Die Zirkulationspumpe in der Trinkwasseranlage sorgt dafür, dass auch an weit entfernten Entnahmestellen jederzeit warmes Wasser zur Verfügung steht, ohne das vorher minutenlang Wasser ungenutzt im Abfluss verschwindet.
Dies geschieht durch eine ständige Zirkulation von heißem Wassers aus dem Warmwasserspeicher und der letzten Entnahmestelle ihrer Trinkwasseranlage. Was zu hohe Wärmeverluste über die verlegten Rohrleitungen und letztlich des Warmwasserspeichers führt.
Abgesehen von diesen Wärmeverlusten, wird natürlich über die Jahre somit auch eine große Menge an elektrischer Energie für den Pumpvorgang benötigt.
Um diese Verluste einzudämmen, ist die übliche und günstigste Lösung, eine einfache Zeitschaltuhr mit Tagesprogramm. Die Zeitschaltuhr wird in den Stromkreis zwischen Steckdose und Zirkulationspupe geschaltet um außerhalb der üblichen Entnahmezeiträume die Zirkulationspumpe vom Stromnetz trennt.
Der Nachteil bei dieser Lösung liegt jedoch darin, dass bei einem anderen Nutzungsverhalten die Pumpe kein warmes Wasser zur Verfügung stellt. Oder läuft, wenn gar kein warmes Wasser benötigt wird und erst nach längerem laufenlassen das Wassers warm aus der Leitung kommt.
In beiden Fällen geht viel Energie verloren und eine komfortable Bereitstellung von warmen Wasser ist nicht gegeben.
Eine einfache und kostengünstige Alternative stellt die in diesem Projekt vorgestellte Zirkulationspumpen Steuerung zur Verfügung. Sie erkennt über einen an der Zirkulationsleitung angebrachten Temperatursensor wenn Warmwasser entnommen wird und startet dann sofort die Zirkulationspumpe. So steht in wenigen Minuten wie gewohnt warmes Wasser auch an den entfernt liegenden Entnahmestellen zur Verfügung.
Zugegeben, diese Funktionsweise setzt ein, ein wenig geändertes Nutzerverhalten voraus, so ist es z.B. sinnvoll erst mal Wasser fürs Zähneputzen zu entnehmen, damit die Pumpe anläuft und Warmwasser bereitstellt. Aber daran hat man sich wirklich schnell gewöhnt.
Um die Zirkulationspumpe nicht unnötig lange zu betreiben, kann ein zweiter (optionaler) Sensor in der Rücklaufleitung angebracht werden, der beim Erreichen einer definierten Rücklauftemperatur den Pumpvorgang stoppt.
Eine weitere Möglichkeit stellt die MQTT-Kommunikation bereit, über die die Pumpensteuerung z.B. in einen IO-Broker oder Home Assistant eingebunden und gesteuert werden kann.
Wird über einen definierbaren Zeitraum keine Entnahme erkannt, startet automatisch das Legionellen Programm. Es sorgt dafür, dass sich auch bei einer längerer Abwesenheit z.B. in den Urlaubszeiten, im Leitungssystem keine Legionellen entstehen können.
Zusätzlich verfügt die Zirkulationssteuerung über ein umfangreiches Diagnosesystem.
Sensor Überwachung
Üblicherweise wird die Zirkulationssteuerung mit zwei Temperatursensoren (Vor- und Rücklaufsensor) betrieben. Um sicher zu stellen, das die Sensoren einwandfrei arbeiten verfügt die Zirkulationssteuerung über eine Sensorüberwachung. Optional kann die Steuerung aber auch nur mit dem einem Vorlaufsensor betrieben werden.
Hierbei steht dann nicht der gesamte Funktionsumfang zur Verfügung!
Fehlerüberwachung defekte Zirkulationspumpe
Wurde eine Zirkulation angefordert, anschließend aber kein Temperaturanstieg in der Vorlaufleitung erkannt, ist die Ursache in der Regel eine defekte Zirkulationspumpe oder ein zu kalter Warmwasserspeicher.
Überwachung des Rückschlagventils
Um bei einem defekten Rückschlagventil eine energieraubende Schwerkraftzirkulation zu erkennen, überprüft das System regelmäßig die Temperatur in der Rücklaufleitung.
Sinkt diese nach einer Zirkulationsfahrt nicht oder nur kaum ab, handelt es sich in der Regel um ein defektes Rückschlagventil.
Wird eine Fehlfunktion erkannt, wird dieser automatisch im Fehlerprotokoll des Moduls mit Zeitstempel und Klartext gespeichert.
Anstehende Fehler werden auch direkt auf dem OLED-Display und im Webinterface angezeigt. Wurde eine MQTT Anbindung definiert, erfolgt zusätzlich eine Übertragung per MQTT.
Neben der Protokollfunktion steht auch Langzeitdaten Trend zur Verfügung, der direkt über das Web-Interface aufgerufen werden kann und die Sensor Daten sowie die Pumpenlauzeiten angezeigt.
Maximaler Komfort bei der Warmwasserbereitstellung
Minimale Pumpenlaufzeiten, geringer Verschleiß
Optionaler Rücklaufsensor für eine noch bessere Effizienz
Leichte Integration in eine vorhandene Automatisierung durch MQTT-Client Funktion
Weboberfläche zur optimalen Parametrierung auch ohne MQTT
Wachsender Funktionsumfang durch Firmware OTA-Updates direkt vom Hersteller
Allgemeines: Die Zirkulationspumpe in ihrer Trinkwasseranlage sorgt dafür, dass auch an weit entfernten Entnahmestellen jederzeit warmes Wasser zur Verfügung steht, ohne das vorher minutenlang Wasser ungenutzt im Abfluss verschwindet. Dies geschieht durch eine ständige Zirkulation von heißem Wassers zwischen dem Warmwasserspeicher und der letzten Entnahmestelle ihrer Trinkwasseranlage, was letztendlich zu hohe Wärmeverlusten des Warmwasserspeichers führt. Abgesehen von diesen Wärmeverlusten, wird zusätzlich auch ständig elektrischer Energie für den Betrieb der Zirkulationspumpe benötigt, was über die gesamte Lebensdauer der Anlage mit hohen Kosten zu Buche schlägt.
Um diese Verluste möglichst gering zu halten, ist die üblichste und günstigste Lösung, eine einfache Zeitschaltuhr mit Tagesprogramm. Die Zeitschaltuhr wird in den Stromkreis zwischen Steckdose und Zirkulationspupe geschaltet, um außerhalb der üblichen Entnahmezeiträume die Zirkulationspumpe vom Stromnetz zu trennen.
Der Nachteil bei dieser Lösung liegt jedoch darin, dass bei einem anderen Nutzungsverhalten die Pumpe aus ist und kein warmes Wasser zur Verfügung stellt oder die Pumpe läuft zu Zeiten, obwohl gar kein warmes Wasser benötigt wird. In beiden Fällen geht viel Energie verloren und eine komfortable Bereitstellung von warmem Wasser ist nicht gegeben.
Das TH10/16 Modul inklusive eines DS18B20 Temperatursensors kostet kaum mehr als eine elektronische Zeitschaltuhr, bringt aber ein Maximum an Energieeinsparung und das ohne einen Eingriff in die bestehende Hausinstallation vornehmen zu müssen.
Das Modul kann direkt bei Amazon mit kurzen Lieferzeiten bestellt werden.
Das Funktionsprinzip: Die grundlegende Funktionsweise basiert auf der Erfassung eines Temperaturanstiegs an der Entnahmeleitung des Warmwasserspeichers.
Wird kurze Zeit nach einer Zirkulationspumenanforderung eine weitere Entnahme erkannt, greift die Wartezeit. Sie verhindert ein mehrmaliges Einschalten nach einer kürzlichen Entnahmen. Da sich bereits heißes Wasser in den Leitungen befindet, dass sich nur langsam wieder abkühlt.
Die Pumpenlaufzeit sowie die Wartezeit nach einer Zirkulation können über entsprechende Parametrierung in den Einstellungen optimal an die Gegebenheiten angepasst werden.
Findet über einen langen Zeitraum keine Entnahme statt, kann es durch das stehende Wasser in den Rohrleitungen zu einer Verkeimungen kommen (Urlaubszeiträume, Wochenendhäuser usw.).
Um einer Verkeimung vorzubeugen und ein Höchstmaß an Hygiene zu gewährleisten, startet nach einer definierbaren Zeitpanne automatisch eine Hygienezirkulation. Diese wird in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt, wenn zwischenzeitlich keine Entnahmen stattgefunden haben.
In eine später geplanten Firmware Versionen ist eine vorausschauende Zirkulationsanforderung geplant. Soll diese Funktion genutzt werden, wird der oben beschriebene, zweite DS18B20 Sensor in der Rücklaufleitung benötigt!
Wenn ein regelmäßiges Verbrauchsverhalten erkannt wird, sollen diese Zeiträume erlernt und die Zirkulation bereits im Voraus startet, um unnötigen Wartezeiten zu minimieren. Hingegen soll während längerer Abwesenheit die Vorausschauenden Zirkulationsläufe automatisch unterbunden werden. Mit der ersten Entnahme nach dieser Pause, startet dann die Vorausschauende Zirkulation wieder automatisch. Sollten sich Verbrauchsverhalten geändert haben, sollen die veralteten Informationen automatisch gelöscht und dann nach und nach durch die neu erlernten Informationen ersetzt werden.
Die Sensoren werden über eine vier polige 2,5 mm Klinkenbuchse angeschlossen. Über diese Buchse werden zwei GPIO’S und die Versorgungsspannung herausgeführt.
Aderfarbcode der DS18B20 Sensoren DS18B20 Sensoren können zwei Adrig oder auch drei Adrig angeschlossen werden.
Bei einem zweiadrigen Anschluss betreibt man den Sensor im sogenannten parasitären Modus, die benötigte Versorgungsspannung wird über die Sensorleitung eingespeist und über einen kleinen Kondensator im inneren des Sensors gespeichert.
Signal
Beschreibung
Klemme des Adapters
GND
(sw/gn)
GND
V
Data
(gelb/weis)
DQ – GPIO 14
L
VDD
(rot)
+3,3V Versorgungs-spannung
| —– —
Jeder DS18B20 Temperatursensor besitzt seine eigenen, einzigartigen 64-bit Seriennummer, was den Betrieb mehrere Sensoren an nur einer Datenleitung zu zulässt.
Möchten Sie die Hardware Modifikation und das flashen einer eigenen Firmware selbst vornehmen, wird im folgenden die Vorgehensweise hierfür kurz beschrieben.
Diese Beschreibung soll lediglich eine Hilfestellung geben und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit!
Alle selbst durchgeführten Arbeiten erfolgen auf Ihr eigenes Risiko!
Einrichten der WIFI Verbindung: Um die Zirkulationssteuerung in das lokale Netzwerk zu integrieren, wird Anfangs ein eigener AP geöffnet. Verbindet man sich mit diesem AP und öffnet anschließend im Webbrowser die IP-Adresse 192.168.4.1 gelangt man in das Konfigurationsportal der Zirkulationssteuerung.
Hier können dann alle notwendigen Einstellungen für das lokale Netzwerk (SSID, Kennwort) und die die Verbindung zum MQTT-Broker (Server IP, Benutzername, Kennwort und Port) vorgenommen werden.
Konnte anschließend mit den eingegebenen Informationen eine Verbindung zum lokalen Netzwerk hergestellt werden, sind alle Daten und Konfigurationen der Steuerung, neben dem MQTT-Broker auch über das integriertes Web-Interface erreichbar.
Einrichten einer Amazon Alexa Verbindung: Die Zirkulationssteuerung kann über ein Sprach Kommando mit Alexa Geräten ein bzw. ausgeschaltet werden. Wurde die Zirkulationssteuerung mit dem ein Kommando aktiviert, läuft genau wie bei der Entnahmeerkennung die eingestellte Pumpenlaufzeit ab, bevor die Zirkulationspumpe automatisch wieder deaktiviert wird.
Um die Zirkulationssteuerung über Alexa ansteuern zu können, vergeben Sie zuerst den Alexa Invocation (Aufrufnamen) im Webbrowser oder per MQTT. Nach der Eingabe wird die Zirkulationssteuerung neu gestartet und ist bereit für die Kommunikation mit Alexa Geräten.
Stellen Sie vor der Suche von neuen Geräten in ihrer Alexa App sicher, dass ihre Alexa mit dem 2,4 MHz Netzwerk ihres Routers verbunden ist, da vom ESP8266 nur dieses Trägerfrequenz unterstützt wird.
Wählen sie in der Alexa App im Reiter Geräte, Gerät hinzufügen aus. Anschließend suchen sie nach Sonstige Geräte und starten sie die Suche. Nach dem die Zirkulationssteuerung erkannt wurde, kann diese mit den Kommando „Gerätename ein / aus“ angesteuert werden.
Ansicht im IO-Broker:
Die Ansicht zeigt alle verfügbaren Parameter der Zirkulationssteuerung.
Beschreibung der Notes
Note Name
Beschreibung
Lesen / Schreiben
INFO/Hostname
Bezeichnung des Moduls
Read
INFO/Port
Webserver Por
Read
INFO/IPAdress
Aktuelle IP-Adresse
Read
INFO/Modul
WLAN-Modul
Read
INFO/RestartReason
Beschreibung des letzten Neustart Ereignisses
Read
INFO/Version
Aktuelle Firmware Version
Read
SETTINGS/AlexaInvocationName
Alexa Aufrufname (max. 30 Zeichen)
Read / Write
SETTINGS/BackflowTemp
Rücklauftemperatur Abschaltwert (°C)
Read / Write
SETTINGS/CHECKUPDATE
Neustes Firmware Update laden (set true)
Read / Write
SETTINGS/GradientIntTime
Garatientenzeit ab ersten erkannten Temperaturanstieg
(sek.)
Read / Write
SETTINGS/LegionellaWaitTime
Hygienezirkulationszeit
(Std.)
Read / Write
SETTINGS/PumpRunTime
Pumpenlaufzeit (min.)
Read / Write
SETTINGS/RelaisDirection
Wirkrichtung des Realis
Read / Write
SETTINGS/StartPump
Pumpe manuell starten (set true)
Read / Write
SETTINGS/StopPump
Pumpe manuell stop
(set true)
Read / Write
SETTINGS/TempGradient
Temperaturgradient innerhalb der (°C) GradientIntTime
Read / Write
BackflowTemperatur
Rücklauf Temperatur DS18B20 (°C)
Read
PreflowTemperature
Vorlauf Temperatur DS18B20 (°C)
Read
PumpRequest
Zirkulationspume aktiv
(on/off)
Read
RelPinState
Status Relais Pin
(high/low)
Read
RemainingLegionellaTime
Abgelaufene Hygiene Zirkulations Wartezeit
(Std.)
Read
RemainingPumpRunTime
Abgelaufene Zirkulationszeit
(Min.)
Read
RemainingPumpWaitTime
Abgelaufene Wartezeit
(Min.)
Read
Uptime
Zeit seit dem letzten Neustart
Read
Vcc
Prozessor Core Spannung
Read
WIFI-Quality
WIFI-Qualität in %
Read
Ansicht im Webbrowser:
Analog zur Ansicht im Broker stehen alle Parameter auch im Webbrowser Interface zur Verfügung.
Aus Sicherheitsgründen wurde eine Anmeldung an der Weboberfläche des Regensensors eingeführt!
Die Standard Anmeldedaten für die Eingabeaufforderung lauten:
Benutzername: admin Kennwort: Password
Hinweis: Wird keine Sicherheitsabfrage für die Weboberfläche gewünscht, lassen Sie das Kennwortfeld einfach leer!
Versionsverlauf:
Intended:
Hard.Firmware Version 1.03
Neu Funktionen für das vorausschauende Entnahmeverhalten.
Released:
02.08.2022 Version 1.02
WIFI-Quality Anzeige in MQTT und Webinterface eingebaut
Webpage Kennwortabfrage eingebaut, bei leerem Kennwort erfolgt keine Abfrage.
Uptime Fehlerbeseitigung.
22.04.2022 Version 1.01
Fehlerbeseitigung bei der Übertragung der MQTT Daten. Updates bei der Genauigkeit der Messwerte verbessert.
Bibliotheksupdate durchgeführt, neues Anmeldeportal.
