In Gebäuden, die mit Wasserheizkörpern ausgestattet sind, erfolgt die Heizungsregelung oft weiterhin lokal und ist schwer zu überwachen. Die Sollwerte werden direkt an jedem Thermostatkopf eingestellt, ohne dass dabei stets die Nutzungszeiten, der tatsächliche Bedarf jedes Raums oder die in der Gebäudeleittechnik festgelegte Energiestrategie berücksichtigt werden.
Das LoRaWAN-Thermostatventil ermöglicht es, diese Heizkörper mit dem „ gebäudeleittechnik “ zu verbinden, ohne dass in jedem Raum zusätzliche Kommunikationskabel verlegt werden müssen. So kann der „systemintegrator “ Fernbefehle senden, nützliche Informationen zurückmelden und die Heizungsregelung zonenweise steuern.
Aber wie funktioniert diese Architektur? Welche Steuerungsmodi stehen zur Verfügung? Und welche Parameter müssen vor der Inbetriebnahme von Dutzenden oder Hunderten vernetzter Thermostatköpfe überprüft werden?
Warum sollten Wasserheizkörper an das „ gebäudeleittechnik “ angeschlossen werden?
In einem Dienstleistungs- oder Mehrfamilienhaus haben nicht alle Räume den gleichen Heizbedarf. Ein Besprechungsraum kann einen Großteil des Tages ungenutzt bleiben, ein Hotelzimmer muss vor der Ankunft des Gastes vorbereitet werden, und ein Klassenzimmer muss während des Unterrichts, nachts und in den Schulferien nicht in gleicher Weise beheizt werden.
Eine allgemeine Regelung, die für das gesamte Gebäude gilt, lässt diese Unterschiede nicht immer zu. Im Gegensatz dazu bietet eine raumweise Regelung der „ gebäudeleittechnik “ die Möglichkeit, die Heizung anzupassen nach:
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die Nutzungszeiten
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die im Raum gemessene Temperatur
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Hinweise zu Komfort und Energieeinsparung
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Abwesenheitszeiten
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das mögliche Öffnen eines Fensters
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die Gesamtenergiestrategie des Gebäudes.
Das Ziel besteht also nicht nur darin, den Heizkörper „vernetzt“ zu machen. Es geht vielmehr darum, ein neues Regelelement in eine bestehende Architektur gebäudeleittechnik zu integrieren, um die Erzeugung, Verteilung und Abgabe von Wärme besser zu koordinieren.
Was ist ein LoRaWAN-Thermostatventil?
Ein vernetztes Thermostatventil – auch als vernetzter Thermostatkopf bezeichnet – wird am Ventilkörper des Heizkörperventils befestigt. Sein Motor wirkt auf den Kolben ein, um den Durchfluss des durch den Heizkörper fließenden Warmwassers zu regulieren.
Das Produkt umfasst in der Regel:
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ein Temperatursensor
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ein Motor, mit dem sich die Ventilöffnung einstellen lässt
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eine Schnittstelle zur lokalen Einstellung
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Batteriebetrieb
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ein Funkmodul zur Kommunikation mit dem Überwachungssystem.
Mit dem LoRaWAN-Protokoll kann der Thermostatkopf Informationen über große Entfernungen austauschen und dabei einen Energieverbrauch beibehalten, der für den Batteriebetrieb geeignet ist. Diese Eigenschaft ist besonders bei Sanierungsarbeiten von Interesse, wenn die Verlegung neuer Kabel in Zimmern, Büros, Klassenzimmern oder Wohnungen zu aufwendig oder zu kostspielig wäre.
Das LoRaWAN-Thermostatventil von Enless ist für Wasserheizkörper vorgesehen und arbeitet im EU868-Band. Es kann sowohl mit einer privaten LoRaWAN-Infrastruktur als auch mit einem betriebenen LoRaWAN-Netzwerk verwendet werden.
Wie funktioniert die Architektur zwischen dem Ventil und der „ gebäudeleittechnik “?
In einer privaten Architektur durchlaufen die Datenaustausche in der Regel vier Schritte.
1. Das Ventil misst und regelt die Temperatur
Das direkt am Heizkörper angebrachte Ventil misst die Temperatur in dessen unmittelbarer Nähe. Je nach gewähltem Betriebsmodus stellt es lokal einen Temperatursollwert ein oder führt einen von der „ gebäudeleittechnik “ übermittelten Öffnungsbefehl aus.
Außerdem kann sie verschiedene für den Betrieb nützliche Informationen übermitteln: Temperatur, Akkustand, Motorposition, Sollwerte oder Betriebswarnungen.
2. Die Daten werden über LoRaWAN übertragen
Das Ventil sendet seine Funknachrichten über LoRaWAN. Dank der Reichweite dieser Technologie kann eine einzige Infrastruktur eine große Anzahl von Räumen abdecken, auch in Gebäuden, in denen für den Einsatz einer Kurzstrecken-Funklösung mehr Zwischenstationen erforderlich wären.
Die tatsächliche Abdeckung hängt jedoch von der Gegebenheiten vor Ort ab: Wandstärke, Fußböden, Versorgungskanäle, Metallteile, Standort des Gateways und Funkkonfiguration. Vor einer groß angelegten Einführung wird eine Untersuchung oder ein Reichweitentest vor Ort empfohlen.
3. Ein Gateway empfängt die Nachrichten
Das LoRaWAN-Gateway erfasst die Daten der Ventile und anderer im Gebäude installierter Sensoren. In einer privaten Architektur kann es mit einem integrierten oder externen LoRaWAN-Netzwerkserver verbunden werden.
Eine offene LoRaWAN-Architektur ermöglicht zudem den Einsatz verschiedener Sensortypen innerhalb derselben Infrastruktur. Das Projekt beschränkt sich daher nicht unbedingt auf die Heizung: Temperatur-, Feuchtigkeits-, CO₂-, Präsenz-, Öffnungs- oder Zählsensoren können dasselbe Netzwerk nutzen.
Weitere Informationen finden Sie in der Präsentation zurprivaten LoRaWAN-Architektur von Enless.
4. Die Informationen werden der gebäudeleittechnik
Die dekodierten Daten müssen anschließend in einem verwertbaren Format an die „ gebäudeleittechnik “ übermittelt werden. Je nach gewähltem Gateway und Architektur können sie der SPS oder der Leittechnik über ein für das Gebäude geeignetes Protokoll zur Verfügung gestellt werden.
Die „ gebäudeleittechnik “ kann dann:
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Temperaturen und Ventilzustände ablesen
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den Akkustand überwachen
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neue Anweisungen senden
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Heizkörper in Belegungspläne einbinden
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Alarme oder Regelungsszenarien erstellen
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die Heizung mit anderen Anlagen im Gebäude abstimmen.
Das LoRaWAN-Gateway von Enless ermöglicht den Empfang und die Verarbeitung von Daten aus LoRaWAN-Geräten, um diese in eine Architektur von gebäudeleittechnik zu integrieren.
Zwei Modi zur Steuerung eines Thermostatventils über die gebäudeleittechnik
Die Wahl des Regelungsmodus hängt von der Gebäudearchitektur, dem angestrebten Regelungsgrad und der bereits in der Gebäude gebäudeleittechnik vorhandenen Intelligenz ab.
Modus 1: Die „ gebäudeleittechnik “ übermittelt einen Sollwert
In diesem ersten Modus übermittelt die „ gebäudeleittechnik “ dem Ventil die gewünschte Raumtemperatur. Das Ventil nutzt daraufhin seinen Temperatursensor und seinen internen Algorithmus, um die Öffnung des Motors automatisch anzupassen.
Dieser Ansatz begrenzt den Umfang der in der „ gebäudeleittechnik “ zu programmierenden Logik. Diese ist weiterhin für die Zeitpläne, die Sollwertänderungen und die Gesamtstrategie zuständig, während die lokale Regelung auf der Ebene des Heizkörpers erfolgt.
Diese Vorgehensweise eignet sich insbesondere dann, wenn die „systemintegrator “ Folgendes beabsichtigt:
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eine Raum-für-Raum-Regelung zügig umsetzen
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vermeiden, ständig eine Eröffnungsposition zu berechnen
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eine lokale Reaktion auf Temperaturschwankungen aufrechtzuerhalten
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die Anweisungen zentralisieren, ohne jede einzelne Entscheidung des Motors zu zentralisieren.
Modus 2: Die „ gebäudeleittechnik “ steuert den Öffnungsgrad
Im zweiten Modus ist die Regelintelligenz in der „ gebäudeleittechnik “ untergebracht. Diese berechnet den erforderlichen Öffnungsgrad und übermittelt direkt einen Prozentsatz an das Ventil.
Der Thermostatkopf wird somit zu einem Stellglied. Dieser Modus bietet dem „systemintegrator “ mehr Flexibilität, da er das Öffnen der Heizkörper mit anderen Daten oder Geräten abstimmen kann: an einer anderen Stelle gemessene Temperatur, Belegungsstatus, Wärmeerzeugung, Außentemperatur oder Lastabwurfstrategie.
Dieser Ansatz erfordert jedoch eine gründlichere Ausarbeitung der Regelungsszenarien. Die „systemintegrator “ muss die Berechnungslogik, die Häufigkeit der Befehle und das Verhalten bei vorübergehender Nichtverfügbarkeit der Kommunikation festlegen.
LoRaWAN Klasse A: Welche Auswirkungen hat dies auf die Steuerung?
Das Enless-Ventil arbeitet im LoRaWAN-Modus der Klasse A. In diesem Modus kann nach dem Senden einer Aufwärtsnachricht durch das Ventil ein Befehl von oben empfangen werden.
Die Steuerung muss daher unter Berücksichtigung der konfigurierten Übertragungshäufigkeit ausgelegt werden. Ein batteriebetriebenes Ventil ist nicht dafür ausgelegt, ständig Befehle zu empfangen, wie es bei einem kabelgebundenen Gerät der Fall ist, das ständig auf Empfang ist. Das optimale Szenario besteht darin, eine Frequenz festzulegen, die mit dem Wärmebedarf des Gebäudes, der erwarteten Reaktionsgeschwindigkeit und der angestrebten Betriebsdauer im Einklang steht.
In den meisten Heizungsanwendungen ändert sich die Temperatur langsam genug, um eine effiziente Regelung zu ermöglichen, ohne dass die Funkkommunikation unnötig erhöht wird. Die Auslegung muss jedoch für jedes Projekt überprüft werden.
In welchen Gebäuden sollten LoRaWAN-Thermostatventile eingesetzt werden?
Diese Architektur eignet sich vor allem für Gebäude mit einer Hydraulikheizung und einer großen Anzahl von Heizkörpern, die einzeln geregelt werden müssen.
Büros und Dienstleistungsgebäude
gebäudeleittechnik kann die Einstellungen an die Arbeitszeiten, Leerstandszeiten und die Anforderungen der einzelnen Bereiche anpassen. Durch die raumweise Steuerung wird vermieden, dass ein besetztes Büro, ein leerer Besprechungsraum und ein vorübergehend geschlossener Bereich gleich behandelt werden.
Schulen und öffentliche Gebäude
Schulkalender, Ferienzeiten und die unterschiedliche Nutzung der Räume machen eine zentralisierte Verwaltung der Schließsysteme besonders sinnvoll. Die Sperrung lokaler Einstellungen und mechanische Schutzvorrichtungen sind ebenfalls wichtig in öffentlich zugänglichen Bereichen.
Hotels und Wohnanlagen
Die Einstellung kann je nach Belegung des Zimmers oder der Unterkunft angepasst werden. Der Betreiber behält den zentralen Überblick über den gesamten Bestand und räumt dem Bewohner bei Bedarf einen begrenzten Einstellungsspielraum ein.
Gesundheitseinrichtungen
Durch die Fernsteuerung lassen sich bestimmte Eingriffe in belegten Bereichen begrenzen und die Temperaturen an die Nutzung der verschiedenen Räume anpassen. Die Wahl des Messortes und die Regelungsstrategie müssen jedoch sorgfältig geprüft werden.
Mehrfamilienhäuser
In einer Wohnanlage ermöglicht die Lösung die Überwachung einer großen Anzahl von Heizkörpern und eine bessere Organisation der Wartungsmaßnahmen. Der Umfang der Kontrollmöglichkeiten, die den Bewohnern eingeräumt werden, muss bereits bei der Projektplanung festgelegt werden.
Wie lässt sich die Kompatibilität mit vorhandenen Heizkörpern überprüfen?
Bevor man sich für einen Thermostatkopf entscheidet, sollte man den mechanischen Anschluss des am Heizkörper vorhandenen Ventils überprüfen. Der Standard M30 × 1,5 ist weit verbreitet, doch bei anderen Ventilkörpern ist ein Adapter erforderlich.
Das Enless-Ventil wird mit einem M30 × 1,5-Anschluss geliefert. Für verschiedene Normen sind Adapter erhältlich, darunter:
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Danfoss RA
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Danfoss RAV
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Danfoss RAVL
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M28 × 1,5
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Caleffi
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Giacomini.
Um Fehler bei der Installation zu vermeiden, empfiehlt es sich, eine Bestandsaufnahme der vor Ort vorhandenen Ventilkörper durchzuführen. Ein Foto des Ventils mit abgenommenem alten Ventilkopf, die Hersteller-Teilenummer und die Gewindemaße erleichtern die Identifizierung des benötigten Adapters.
Anhand einer mechanischen Prüfung an einigen repräsentativen Heizkörpern lassen sich zudem die Befestigung, der Kolbenhub und die Kalibrierung überprüfen, bevor die Installation flächendeckend durchgeführt wird.
Welche Funktionen erleichtern den Betrieb des Fuhrparks?
Neben der Motorsteuerung tragen mehrere Funktionen zur Aufrechterhaltung des Betriebs und zur Steuerung der Nutzung bei.
Erkennung eines offenen Fensters
Wird ein schneller Temperaturabfall festgestellt, kann das Ventil die Heizung vorübergehend unterbrechen, um den Energieverlust durch ein offenes Fenster zu begrenzen.
Anti-Festfress-System
Der Motor betätigt den Kolben in regelmäßigen Abständen, um die Gefahr eines Festfressens nach einer längeren Zeit ohne Bewegung zu verringern, insbesondere außerhalb der Heizperiode.
Einschränkung lokaler Einstellungen
Die Funktion „systemintegrator “ kann die vom Nutzer vornehmbaren Einstellungen regeln. Die Sperrfunktion verhindert zudem unbeabsichtigte oder unbefugte Änderungen.
Mechanischer Schutz
In Schulen, öffentlichen Räumen oder Gemeinschaftseinrichtungen kann eine Schutzhülle den Kopf vor Stößen, Diebstahl und Beschädigungsversuchen schützen.
Lokale Konfiguration
Mit der MyEnless-App lässt sich das Ventil über Bluetooth konfigurieren und es können die für die Inbetriebnahme oder Wartung erforderlichen Vorgänge aufgerufen werden.
Autonomie und Wartung: Die zu berücksichtigenden Faktoren
Das LoRaWAN-Thermostatventil von Enless wird mit drei austauschbaren AA-Batterien betrieben. Ihre Betriebsdauer hängt insbesondere von folgenden Faktoren ab:
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die Häufigkeit der Übermittlungen
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der Frequenz der an den Motor gesendeten Befehle
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der Anzahl der durchgeführten Bewegungen
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zur Verwendung des Sommermodus
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der Qualität der Funkverbindung
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Temperaturbedingungen
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je nach Art der verwendeten Batterien.
Die Autonomie sollte daher nicht anhand eines allgemeinen Wertes bewertet werden, der losgelöst vom Anwendungsszenario ist. Bei einem großen Projekt ist es ratsam, zunächst die erwarteten Betriebsparameter festzulegen und dann den Wartungsaufwand auf der Grundlage dieses Szenarios abzuschätzen.
Der Batteriewechsel muss ebenfalls in den Betriebsplan integriert werden: Zugänglichkeit der Heizkörper, Bündelung der Wartungsarbeiten, Überprüfung des Batteriestands und Erfassung der betroffenen Geräte.
Punkte, die vor einer Bereitstellung zu überprüfen sind
Bevor eine LoRaWAN-Architektur mit Thermostatventilen flächendeckend eingeführt wird, muss die „systemintegrator “ Folgendes überprüfen:
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die Art der Heizung und die Kompatibilität der Wasserheizkörper
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die erforderlichen Ventilkörper und Adapter
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die Anzahl der Heizkörper und deren Verteilung im Gebäude
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die LoRaWAN-Abdeckung in den verschiedenen Gebieten
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die für den jeweiligen Verwendungszweck gewählte Regelungsart
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die Häufigkeit der Übermittlungen und die erwartete Reaktionsfähigkeit
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das Gateway und die Schnittstelle zur gebäudeleittechnik
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Zeitpläne und Steuerungsszenarien
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die den Bewohnern zustehenden Rechte
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die Strategie für die Wartung und den Austausch der Batterien.
Ein in einem repräsentativen Bereich durchgeführter Testlauf ermöglicht es, die gesamte Kette zu validieren: mechanische Kompatibilität, Funkqualität, Datenintegration, Übertragung von Befehlen und tatsächliches thermisches Verhalten der Bauteile.
Eine speziell für Systemintegratoren entwickelte Regelungslösung gebäudeleittechnik
Das LoRaWAN-Thermostatventil macht den Wasserheizkörper zu einem ferngesteuerten Gerät, das in die Energiestrategie des Gebäudes integriert werden kann. Es ermöglicht eine raumweise Regelung ohne zusätzliche Kommunikationsverkabelung und lässt dem „systemintegrator “ die Wahl zwischen einer lokalen Regelung über einen Sollwert und einer direkten Steuerung des Öffnungsgrads.
Das in Frankreich hergestellte und montierte TX VALVE 600-060 Enless vereint LoRaWAN-Kommunikation im EU868-Band, einen Schrittmotor, Bluetooth-Konfiguration, Schutzfunktionen und eine Auswahl an Adaptern für die gängigsten Standards von Thermostatventilen.
Entdecken Sie das LoRaWAN-Thermostatventil von Enless
Um eine komplette Architektur – Ventile, Funkabdeckung, Gateway und Integration in die „ gebäudeleittechnik “ – zu untersuchen, können Sie sich ebenfalls an das Enless-Team wenden.
Häufig gestellte Fragen zu LoRaWAN-Thermostatventilen
Was ist der Unterschied zwischen einem Thermostatventil und einem LoRaWAN-Thermostatkopf?
Im allgemeinen Sprachgebrauch werden beide Begriffe häufig verwendet, um das am Heizkörper installierte vernetzte Gerät zu bezeichnen. Technisch gesehen wird der motorisierte Thermostatkopf am Ventilkörper befestigt und wirkt auf dessen Kolben ein, um den Warmwasserdurchfluss zu regulieren.
Ist ein LoRaWAN-Thermostatventil mit allen Heizkörpern kompatibel?
Es ist für Wasserheizkörper vorgesehen, die mit einem kompatiblen Ventilkörper ausgestattet sind. Der Standardanschluss des Enless-Ventils ist M30 × 1,5. Mit Hilfe von Adaptern lassen sich mehrere andere Standards abdecken, die Kompatibilität muss jedoch vor der Inbetriebnahme überprüft werden.
Kann das Ventil in eine bestehende An gebäudeleittechnik integriert werden?
Ja, vorausgesetzt, die Architektur umfasst eine LoRaWAN-Infrastruktur und eine Lösung, mit der die Daten und Befehle der „ gebäudeleittechnik “ zur Verfügung gestellt werden können. Die genaue Schnittstelle hängt vom Gateway und den im Projekt verwendeten Protokollen ab.
Kann die „ gebäudeleittechnik “ direkt eine Solltemperatur vorgeben?
Ja. Das „ gebäudeleittechnik “ kann einen Temperatursollwert vorgeben, den das Ventil mithilfe seines Sensors und seines internen Regelalgorithmus umsetzt.
Kann man das Öffnen des Ventils direkt ansteuern?
Ja. Die „ gebäudeleittechnik “ kann auch einen Öffnungsgrad an den Motor weiterleiten. In diesem Fall wird die Regelungslogik auf der Ebene der „ gebäudeleittechnik “ definiert.
Funktioniert das Ventil in einem öffentlichen oder privaten LoRaWAN-Netzwerk?
Das LoRaWAN-Ventil von Enless kann mit einer öffentlichen oder privaten LoRaWAN-Infrastruktur kommunizieren, die mit seinem Frequenzband und seinen Funkparametern kompatibel ist.
Wie wird das Enless-Ventil konfiguriert?
Die lokale Konfiguration und die Aktualisierungsvorgänge werden über die MyEnless-App durchgeführt, wobei die Bluetooth-Verbindung des Ventils genutzt wird.
Wie kann man verhindern, dass die Bewohner die Temperatur nach Belieben verändern?
Der lokale Einstellbereich kann eingefasst werden, und eine Sperrfunktion verhindert unbefugte Änderungen. Für raue Umgebungen ist zudem eine Schutzhülle erhältlich.
