Zweileiter-Klimasysteme: alle Betriebsarten behalten, ohne dass sich die Geräte gegenseitig stören

Wie ein Zweileiter-System aufgebaut ist

In vielen Wohnungen und Häusern hängt nicht eine Reihe einzelner Split-Geräte, sondern ein gemeinsames System: ein Außengerät und mehrere Innengeräte, eines pro Raum. So sind Multi-Split- und VRV-Systeme aufgebaut.

Bei einem Zweileiter-System ist das Außengerät über zwei Kältemittelleitungen mit den Innengeräten verbunden und arbeitet zu jedem Zeitpunkt nur in einer Richtung: Es kühlt oder es heizt. Also arbeiten auch alle Innengeräte in einer Richtung.

Das ist keine Einstellung und kein Montagefehler — so ist das System gebaut. Einige Räume heizen und gleichzeitig andere kühlen können nur Systeme mit Wärmerückgewinnung, und die sind deutlich teurer.

Wer entscheidet: heizen oder kühlen

Wenn es nur eine Richtung für alle gibt, muss jemand sie wählen. Dafür wird ein Innengerät zum Master bestimmt. Seine Betriebsart legt fest, was die übrigen Geräte dürfen:

Kühlt der Master, darf ein anderes Gerät zum Beispiel kühlen, lüften oder entfeuchten, aber nicht heizen. Wählt man an seiner Fernbedienung Heizen, passen die Betriebsarten nicht zusammen — und das Gerät läuft einfach nicht.

Wo das Problem liegt

Verschiedene Räume wollen fast nie dasselbe. Stellen Sie sich vor: Am Nachmittag hat sich das Wohnzimmer mit großen Fenstern auf 26 °C aufgeheizt, während das Schlafzimmer auf der Schattenseite bei einem Sollwert von 22 °C auf 19 °C abgekühlt ist. Der Master steht im Wohnzimmer und schaltet auf Kühlen. Ab diesem Moment lässt sich das Schlafzimmer mit seinem Klimagerät nicht mehr wärmen.

Üblicherweise wird diese Situation auf eine von zwei Arten gelöst — und beide funktionieren schlecht:

• Eine Fernbedienung in jedem Raum. Jeder wählt die Betriebsart selbst. Wer zuerst eingeschaltet hat, hat die Richtung vorgegeben, und Geräte mit unpassender Betriebsart stehen still. Von außen wirkt das Klimagerät defekt.
• Die Automation kopiert die Betriebsart des Masters auf alle Geräte. Konflikte gibt es keine mehr — aber jetzt kühlt das Gerät im Schlafzimmer brav einen Raum, der ohnehin nur 19 °C hat.

In beiden Fällen verlieren die Bewohner, wofür sie bezahlt haben: In einem Raum fehlt die Wärme, im anderen arbeitet das Klimagerät gegen sie. Die Ursache ist dieselbe — jeder Raum bekommt eine fremde Entscheidung statt seiner eigenen.

Die Lösung: drei Regeln

Die Physik des Systems lässt sich nicht ändern: eine Richtung für alle. Innerhalb dieser Grenze kann aber jeder Raum seine eigene Temperatur bekommen, wenn man die Aufgabe in drei Regeln aufteilt, von denen jede für ihren Teil zuständig ist.

Regel 1. Der Master wählt die Richtung und lässt das System in Ruhe

Im Automatikbetrieb schaut der Master nur auf seinen eigenen Raum. Ein halbes Grad wärmer als der Sollwert — er schaltet auf Kühlen. Ein halbes Grad kälter — auf Heizen. Solange die Temperatur zwischen diesen Schwellen liegt, ändert sich die Richtung nicht.

Warum wechselt der Master nicht aufs Lüften, wenn sein Raum den Sollwert erreicht? Weil dann alle anderen Geräte ebenfalls nur noch lüften könnten — so steht es in der Tabelle oben. Und am Sollwert abschalten kann das Innengerät selbst.

Ein Richtungswechsel kehrt das ganze Außengerät um, und das belastet den Verdichter. Deshalb schaltet die Automation höchstens einmal alle 30 Minuten um.

Regel 2. Jedes andere Gerät entscheidet selbst

Ein Nebengerät kopiert nicht die Betriebsart des Masters. Es schaut auf seinen eigenen Raum und wählt das Beste aus dem, was gerade erlaubt ist:

• der Master kühlt, der Raum ist warm — das Gerät kühlt;
• der Master kühlt, der Raum ist kühl — das Gerät lüftet nur;
• der Master heizt, der Raum ist kalt — das Gerät heizt;
• der Master heizt, der Raum ist warm — das Gerät lüftet;
• im Raum wurde Entfeuchten gewählt, während der Master heizt — vorerst Lüften; sobald der Master auf Kühlen geht, beginnt das Gerät von selbst zu entfeuchten.

Auch die Lüfterstufe wählt die Automation selbst — danach, wie weit der Raum vom Sollwert entfernt ist: mehr als 3 °C bedeuten volle Drehzahl, mehr als 1 °C die mittlere Stufe, alles darunter die leise Stufe. Laut ist das Klimagerät nur, solange es aufholt.

Regel 3. Die Wärme, die ein Klimagerät nicht liefern kann, kommt von der Heizung

Hat der Raum Heizkörper oder eine Fußbodenheizung mit Ventil, werden sie getrennt von den Klimageräten geregelt. Das Ventil öffnet, wenn der Raum ein Grad unter dem Sollwert liegt, und schließt, sobald er sich auf den Sollwert erwärmt hat. So bekommt das Schlafzimmer aus dem Beispiel Wärme, auch während das ganze System kühlt.

Die Schwellen sind so gewählt, dass Heizung und Kühlung im selben Raum nie gleichzeitig laufen:

Was dabei herauskommt

• Kein Klimagerät arbeitet gegen seinen eigenen Raum.
• Panel oder Fernbedienung in jedem Raum behalten alle Betriebsarten — Automatik, Lüften, Entfeuchten. Ist eine Betriebsart gerade nicht verfügbar, setzt die Automation das Gerät auf die nächstmögliche, und es bleibt nie einfach stehen.
• Ein Raum, den das Klimagerät gerade nicht wärmen kann, bekommt Wärme von der Heizung.
• Das Außengerät wechselt die Richtung höchstens einmal alle 30 Minuten.

Was das nicht löst

Die Physik des Systems. Solange der Master kühlt, wird ein Raum, der Wärme braucht, nur von der Heizung gewärmt. Ist die Heizung für den Sommer schon abgeschaltet, wartet dieser Raum, bis der Master auf Heizen umschaltet.

Die Wahl des Masters. Sein Raum gibt allen die Richtung vor, deshalb sollte der Master dort sitzen, wo man sich am meisten aufhält — nicht im Raum auf der Sonnenseite, der jeden Morgen Kühlung verlangt.

Für Planer und Programmierer: das Modul für Wiren Board

Alle drei Regeln sind in einem Modul für wb-rules 2.0 umgesetzt — rund zweihundert Zeilen, MIT-Lizenz. Ein Gerät wird als Gerätename angegeben, wenn seine Controls einem Namensschema folgen, oder als Objekt, wenn einige anders heißen. Die Betriebsarten sind Werte nach KNX DPT 20.105.

Der Master: Richtung mit Halten und einer Pause zwischen den Umschaltungen.

if (t >= sp + half) wanted = MODE.COOL;
else if (t <= sp - half) wanted = MODE.HEAT;
// Inside the band the lead keeps its direction: dropping it to fan
// would lock every other unit into fan as well.
else wanted = direction !== null ? direction : t > sp ? MODE.COOL : MODE.HEAT;

if (wanted !== direction) {
  // A changeover reverses the whole outdoor unit - keep it rare.
  var wait = lastChangeover + changeoverMs - Date.now();
  if (direction !== null && wait > 0) {
    if (!recheck) recheck = setTimeout(function () { recheck = null; leadMode(); }, wait);
    return;
  }
  lastChangeover = Date.now();
}
setMode(lead, wanted);

Ein Nebengerät: Wahl innerhalb des Erlaubten.

// demand: how far the room is from the setpoint in the one
// direction this unit may act right now.
function choose(active, demand, current) {
  if (demand >= half) return active;
  if (demand <= -half) return MODE.FAN;
  return current === active ? active : MODE.FAN;
}

if (dev[unit.dry]) return setMode(unit, canCool ? MODE.DRY : MODE.FAN);
...
if (canHeat) setMode(unit, choose(MODE.HEAT, sp - t, current));
else if (canCool) setMode(unit, choose(MODE.COOL, t - sp, current));
else setMode(unit, MODE.FAN);

Das Modul stammt aus einer Wohnung mit 72 m², fünf Daikin-Geräten an einem Zweileiter-System und einem Zennio-Z35-Panel in jeder Klimazone. Hier ist eine überarbeitete Fassung veröffentlicht: Die Umschaltpause ist neu, und jede Regel wird durch einen Test geprüft.