Keine Kabel – keine Batterien

Gemäß dem Seebeck-Effekt (1821), benannt nach Thomas Johann Seebeck, entsteht in einem Stromkreis aus zwei verschiedenen elektrischen Leitern bei einer Temperaturdifferenz zwischen den Kontaktstellen eine elektrische Spannung.

Das Unternehmen Micropelt hat hierfür einen extrem kleinen und hocheffizienten TEG (Thermoelektrischer Generator) entwickelt und fertigt diesen im eigenen Werk in Halle an der Saale.

Der Thermogenerator des iTRV ist so effizient in der Ener­giegewinnung, dem so genannten „Energy Harvesting“, dass dieser während der Heizperiode, das sind nur ca. sieben Monate im Jahr, ca. 5000 mAh produziert. Das entspricht der Kapazität von zwei hochwertigen AA Mig­­non-Batterien.

Einfacher Aufbau

Der iTRV besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten:

Alle drei Komponenten sind so aufeinander abgestimmt, ugs. getuned, dass der Energiebedarf zum Betrieb des iTRV so gering wie möglich ausfällt. Nur etwa 10 % der gewonnenen Energie aus dem Thermogenerator werden während der Heizperiode pro Tag für die Stell- und Funkarbeit benötigt. Der Enegieüberschuss wird in einem hochwertigen Lithium-Akku gespeichert.

Zur Regelung des Stellantriebs empfängt der iTRV über das EnOcean-Funkprotokoll EEP, A5-20-01, eine Stellgröße vom einem Raumregler/Controller oder aus einer Gebäudemanagementsoftware (GLT) (Bild 3). Diverse Hersteller von Gebäudeautomationssteue­rungen, SPS oder DDC, bieten direkt ein Enocean-Gateway als „intelligente“ Funkklemme an, oder nutzen standardisierte EnOcean-Gateways für Modbus, KNX, BACnet, usw. aus dem An­ge­bot der EnOcean-Nutzerfirmen (Siehe https://www.enocean-alliance.org/de/produkte/).

Praktische Anwendung

Ein Beispiel von Beckhoff Automation zeigt eine Anbindung an EnOcean über die EnOcean-Funkklemme KL 6581 und die EnOcean-Antennen KL 6583. Beckhoff Automation zeigt, wie ein­fach sich EnOcean-Sensoren und Aktoren in eine GLT einbinden lassen (Bild 5).

Die Sollwertvorgabe an den Heizkörperstellantrieb erfolgt als Stellposition 0 bis 100 %. Die Kommunikation erfolgt bidirektional, was bedeutet, der ITRV meldet nach Erreichen der Sollwertvorgabe die erreichte Ventilposition an die Gegenstelle zurück.

Die Verbindung zwischen iTRV und einem Raumregler/Controller wird über einen einfachen Teach-In-Mode hergestellt. Dazu wird der Raumregler/Controller auf Einlern-Mode gestellt. Am iTRV wird zweimal der Teach-In -Button gedrückt. Damit ist die Verbindung erfolgt.

Zur optimalen Regelung der Raumtemperatur kann der iTRV auf Grund seiner optimierten Fähigkeit zur Energiegewinnung aus dem TEG und dem optimal abgestimmten Energiemanagements alle 10 min einen Stellvorgang durchführen. Das funktioniert auch schon in den Übergangsmonaten.

Damit wird eine optimale Raumtemperatur sichergestellt. Zugleich kann ein Einsparungspotential von bis zu 30 % bei den Heizkosten erzielt werden.

Für die Monate zwischen den Heizperioden, also in den Sommermonaten, versorgt sich der Stellantrieb über die gespeicherte Energie aus dem Lithium-Akku. (Überschuss des TEG-„Energy Harvesting“ aus der Heizperiode).

Zur Sicherheit des eigentlichen Heizkörperventils gegen Festsetzen durch Rost, oder Kalk, wird im Sommer pro Tag eine Ser­vice­fahrt – einmal Auf und Zu – des Ventils durchgeführt. Zu­sätz­lich wird dreimal am Tag die Verbindung mit dem Raumregler/Controller oder der GLT aufgerufen. Das dient zur Sicherheit, dass alle bislang verbundenen Teilnehmer noch vorhanden sind und ordnungsgemäß miteinander kommunizieren.

Beide Aktionen garantieren einen reibungslosen Neustart des Systems in der nächsten an­stehenden Heizperiode. Für den Sommermodus wird das sog. „Summer Bit“ aus dem EnOcean-Protokoll A5-20-01 ge­nutzt.

Das Einsparvolumen bei den Heizkosten und die optimale Raumtemperaturregelung, sowie die Stellgenauigkeit von iTRV wurden bereits in mehreren Pilotprojekten bestätigt. So auch zusammen mit der Fa. alpha EOS, einem Hersteller für kabellose „Home Automation“- und „Building Automation“-Lösungen aus Stuttgart.

Dazu wurde das iTRV in einem Pilotprojekt als batterie­lose Komponente in die alpha EOS-Systemwelt eingebunden. Die Ergebnisse können sich sehen lassen, wie das Monito­ring des Projekts zeigt. Die Steuerung aller Wohnräume erfolgt kundenkomfortabel und übersichtlich über eine App (Bilder 6 und 7).

Lösungen im Einsatz von iTRV

Die weiteren Stärken im Einsatz von iTRV liegen in der Kosteneinsparungen bei der Installation in der Renovierung und Sanierung sowie im Neubau von Büros, öffentlichen Gebäuden, Schulen, Shops in Einkaufszentren, usw.

Durch die autarke Energieversorgung des Heizkörperstellantriebs müssen keine Kabel verlegt werden und keine Batterien getauscht werden. Das erlaubt den Austausch der bestehenden Heizkörper-Thermostate gegen iTRV ohne Beeinträchtigung des laufenden Betriebs in der Sanierung/Renovierung und erfordert keine weitere Wartung für den Wechsel der Batterien.

Die kabellose Installation des iTRV ermöglicht eine einfache Nutzungsänderung in Gebäuden. Änderungen in Büros, wie das Abtrennen von Bereichen oder die Zusammenlegung von Flächen, lassen sich ohne größeren Installationsaufwand durch einfaches Anpassen der Para­metrierung auf das neue Nutzer- und Mieterprofil reali­sieren.

Besondere Vorteile zeigen die EnOcean-Lösungen in Gebäuden, die unter Denkmalschutz stehen. Hier zeigt sich, wie batterielose Funk-Sensoren und Funk-Aktoren die Modernisierung unterstützen können, ohne die wertvolle Bausubstanz zu beschädigen.

Fazit

Die Gebäudeautomationslösungen mit iTRV und EnOcean-Funk ermöglicht allen Beteiligten am Bauvorhaben einen hohen Nutzen. (siehe Infokasten). Mit dem energieautarken iTRV von Micropelt steht ein Produkt in der kabel- und batterielosen Home- und Building Automation zur Verfügung, welches nicht nur die Heizkosten senkt, sondern auch eine optimale Raumtemperaturqualität ermöglicht.