Temperaturabhängige Abschaltung eines elektronischen Durchlauferhitzers

Ich bin der glückliche Besitzer eines elektronisch geregelten Durchlauferhitzers "DHE 18/21/24 SL" von Stiebel-Eltron, der auch mit warmen Vorlaufwasser aus der Solarthermie zurechtkommt.
Aber... aus irgendwelchen Gründen hat Stiebel Eltron dem Durchlauferhitzer (DLE) keinen Ausschalter oder eine 0-Stellung spendiert, sondern man kann ihn nur auf minimal 30°C einstellen.
Wenn im Sommer also warmes Wasser aus der Solarthermie bereit steht, heizt der DLE trotzdem immer die Wassermenge im Rohr zwischen dem Speichertank (i.d.R. im Keller) und dem DLE (z.B. Bad im 1.OG), den sogenannten "Zapfen" auf. Damit hat man zwar schnell warmes Wasser zum Duschen o.ä, viel lieber wäre mir aber, wenn der DLE bei genügendem Temperaturniveau im Speicher auf maximales Energiesparen schaltet und seine Tätigkeit ganz einstellt.

Ich stelle hier eine manuell bzw. später auch temperaturgesteuerte Abschaltung zum Nachrüsten am Durchlauferhitzer vor.

Projektstatus: Manuelle Abschaltung abgeschlossen und in Betrieb
Letzte Änderung Webseite: 01.05.2013
Hardware (Manuelle Abschaltung): 27.04.2013



Hinweis:
Der Nachbau der Steuerung bzw. der gesamten Konstruktion ist gerade wegen der Themen Netzspannung und Wasser nicht trivial, sollte also nur von Fachkundigen angegangen werden. Bastelarbeiten unter Netzspannung sind tabu, hier kommt die Gefahr einer Dampfexplosion hinzu, wenn der Durchlauferhitzer ohne bzw. mit unzureichendem Wasserdurchfluss betrieben wird!!!
Der Autor übernimmt keine Haftung für Sach- und Personenschäden, die aufgrund von Informationen dieser Webseite entstehen. Jeder Leser ist dazu aufgefordert, die hier gegebenen Informationen selber nachzuvollziehen und auf Korrektheit zu prüfen. Verwendete Markennahmen sind Eigentum ihrer jeweiligen Besitzer.


Theorie und Analyse


Wirtschaftlichkeit

Wenn man mit einem Zapfen von 4l, einer Zulauftemperatur von 20°C, minimaler DLE-Auslauftemperatur von 30°C, 70% Deckungsgrad (also an 255 Tagen solarwarmes Wasser) ausgeht und einmal pro Tag Warmwasser zapft, kommt man auf folgende Energiekosten bzw. die Ammortisationszeit:

1x 4l von 20°C auf 30°C: 46,18Wh
Bei 255 Tagen: 11,8kWh
Ersparnis pro Jahr bei 25,75ct/kWh: 3,03€
Invest (Schalter): 1,35€
also Ammortisation: nach < 1/2 Jahr


Eine Ammortisation in weniger als einem halben Jahr hätte selbst in der Wirtschaft gute Karten. Bei einem CO2-Faktor von 566 g/kWh (Quelle: co2-strommix.pdf im Rchiv des Umweltbundesamts für 2011) ergibt das rund 6,7kg CO2, die man pro Jahr spart - schon ein ansehnlicher Haufen. ;-)

Abschalten - aber wie?

Zum Abschalten des DLE gibt es zunächst mehrere Möglichkeiten mit jeweils unterschiedlichen Vor- und Nachteilen:

  1. Im Sommer die Sicherung im Sicherungskasten ausschalten.
    Vorteil: Billig, kein Standby, kein Eingriff in den DLE.
    Nachteil: Unkomfortabel insbesondere in den Übergangszeiten Frühling/Herbst
  2. Ein Schütz zur Steuerung des DLE.
    Vorteil: Fernsteuerbar, also komfortabel, kein Eingriff in den DLE.
    Nachteil: das Schütz schluckt Strom, wenn der DLE heizen soll, bistabile Schütze habe ich nicht in der Leistungsklasse gefunden.
  3. Nachrüsten einer Abschaltung in der Steuerelektronik des DLE.
    Vorteil: komfortabel und flexibel.
    Nachteil: Eingriff in den DLE, DLE bleibt auch im Sommer im Standby und verbraucht Strom.

Ich habe mich auf die Lösung 3 eingeschossen, denn da kann man sich noch ein paar Features ausdenken - dazu später mehr.

In der Patentanmeldung DE19702904A1 von Stiebel Eltron kann man sich sehr schön durchlesen, wie so ein elektronisch geregelter Durchlauferhitzer funktioniert - und dass es SEHR wichtig ist, dass die Blankdraht- Heizelemente AUF GAR KEINEN FALL ohne ausreichenden Wasserdurchfluss bestromt werden.
Hier ist auch die Gebrauchs-und-Montageanweisung zu "meinem" DLE: 283588-34760-8347_del_18-27_sl.pdf.

Ansatz 1:
Ausschalten der Spannungsversorgung der Steuerung direkt am DLE. Wenn man den DLE aufschraubt, erkennt man schnell, das man ihn ziemlich komplett zerlegen muss, um die Spannungsversorgung der Elektronik zu erreichen... zu aufwendig. Kleiner Tipp am Rande: von den blanken Anschlüssen in der Mitte fernhalten: da liegt 380V Drehstrom an!

Ansatz 2:
Das Ausgangssignal des Durchfluss-Sensors (im Bild unten die Nr. 1) abschalten - wenn der DLE keinen Durchfluss erkennt, heizt er auch nicht. Der Anschluss des Sensors an die Steuerung ist gut erreichbar.

Elektronischer Durchlauferhitzer von innen
Durchlauferhitzer von innen:
(1) Durchfluss-Sensor DFE,
(2) Anschluss des DFE,
(3) Kabel zur Frontplatte


Gesagt, getan und mal ein Scope (zur Sicherheit mit Trenntrafo!!) an die drei Leitungen des Durchflussensors (Artikelnummer 254452) gehalten: Scheint sowas wie ein per Flügelrad angetriebener Hallsensor zu sein, hier die Signalbelegung des RAST 2.5-Leiterplattenrandverbinders (="Steckverbinder für direktes Stecken"):

Pin  Kabelfarbe   Signal
----------------------------------
 1   schwarz      VCC 5V
 2   rot          Masse
 3   gelb         Signalausgang 

 

Ausgangssignal des Durchflussensors
Ausgangssignal des Durchflussensors beim abnehmender Zapfrate. CH1 = Ausgang, CH2 = Versorgung


Ich habe das Signal auch mal über längere Zeit kontrolliert - die Versorgung des Hallsensors scheint nicht geschaltet zu sein. Betreibt man den Sensor an 5V ohne die Steuerung, braucht der Signalausgang einen Pull-Up Widerstand, damit ein Signal ausgegeben wird -> Es handelt sich um einen Open Kollektor-Ausgang, hier ist mal ein Datenblatt eines ähnlichen Typs von ShinEui Electronics, Water Flow Sensor(SWF-A50).


Umsetzung manueller Abschalter

Der einfache Ausschalter lässt sich sehr einfach nachrüsten:

Ausschalter montiert
Montierter Ausschalter in Innen- und Aussenansicht - der DLE ist also nicht mehr spritzgeschützt


Da der Durchflussensor einen Open Kollektor-Ausgang hat, muss man also nur das Signal- und das Masse-Kabel per Schalter verbinden - das Ausgangssignal des Durchfluss-Sensors wird damit dauerhaft auf Masse gelegt, also kein Durchfluss mehr erkannt-> der DLE ist aus. Den Schalter für die Bedienung kann man gerade noch neben dem Temperatur-Einsteller unterbringen. Damit die Elektronik wegen des Schalters keine Blasen erkennt, sollte man den Schalter immer nur dann bedienen, wenn der DLE inaktiv ist, also kein Warmwasser bezogen wird.

Hintergrund zum Thema "Blasen": Blankdraht-Durchlauferhitzer sind sehr empfindlich gegenüber Luftblasen im Wasser, da die blanken Heizdrähte partiell überhitzen können oder sich sogar Luft in der Heizpatrone ansammeln könnte. Um solche Luftblasen im zufliessenden Wasser zu erkennen, sieht sich die Elektronik die Flussrate des Durchfluss-Sensors sehr genau an: Sprunghafte Änderungen werden nämlich durch Luftblasen erzeugt.
Um sicher zu gehen, sollte man also auch nicht schnell hin und herschalten: entweder geht der DLE wegen erkannter Blasen in Störung (was der nettere Fall ist) oder er erkennt Durchfluss und fängt an zu heizen... Da es in der Tat aber keinen kühlenden Durchfluss gibt handelt man sich da im Extremfall eine Explosion ein...
Aus dem selben Grund sollte man auch keinen Schalter aus der Fundgrube, sondern einen frisch gekauften nehmen: ein prellender oder defekter Schalter sorgt im Falle eines zufällig anliegenden "High" am Ausgang des Durchfluss-Sensors für eine beliebige Impulsfolge... Folgen siehe oben.


Zukunft...

Cooler wäre natürlich eine kleine Schaltung, die die Temperatur im Speichertank misst und bei ausreichender Temperatur automatisch den DLE deaktiviert. Allerdings muss die Schaltung so ausgelegt sein, dass sie im Fehlerfall kein oszillierendes Signal abgibt, welches zum Erkennen einer Flussrate führt, die den DLE aktiviert. (Laut Anleitung des DLE also => 2,5l/min).

tbc.