läuft, und auf theoretisch jede Plattform kostenlos aufgespielt werden kann. Wer z.B. schon einen Homeserver oder eine NAS zu Hause hat, hat evtl. Glück und kann die Software dort einfach installieren, ohne Geld ausgeben zu müssen. Sogar einige OpenWRT-Router mit genug Arbeitsspeicher sind geeignet. Wer keine vorhandene Hardwareplatform hat, kann einfach ein Starter-Set mit deinem Raspberry PI kaufen, und OpenHAB dort aufspielen. Der Stromverbrauch des Raspberrys ist minimal. Es gibt sogar schon fertige Raspberrys mit OpenHAB direkt zu kaufen(z.B. Popp Hub), um sich den Installationsaufwand zu sparen. Ausserdem unterstützt OpenHAB unmengen an Standards, neben der Fritzbox API z.B. Phillips Hue(mit und ohne Zentrale), ZigBee, Z-Wave, Alexa, upnp, diverse WLAN-Steckdosen, IR-Empfänger/Sender, Modbus usw. , Für einige davon muss zwar noch ein USB-Empfänger angesteckt werden, diese sind aber bereits sehr günstig zu haben. Über ein Webinterface können nun einzelne Geräte eingebunden, manuell gesteuert werden und Automatisierungsskripte eingefügt werden. - Amazon Alexa Alexa dürften inzw. einige kennen, ist aber eine Cloud-Lösung und damit erstmal nicht relevant. Ich erwähne es hier trotzdem, da es hier ebenfalls möglich ist Regeln zu erstellen und die Fritzbox direkt anzubinden und somit per Sprachbefehl Temperaturen zu steuern oder abzufragen. Ausserdem kann es tatsächlich eine tolle Ergänzung sein. Einige Möglichkeiten dazu im Schritt 4. Meine Entscheidung viel deshalb auf OpenHAB mit Raspberry Pi. Mehr wird für die rein Heizungssteuerung nicht benötigt Investitionskosten: Zentrale: keine(nur Software) oder Raspberry PI 3 mit benötigtem Zubehör(USB-Netzteil, SD-Karte, Gehäuse) zw. 20-70 EUR, Einsparpotential nochmal ca. 20%. 4. Zusätzliche Smart-Home Features, optional Für einige weitere Spielereien (oder wer garkeine Fritzbox verwenden möchte) verwende ich noch einen Z-Wave USB-Stick mit OpenHAB. Für Z-Wave gibt es unmengen an Gadgets, Temperaturfühler, Bewegungs- und Rauchmelder als auch Schaltsteckdosen und sogar auch Heizungsregler(falls man wie in Schritt 2 keine Fritzbox hat). Die Automatisierung erfolgt hier durch Einbindung der Fitzbox und der Schaltsteckdosen sowie einem sog. Rule-Script in OpenHAB, welches die Soll- und Isttemperaturen ausliest und die Schaltsteckdose entsprechend steuert. Details dazu im nächsten Schritt. Damit sind wir beim Smart-Home Standard: Z-Wave Z-Wave basiert auf einem Mesh-Protokoll im Frequenzbereich 850-950MHz und kollidiert damit nicht mit DECT, WLAN oder Bluetooth. Es benötigt auch keine eigene Verkabelung, jedes nicht batteriebetriebene Gerät arbeitet automatisch als Repeater. Es handelt sich dabei um einen offenen Industriestandard, den viele Hersteller gemeinsam einsetzen und die Hardware ist relativ günsigt zu bekommen. Bei den USB-Empfängern, egal für welches Protokoll, sollte man auf freies Funkfeld achten(nicht in Metallgehäuse/Schaltschränke/Sicherungskasten packen), zur Not muss noch eine USB-Verlängerung dran.   Investitionskosten: Empfänger: USB-Stick Z-Wave ZMEEUZB1 10-30 EUR, Z-Wavesteckdose 30-40 EUR, Pro Heizungsregler (alternativen zu AVM: devolo, danfoss) 30-40 EUR 5. Smart Home Upgrades Da man in Openhab auch externe bash-Scripte oder Command Line Tools einbinden kann, ist nicht immer unbedingt ein eigenes Addon für Openhab notwendig. Hier noch ein paar Beispiele was ausser der Heizungssteuerung noch so machbar ist, inkl. einiger Codeschnipsel als Anregung: - Temperaturmessung mit einfachen USB-Temperatursensoren (TEMPER1F, DS18B20 via HIDAPI) TEMPER1F HIDAPI - Steuerung von Heizkörpern (Z-Wave Eurotronic Heizungsthermostat Comet Z, Danfoss Heizkörperthermostat, Devolo Home Control Heizkörperthermostat) Heizung_Auto.rules - Steuerung von Z-Wavesteckdosen für Licht und Home Entertainment (z.B. Devolo Home Control Schaltsteckdose, Greenwave Steckdose GWRENS310-F aber auch AVM Fritz Steckdosen via Fritzbox API) scenes.rules - Prüfung von Fenstern/Türen/Lichtstärke und Temperatur (devolo Home Control Türkontakt/Fensterkontakt) - Alarmsystem für Rauch/Feuer (Devolo Home Control Funk Rauchmelder), Wasser-, Ersch\FCtterungs- oder Bewegungsmelder - Steuerung von Deckenlicht und Dimmerersatz (Fibaro FIB_EFGD-212, Fibaro Double Switch 2 FGS-223 ZW5, nur für Elektriker Einbau in Wandschalter) - Stromüberwachung/Zählung (Z-Wave Aeon Labs Zangenamperemeter, nur für Elektriker) - Steuerung von upnp-Geräten zur Musikausgabe, Umschaltung Eingänge/Sender, Lautstärkeregelung Playradio.rules - Steuerung von Infrarotgeräten mit lernfähiger IR-Schnittstelle Broadlink RM Mini3 via WLAN IR-Control How-To codes converter - Steuerung und Sprachausgabe von Amazon Alexa (Sprachausgabe eigener Texte, Abspielen von "Als-hätte-ichs-gesagt"-Kommandos) scenes.rules - Sprachansage von Anrufen mit Namen über Amazon Alexa (mit Zusatzgerät "Alexa Connect" und/oder Fritzbox-API) Upnp mit Fritzbox Telefon.rules - Spracherkennung und Steuerung über Alexa (über Hue Emulation im LAN oder Cloud-Openhab-API, ich bevorzuge Hue Emulation) Items auf Tag "Switchable" oder "Dimmable" setzen, Beschreibung der Items entspricht dem Namen, unter dem Alexa das Item findet 6. Fazit Zugegeben, in Summe kommt hier doch einiges Zusammen, allerdings hat man für sein Geld auch eine Menge Features, die man bei anderen, teureren Lösungen gar nicht hat, und ist gröstenteils herstellerunabhängig. Wer Alexa nicht mag, kann auch Google oder Microsoft verwursteln, oder gar die OpenHAB eigenen Sprachfeatures nutzen (diese sind aber noch etwas sehr hakelig). Neben OpenHAB gibt es auch alternative Lösungen wie die HA-Bridge(ebenfalls Open-Source) oder Kommerzielle Produkte wie die Hue-Bridge, Homee, MAX! usw., hier muss jeder sebst wissen wie er am besten einsteigt - ggf. was schon vorhanden ist. Ich halte OpenHAB aber für die beste Variante. |