Heizungslüfter

Ausgangssituation

Theorie

Die Idee

Bauen

Elektronik im Detail

Befestigung an der Heizung

Der Effekt

Wie sieht das aus

 

Ausgangssituation

Der Gaspreis hat sich glatt verdoppelt und ich habe eine Gasheizung. Da kam natürlich die Frage auf, wie ich Gas sparen kann.  

   

Theorie

Meine Heizung ist aktuell noch eine Brennwerttherme, bei der der in der Abluft enthaltene Wasserdampf zum kondensieren gebracht wird um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Das geht um so besser, je niedriger die Vorlauftemperatur ist (die Temperatur, mit der das Heizungswasser die Therme verläßt). Da ich konventionelle Heizkörper und keine Fußbodenheizung habe, ist die Temperatur relativ hoch.  

  Um sie zu senken bräuchte ich größere Heizkörper, welche die notwendige Heizleistung bei niedrigeren Temperaturen erreichen kann. Oder eine bessere Wärmeübertragung der jetzigen Heizkörper.  

Die Idee

Ich montiere Lüfter unter die Heizung, so dass der Luftaustausch stark beschleunigt wird. Dadurch wird die Wärmekopplung der Heizung an den Raum verbessert. Aber bringt das auch was?  

  Versuch macht klug. Ich habe ein paar Lüfter mit Kabelbindern zusammengetüddelt und unter die Heizung im Arbeitszimmer gehängt. Die Heizung hat ein Thermostatventil, dreht also beim erreichen der Soll-Raumtemperatur die Heizung runter. Ein Arduino hat die Lüfter über ein Relais angesteuert und über einen DS18b20 Temperaturfühler alle 6 Sekunden den Temperaturwert und den Relais Zustand der Lüfter an einen PC geschickt. Dort habe ich die Daten dann etwa eine Woche lang aufgezeichnet, um Einflüsse wie Wetter, Tür offen, PC heizt den Raum mit etc. halbwegs rausrechnen zu können.
Im Arduino war eine Zeitsteuerung programmmiert, welche die Lüfter ab 25°C eingeschaltet hat. Aber alle 4 Stunden wurden sie für 4h nicht eingeschaltet. Damit konnte ich sehen, was die Lüfter bewirken und hatte einen Vergleich, was die Heizung ohne die Lüfter so treibt.  

  Hier ein Ausschnitt aus einer solchen Aufzeichnung:  

Rot: Die Heizungstemperatur, Blau: Lüfter-Relais  

  Die Kurven sind leider nicht leicht zu interpretieren, da doch viele Einflüsse eine Rolle spielen. Nach einer Woche aufzeichnen und jeder Menge Auswertungen habe ich dann als Erbnis bekommen, dass die Lüfter die Heizungstemperatur im Arbeitszimmer um ca. 4° senken.  

Bauen

4°C sind so viel, dass ich glaube, die Lüfter lohnen sich. Da ich einige Heizungen habe, war klar, dass die Elektronik auf eine Platine kommt. Nach ein wenig experimentieren habe ich eine proportionale Steuerung hinbekommen, welche die Lüfter bei 28°C mit 7V einschaltet und mit steigender Temperatur hoch regelt um bei etwa 35°C "Vollgas" zu geben (12V). Die Lüfter sind 80x80x25mm Lüfter vom lokalen PC-Laden. Die hatten diese ultraleisen Dinger (angeblich 15dB) grade für einen Spottpreis im Angebot. Daher sind mal eben 50 Lüfter in meinen Bastelkeller gewandert. Die Elektronik besteht im Wesenlichen aus 2 Temperaturfühlern, ein paar Widerständen, einem einzelnen Transistor und einem LM2596 Step-Down DC/DC Wandlermodul, das es für gut 1 € fertig gibt. Das Modul liefert normalerweise eine einstellbare Ausgangsspannung. Durch ablöten von 2 Beinchen habe ich es so umfunktioniert, dass es sich erst ab 28°C einschaltet und dann eine temperaturabhängige Spannung liefert. Dabei war es wesentlich billiger, zwei Temperaturfühler zu verbauen, als zu versuchen beide Funktionen mit einem Fühler zu erschlagen.  

  Hier der Schaltplan:  

 

Elektronik im Detail

Der Pin 5 des LM2596 dient zum Ein/Auschschalten des Moduls und ist üblicherweise auf GND gelegt (immer ein). Bei Spannungen über 1.3V wird das Modul ausgeschaltet. Der Spannungsteiler aus R1, R2 und TH1 liefert die 1.3V bei ca. 28°C. Auf der Platine sind 2 Widerstände in Reihe vorgesehen, damit man leicht Anpassungen machen kann, wenn das mit der Schalttemperatur nicht hin haut. Laut Datenblatt kann der Chip seine Schaltschwelle nämlich zwischen 0.6V und 2V haben. Bei meinen Aufbauten kam das mit den 1.3V aber immer hin.
Der Transistor bildet mit R5 und R6 einen einstellbaren Spannungsteiler, welcher die Ausgangsspannung an den Feedback-Eingang des LM2596 liefert. Der LM2596 versucht nun, die Ausgangsspannung so einzustellen, dass am FB Eingang genau 1.23V anliegen (Referenzspannung). TH2 und R3+R4 sorgen für einen temperaturabhängigen Basisstrom, der so ausgelegt ist, das bei 28°C am Ausgang ca. 7V anliegen und bei ca. 35°C die 1.23V am FB nicht mehr erreicht werden, so dass der LM2596 voll durchsteuert. Die Platine habe ich in KiCAD entworfen und sie sieht so aus:  

Bestückt:  

Leider hat die Platine 2 Schönheitsfehler: R2 hat einen falschen Wert (muss 100K sein) und das Loch am Rand sollte bloß die Nullpunkt Markierung sein und nicht ausgefräst werden.  

  Betrieben wird das Ganze mit einem 12V Netzteil. Der LM2596 schluckt ca. 1.5V davon, weshalb die Lüfter in Wirklichkeit nur mit 10.5V betrieben werden. Reicht aber.  

Befestigung an der Heizung

Mit Sekundenkleber habe ich zwei 5mm Neodym Magnetwürfel an die Platine geklebt und diese in der Heizung zwischen zwei Lamellen platziert:  

 

  Die Lüfterhalterung ist ein 20x20x2mm L-Profil aus PVC, in welches ich auf der CNC-Fräse Bohlungen für die Schrauben und Ausschnitte für die Lüfter gefräst habe.  

 

  In die Lüfter habe ich 5mm Gewinde in die vorhandenen Bohrungen geschnitten und die gefrästen Plastikschienen mit Inbus-Schrauben daran befestigt. Andere Schrauben hatten zu große Köpfe, so dass die Schrauben nicht nebeneinander passten. Zusammengeschraubt sieht das so aus:  

Unter der Heizung:  

An der Heizung ist das Lüftergebilde mit 4 Angelschnüren befestigt. Die Knoten so spielfrei zu setzen, dass die Lüfter an der Heizung anliegen hat natürlich nicht geklappt. Daher sind die Schnüre nun so geknotet, dass es links und rechts je eine Schlaufe von vorn nach hinten gibt, deren Mitte aber wieder bis nach unten geführt wurde. Also: Vom linken Lüfter-Loch vorne links innen die Heizung hoch, über eine Heizlamelle, wieder runter bis zu den Lüftern, wieder hoch, über eine weiter hinten liegende Lamelle und wieder runter an die hintere linke Ecke des linken Lüfters. Das Ganze rechts nochmal. Dann aneinandergehängte Kabelbinder durch die unten raushängenden Schlaufen ziehen und durch zuziehen der Kabelbinder die Lüfter bis an die Heizung hochfahren.  

Der Effekt

Ob ich dadurch Gas spare? Weiß ich nicht, weil ich keine Vergleichsmessung habe. Ist aber wahrscheinlich. Ich habe die Heizung raumgeführt laufen, so dass sich in der Küche (da ist der Fühler) bei voll aufgedrehter Heizung 18.5 Grad einstellen. Theoretisch kann es damit nirgends im Haus wärmer werden, sofern hydraulischer Abgleich und Heizkörperauslegung perfekt sind. Im Wohnzimmer habe ich durch die Lüfter dann 21.2°C. Nach der gängigen Meinung, dass ein Grad Reduzierung ca. 6% Gas spart, könnte es sein, dass ich insgesamt etwa 10% im Haus spare. Das Wohnzimmer geht davon ab, da da ja nicht abgesenkt wird. Insgesamt ist die Vorlauftemperatur aber niedriger, was zu einem besseren Wirkungsgrad der Therme führt. Wieviel das bringt konnte ich noch nicht in Erfahrung bringen.
Was ich deutlich merke: Nach einem kurzen Stoß-Lüften ist der Raum jetzt unglaublich schnell wieder warm.  

Wie sieht das aus

Von dem Ganzen Aufbau sieht man fast nix. Nur das Kabel fällt auf. Und wenn man genau hin sieht, erkennt man die Schraubenköpfe.  

Wenn es im Wohnzimmer komplett still ist, hört man die insgesamt 15 Lüfter ganz leise rauschen. Störend ist das aber nicht, die Katze schnurrt deutlich lauter.  

Optik und Geräusch akzeptiert auch meine bessere Hälfte, weshalb es dieses Gebilde permanent an alle 3 Heizkörper in mein Wohnzimmer geschafft hat.



CAD-Daten, Schaltpläne und Platinenlayout im Download: 175heizungsluefter.zip