Teil 5 der Serie „Smart Home in der Praxis". Teil 3 hat die Wärmepumpe per Modbus angebunden, Teil 4 die Register identifiziert. Jetzt kommt der Lohn: Werte, die die Hersteller-App nie gezeigt hat - und was sie bedeuten.
Die Hersteller-App zeigte für meine Wärmepumpe drei Dinge: Solltemperaturen, Betriebsmodus, gelegentlich einen Verbrauchswert von zweifelhafter Genauigkeit. Der lokale Modbus-Zugang aus Teil 3 liefert stattdessen den Maschinenraum: Drücke im Kältekreis, Sauggastemperatur, Scheinleistung des Verdichters. Das klingt nach Zahlen für Fachleute - ist es aber nicht. Mit einer einzigen physikalischen Beziehung werden daraus Kennzahlen, an denen auch Laien Verschleiß, Kältemittelverlust und schleichende Effizienzverluste ablesen können, bevor ein Fachbetrieb sie teuer diagnostiziert.
Der Kältekreis, diesmal mit Zahlen
Das Kurzmodell aus Teil 2 - Kühlschrank rückwärts - bekommt jetzt Messpunkte. Das Kältemittel R290 (Propan) durchläuft vier Stationen, und an jeder hat es einen charakteristischen Druck und eine charakteristische Temperatur:
- Verdampfer (außen): Flüssiges Kältemittel verdampft bei niedrigem Druck und nimmt Wärme aus der Luft auf. Hier herrscht der Niederdruck.
- Verdichter: Presst das Gas zusammen. Druck und Temperatur steigen, der Stromzähler dreht.
- Verflüssiger (innen): Das heiße Gas gibt seine Wärme ans Heizungswasser ab und kondensiert. Hier herrscht der Hochdruck.
- Expansionsventil: Entspannt das flüssige Kältemittel zurück auf Niederdruck - und alles beginnt von vorn.
Die Anlage liefert beide Drücke als rohe Zahlenwerte. Interessant werden sie durch eine Eigenschaft, die jedes reine Kältemittel hat.
Die Dampfdruckkurve: ein Thermometer aus Druck
Für ein reines Kältemittel gehört zu jedem Druck genau eine Siedetemperatur - das ist die Dampfdruckkurve. Für Propan ist sie tabelliert: 6 bar bedeuten rund 14 Grad Siedetemperatur, 18 bar rund 55, 23 bar rund 67. Wer den Druck kennt, kennt also die Temperatur, bei der das Kältemittel gerade verdampft oder kondensiert. Aus zwei Druckregistern werden so zwei neue Messwerte, die kein Sensor der Anlage direkt liefert: die Verdampfungstemperatur und die Kondensationstemperatur.
Nebenbei war diese Kurve auch der Beweis für die Registerzuordnung aus Teil 4: Über eine komplette Warmwasserladung deckte sich die aus dem Hochdruck errechnete Kondensationstemperatur auf anderthalb Kelvin mit dem unabhängig gemessenen Vorlauf - über sieben Messpunkte monoton mitlaufend, von 55 bis 67 Grad. Zwei Register, die zufällig solche Werte liefern, gibt es nicht.
Überhitzung: die eine Zahl, die den Kältekreis überwacht
Jetzt zahlt sich das aus. Die Anlage misst die Sauggastemperatur - die Temperatur des Gases kurz vor dem Verdichter. Zieht man davon die Verdampfungstemperatur ab, erhält man die Überhitzung: wie viele Kelvin das Gas über seinem Siedepunkt liegt.
Warum das die wichtigste Diagnosezahl des Kältekreises ist:
- Zu niedrig (gegen null): Es könnte flüssiges Kältemittel in den Verdichter gelangen - der mag das gar nicht, Fachleute nennen es Flüssigkeitsschläge.
- Zu hoch (dauerhaft steigend): Klassisches Frühzeichen für Kältemittelverlust. Die Anlage heizt dann noch, aber schlechter - oft monatelang unbemerkt.
- Stabil im Auslegungsbereich: Alles in Ordnung.
Meine Anlage hält im Betrieb konstant 5 bis 8 Kelvin - ein unauffälliger, gesunder Wert. Der Punkt ist: Diesen Wert gab es vorher schlicht nicht. Keine App, kein Bedienteil-Menü zeigt ihn an. Jetzt ist er eine Zeile im Dashboard, und eine schleichende Drift über Wochen würde auffallen, lange bevor die Heizleistung spürbar einbricht.
Nach demselben Muster entstehen weitere abgeleitete Werte, alle ohne zusätzliche Sensorik: der Temperaturhub (Kondensations- minus Verdampfungstemperatur - je kleiner, desto effizienter arbeitet die Anlage), das Verdichtungsverhältnis und als theoretische Messlatte der Carnot-Wirkungsgrad, die physikalische Obergrenze dessen, was bei diesen Temperaturen überhaupt möglich wäre.
Ehrlichkeit bei der Leistung: Schein ist nicht Wirk
Ein Dämpfer gehört dazu. Die Anlage meldet ihre elektrische Leistung - aber der Vergleich mit einem externen dreiphasigen Zähler zeigte: Es ist die Scheinleistung, nicht die Wirkleistung. Das Verhältnis zur extern gemessenen Scheinleistung blieb über eine komplette Warmwasserladung konstant, das zur Wirkleistung nicht - und der Leistungsfaktor stieg dabei lastabhängig von 0,71 auf 0,79, wie man es von einem Inverterverdichter erwartet. Im Stillstand parkt der interne Wert zudem stundenlang auf einem festen Zahlenwert, während der echte Zähler etwas anderes sieht.
Die Konsequenz für Nachbauende: Wer wissen will, was die Anlage wirklich verbraucht, misst extern - ein Stromzähler mit lokaler Schnittstelle im Zuleitungskreis genügt. Der interne Wert bleibt trotzdem nützlich: als Lastindikator und als Verdichter-Zustandssignal.
Kennzahlen statt Bauchgefühl: Strom je Heizgradtag
Die Königsdisziplin wäre die Arbeitszahl - erzeugte Wärme geteilt durch verbrauchten Strom. Dafür fehlt dieser Anlage über Modbus ausgerechnet der Durchfluss, ohne Volumenstrom keine Wärmemenge. Statt zu raten, arbeitet das Dashboard mit zwei ehrlichen Ersatzkennzahlen:
- Verbrauch je Kelvin Speicherhub fürs Warmwasser: Wie viele Wattstunden kostet es, den Speicher um ein Kelvin zu heben? Das Speichervolumen ist konstant, also ist die Zahl über die Zeit vergleichbar - wird sie schlechter, stimmt etwas nicht.
- Strom je Heizgradtag fürs Heizen: Heizgradtage messen, wie kalt ein Tag war (je kälter, desto mehr davon). Der Quotient aus Wärmepumpen-Strom und Heizgradtagen macht kalte und milde Tage vergleichbar - sinkt er im Wochenmittel, arbeitet die Anlage effizienter.
So sieht die Datengrundlage im Alltag aus - eine Warmwasserladung und ihr Nachleben, aufgezeichnet über den lokalen Bus:
Die Ladung hebt den Speicher in einer knappen Stunde um 15 Kelvin, danach verliert er bis zum Morgen rund 7 Kelvin. Auch das ist so eine Zahl, die es vorher nicht gab: die Stillstandsverluste des eigenen Speichers, gemessen statt geschätzt.
Auf der zweiten Kennzahl baut eine Tuning-Regel, die sich bewährt hat und die ich hier in Gänze weitergebe, weil sie auf jede Wärmepumpe passt: Die Heizkurve wird nur dann ein Kelvin abgesenkt, wenn die Effizienz im Wochenmittel schlechter geworden ist und kein Raum in der kältesten Nacht unter die Zieltemperatur gefallen ist. Fällt ein Raum darunter: sofort ein Kelvin zurück und dort bleiben. Und: nur eine Variable pro Woche ändern, sonst weiß man nie, was gewirkt hat. Das Komfort-Veto ist der wichtige Teil - Effizienz, die der Haushalt ausbaden muss, hält keinen Winter durch.
Verschleiß im Blick: Takten
Der stille Feind jeder Wärmepumpe ist kurzes Takten: Der Verdichter startet, läuft ein paar Minuten, stoppt - und jeder Start kostet Lebensdauer. Aus dem Leistungssignal zählt die Firmware Verdichterstarts pro Tag, mittlere und kürzeste Laufzeit sowie Betriebsstunden mit. Häuft sich kurzes Takten, ist das ein Anlass, Heizkurve oder Hysterese anzuschauen - lange bevor es das Gerät verschleißt.
Der Dashboard-Code
Alle beschriebenen Werte kommen fertig aus der Firmware im Repository; dort liegt auch ein komplettes Lovelace-Dashboard mit Betrieb, Kältekreis, Strom, Verschleiß und Bus-Gesundheit als YAML. Drei Karten daraus, die den größten Nutzen im Alltag haben - die Entitäts-Präfixe folgen dem Gerätenamen aus Teil 3:
# Vorlauf und Rücklauf: das Atmen der Anlage
- type: history-graph
title: Temperaturverlauf Wasser
hours_to_show: 2
entities:
- entity: sensor.heizungskeller_warmepumpe_modbus_wasser_vorlauftemperatur
- entity: sensor.heizungskeller_warmepumpe_modbus_wasser_rucklauftemperatur
# Kältekreis: Überhitzung und beide Drücke
- type: history-graph
title: Kältekreis
hours_to_show: 24
entities:
- entity: sensor.heizungskeller_warmepumpe_modbus_sauggasuberhitzung
- entity: sensor.heizungskeller_warmepumpe_modbus_ir21_hochdruck
- entity: sensor.heizungskeller_warmepumpe_modbus_ir22_niederdruck
# Vorlauf gegen Außentemperatur: zeigt, ob die Heizkurve passt
- type: history-graph
title: Vorlauf vs. Außentemperatur
hours_to_show: 48
entities:
- entity: sensor.heizungskeller_warmepumpe_modbus_wasser_vorlauftemperatur
name: Vorlauf
- entity: sensor.heizungskeller_warmepumpe_modbus_aussentemperatur
name: AußenAusblick: vom Zusehen zum Steuern
Lesen und Verstehen sind gelöst - und das Stellen inzwischen auch: Warmwasser-Freigabe, Sollwerte, Betriebsmodus und Flüstermodus schreibt die Anbindung bestätigt über den Bus. In Home Assistant steht die Wärmepumpe damit als vollwertige Climate-Entität, direkt verdrahtbar für einen Energiemanager. Auf dem Plan bleibt trotzdem SG-Ready: zwei Schalteingänge, über die ein Energiemanager der Anlage genormte Betriebsempfehlungen gibt - als robuste, herstellerneutrale Ergänzung neben dem Bus. Das wird ein eigenes Projekt - und vermutlich ein eigener Beitrag.
Damit ist der Wärmepumpen-Block dieser Serie komplett: von der ausgefallenen Cloud über Anschluss und Registersuche bis zur Diagnose. Teil 6 führt die Fäden zusammen: ein eigenes Energiemanagement, das Speicher, Warmwasser und Wärmepumpe als Rollen kennt.
Quellen
- GitHub: lg-therma-v-esphome-modbus - Firmware mit allen berechneten Diagnosewerten und dem vollständigen Dashboard
- NIST: Thermophysical Properties of Propane (WebBook) - Stoffdaten, aus denen die Dampfdruckkurve von R290 hervorgeht
- Home Assistant: History Graph Card - Dokumentation des verwendeten Kartentyps
- Bundesverband Wärmepumpe: SG Ready - die genormte Schnittstelle für den nächsten Schritt