Pulsweitenmodulation – PWM-Regelung
Die getaktete Steuerung für Ihre Heizung
Das Grundprinzip ist denkbar einfach: Das Ventil des Heizkreises der Fußbodenheizung öffnet und schließt sich in bestimmten Abständen.
Wenn das Ventil länger geöffnet ist als geschlossen, strömt mehr warmes Wasser durch den Heizkreis, und er wird wärmer. Ist es länger geschlossen, wird weniger Wärme abgegeben.
Das Tastverhältnis: Wärme im getakteten Rhythmus
Der entscheidende Parameter bei der PWM (Pulsweitenmodulation) ist das sogenannte Tastverhältnis. Es wird in Prozent angegeben und beschreibt das Verhältnis der Einschaltzeit zur gesamten Periodendauer:
Tastverhältnis (%) = (Einschaltzeit / Periodendauer) * 100
Ein Tastverhältnis von 0 % bedeutet, dass das Heizelement oder das Ventil permanent ausgeschaltet ist, während 100 % bedeutet, dass es permanent eingeschaltet ist. Bei einem Tastverhältnis von 50 % ist es genauso lange ein- wie ausgeschaltet.
Durch die Variation des Tastverhältnisses lässt sich die durchschnittliche Leistung, die an das Heizelement oder das Ventil abgegeben wird, exakt steuern. Ein kleines Tastverhältnis führt zu einer geringeren durchschnittlichen Heizleistung, während ein großes Tastverhältnis eine höhere Heizleistung zur Folge hat.
Die Frequenz: Wie schnell reagiert die Heizung?
Bei der Heizungssteuerung spielt die Frequenz der PWM eine wichtige Rolle.
Eine höhere Frequenz ermöglicht eine schnellere Anpassung der Heizleistung an sich ändernde Bedingungen.
In der Praxis werden für Heizungssteuerungen oft relativ niedrige PWM-Frequenzen im Bereich bis zu wenigen Minuten verwendet, da die thermischen Prozesse in Heizsystemen träger sind.
Anwendungsbereiche der Pulsweitenmodulation in Heizsystemen
- Ansteuerung von Heizventilen: In wassergeführten Heizsystemen werden oft motorbetriebene Ventile eingesetzt, deren Öffnungsgrad über PWM gesteuert wird. Dies ermöglicht eine feinfühlige Regelung des Durchflusses von Heizwasser und somit der Wärmeabgabe.
- Regelung von Umwälzpumpen: In modernen Heizungsanlagen können Umwälzpumpen mit PWM-Steuerung eingesetzt werden, um die Fördermenge des Heizwassers bedarfsgerecht anzupassen und so Energie zu sparen.
- Brennersteuerung in Heizkesseln: In einigen Heizkesseltypen wird die PWM zur Steuerung der Brennstoffzufuhr verwendet, um die erzeugte Wärmeleistung optimal an den Bedarf anzupassen.
Vorteile der Pulsweitenmodulation in der Heizungssteuerung
Der Einsatz von PWM in Heizungssystemen bietet mehrere Vorteile:
- Präzise Temperaturregelung: Durch die feine Abstufung des Tastverhältnisses ist eine sehr genaue Einhaltung der gewünschten Raumtemperatur möglich, was den Komfort erhöht und Energieverschwendung vermeidet.
- Energieeffizienz: Die bedarfsgerechte Steuerung der Heizleistung durch PWM trägt dazu bei, den Energieverbrauch zu optimieren und Heizkosten zu senken.
- Verschleißreduzierung: Die PWM-Steuerung kann die Lebensdauer von Komponenten wie Ventilen und Pumpen verlängern, da abrupte Schaltvorgänge vermieden werden.
Die Pulsweitenmodulation (PWM) in der modernen Smart Home Heizungssteuerung
Die Pulsweitenmodulation (PWM) ist in der modernen Smart Home Heizungssteuerung ein zentrales Element für eine effiziente und komfortable Wärmeregulierung.
Auch im Bereich der intelligenten Heizungssteuerung mit Homematic IP spielt die Pulsweitenmodulation eine entscheidende Rolle.
Sie ermöglicht es den Homematic IP Thermostaten, die Wärmeabgabe an Ihre Räume präzise zu steuern, indem sie die Öffnung der Ventile dynamisch anpasst.
Die Steuerung des Homematic IP Thermostates ist im Detail noch genauer
PI-Regelung mit PWM-Ausgang
Die Steuerung der Homematic IP Thermostate ist im Detail noch feiner.
Hierbei wird auch das Aufheizverhalten des Raumes berücksichtigt, welches das System aus vorherigen Heizphasen „gelernt“ hat.
- PI-Regelung: Hier berechnet das System nicht nur, ob es gerade zu warm oder zu kalt ist, sondern auch wie lange es schon zu warm oder zu kalt ist.
- Proportional (P): Wenn es gerade etwas zu kalt ist, schaltet sich die Heizung etwas ein. Wenn es viel zu kalt ist, schaltet sie sich stärker ein.
- Integral (I): Wenn es schon länger zu kalt ist, wird die Heizung auch stärker aktiviert, um den Fehler auszugleichen. Das hilft, dass die Temperatur nicht dauerhaft unter dem Sollwert bleibt.
- PWM (Pulsweitenmodulation): Anstatt die Heizung einfach nur an oder aus zu schalten, wird sie in kurzen Pulsen ein- und ausgeschaltet.
- Lange Pulse (viel „an“): Wenn es sehr kalt ist, sind die „An“-Phasen der Pulse länger als die „Aus“-Phasen. Das bedeutet, die Heizung ist im Durchschnitt stärker aktiv.
- Kurze Pulse (wenig „an“): Wenn die Temperatur fast erreicht ist, werden die „An“-Phasen kürzer. Die Heizung gibt also nur noch kleine „Schübe“ Wärme ab, um die Temperatur genau zu halten und ein Überschießen zu vermeiden.
Für die Steuerung der Fußbodenheizung mit klassischen 230 Volt Stellantrieben, die das Ventil über eine Auf-Zu-Regelung öffnen und schließen gibt es Sets für die präzise und intelligente Steuerung mit den Thermostaten von Homematic IP. Inklusive App-Steuerung und vielem mehr.