Selbstoptimierende Heizungssteuerung

Die Yuon One Heizungsregelung arbeitet mit einem neuartigen Konzept, das auf einem selbstlernenden, modellgestützt vorausschauenden Algorithmus basiert (Model Predictive Control). Sowohl bei Neuanlagen als auch bei Retrofit-Installationen ermöglicht die innovative Technologie eine effizientere Steuerung und senkt die Energiekosten um durchschnittlich 20 %. Mit der Yuon One wird nicht nur die Umweltbelastung durch CO2-Emissionen reduziert, sondern auch der Geldbeutel der Nutzer geschont.
Das Herzstück der Yuon One ist ihr intelligenter Algorithmus, der es ermöglicht, das Heizen optimal auf das individuelle Gebäude und die Wetterbedingungen abzustimmen. Die Steuerung ist speziell auf Wohnliegenschaften ausgerichtet und wurde bewusst auf das Wesentliche reduziert, um sie für Privatanwender erschwinglich zu machen. Eine schnelle Amortisation durch Einsparungen ist somit gewährleistet. Die Benutzer erhalten Zugriff auf eine benutzerfreundliche Web-App, mit der sie die Temperaturverläufe visualisieren und Einstellungen auch unterwegs vornehmen können (Bild 2).
Während Abwesenheiten sorgt die Yuon One dafür, dass Energie gespart wird, indem die Heizleistung im «Absenz»-Modus auf das Minimum reduziert wird. Kurz vor der Rückkehr ins Haus stellt die Steuerung automatisch wieder die gewünschte Komforttemperatur her. Dank des innovativen Algorithmus, der lokale Wetterdaten und die Sonneneinstrahlung berücksichtigt, regelt die Yuon One vorausschauend und optimiert den Heizbetrieb ohne manuelle Parametrisierung.
Nach der Installation lernt die Heizungsregelung im Betrieb die thermischen Eigenschaften des Gebäudes und erstellt einen digitalen Zwilling, um das Verhalten des Gebäudes präzise vorhersagen zu können. Dieses innovative Regelkonzept ist derzeit zur Patentierung angemeldet und bildet die Grundlage der Yuon One.

Model Predictive Control (MPC)
Die Forschung zu modellprädiktiven Steuerungen hat schon eine lange Geschichte und die Anwendungen in diversen Gebieten der Industrietechnik gehen zurück bis in die 80er Jahre. Die Grundbausteine sind eine mathematische Formel oder ein Modell des zu optimierenden Prozesses (im Fall von Yuon das Gebäude und das Heizsystem) und ein Optimierungsalgorithmus. Das Modell ist sozusagen ein digitaler Zwilling des Gebäudes, der möglichst genau die thermische Charakteristik des Gebäudes abbildet. Mit dem Modell werden dann Simulationen mit den Vorhersagedaten vom Wetterserver durchgeführt, um die aktuell optimale Heizleistung zu errechnen, welche unter Berücksichtigung der Trägheit den gewünschten Temperaturverlauf ergibt. So kommt es, dass die modellprädiktive Steuerung Veränderungen vorhersieht und schon vorgängig reagieren kann. Es werden zum Beispiel der thermische Eintrag durch die Fenster berücksichtigt und vorgängig die Heizleistung reduziert. So bleibt die Raumtemperatur stabil und im angenehmen Bereich, was dann zu Energieeinsparungen führt (Bild 3).
Anwendungen von MPC in der Heizungsbranche haben schon früh vielversprechende Resultat erzielt. Jedoch war früher die nötige Rechenleistung noch sehr teuer, der Einregulier-Aufwand erheblich und Wetterprognosen noch relativ unpräzise. So konnten sich bis anhin MPC-Heizungssteuerungen noch nicht am Markt durchsetzen.
Heute ist die nötige Hardware günstig, Wetterdaten präziser, und dank neuen selbstlernenden Algorithmen der Einregulierungsaufwand vernachlässigbar. Für die Kombination von Wärmepumpen mit PV-Eigenstrom-Nutzung und Lastspitzen-Brechung im Stromnetz werden künftig modellprädiktive Algorithmen eine grosse Rolle spielen.

 
Yuon One Heizungssteuerung
Die Yuon One ist eine vollständige Heizungssteuerung, die sowohl eigenständig als auch in Verbindung mit bestehenden Systemen funktioniert. Sie misst die aktuell abgegebene Leistung ins Gebäude und erstellt mithilfe von Wetterdaten einen digitalen Zwilling des Gebäudes. Dadurch kann der Energiebedarf des Gebäudes genau vorhergesagt werden, und nur die erforderliche Heizleistung wird bereitgestellt.
Das Yuon One-Set beinhaltet die Steuerung mit Internetanbindung sowie verschiedene integrierte Schnittstellen zur Kommunikation mit der Wärmeerzeugung. Eine Hocheffizienzpumpe, Vorlauf- und Rücklauffühler, ein Aussenfühler und ein Raumfühler (wahlweise auch in Funkausführung) gehören ebenfalls zum Set. Der Verkaufspreis für den Endkunden beläuft sich auf etwa 2200 Franken und der Einbau ist normalerweise in 3 – 5 Stunden gemacht.

Anwendungsbeispiele
Ein beeindruckendes Anwendungsbeispiel findet sich in Mattstetten BE, wo ein Haus aus den 70er Jahren mit der Yuon One nachgerüstet wurde. Die Besitzer, Adrian und Elisabeth Binggeli, berichten von einer signifikanten Verbesserung der Effizienz ihrer alten Ölheizung durch die intelligente Steuerung. Unabhängig von den vorherrschenden Wetterbedingungen reguliert die Yuon One zuverlässig die Raumtemperatur und ermöglicht spürbare Energieeinsparungen bei gesteigertem Komfort. In der Heizperiode 2022-2023 konnte eine Einsparung von 29% gegenüber einer herkömmlichen Heizungssteuerung ermittelt werden. Dies entspricht etwa 520 Litern Öl oder 1,4 Tonnen CO2.
Die Vorteile der Yuon One beschränken sich jedoch nicht nur auf ältere Gebäude mit Ölheizungen. Auch im Neubau werden die stabilen Raumtemperaturen und die Vermeidung von Überhitzung geschätzt. Des Weiteren kann die Yuon One helfen, den Betrieb einer Wärmepumpe zu optimieren, um einen möglichst guten COP zu erreichen und den Strom einer PV-Anlage möglichst sinnvoll zu nutzen.
In Landiswil BE wird im Herbst 2023 ein erster Fernwärmeverbund auf Basis des Yuon Algorithmus und mit Yuon Reglern in Betrieb gehen. Die in Zusammenarbeit mit Allotherm AG eigens für Fernwärmeübergabestationen entwickelte Yuon Two ermöglicht die Optimierung des gesamten «Schwarms» von Gebäuden und glättet Leistungsspitzen, während die Heizzentrale in die Optimierung einbezogen wird.
Eine zugehörige App für Endkunden erhöht das Bewusstsein für den Energiebedarf und fördert Transparenz. Netzbetreiber profitieren von der Optimierungsplattform, welche auch Fehlererkennung, Auslesen von Zählern, Anpassung von Leistungsbegrenzungen und Erstellung von Rechnungen ermöglicht.

Ergebnisse HSLU: Einsparung Heizenergie 9 – 34 %, im Schnitt 20 %
Im Rahmen eines Innosuisse Forschungsprojekts hat die Fachhochschule Luzern (HSLU, Horw) sieben Anlagen über eine halbe Heizperiode hinweg genauer untersucht. Die Resultate von Dezember 2022 bis Mai 2023 zeigen Einsparungen von 9 – 34 % im Vergleich zur konventionellen Heizungssteuerung. Im Durchschnitt 20 %.
Alle zwei Wochen wechselten diese sieben Häuser zwischen der herkömmlichen Regelung mit den alten Einstellungen und der prädiktiven Regelung, um aussagekräftige Vergleiche zu ziehen. Durch den Ausgleich möglicher Unterschiede in der Raumtemperatur zwischen den Systemen werden aussagekräftige Messungen ermöglicht. Auch wurden Abwesenheiten nicht in die Berechnung einbezogen. Mit Einbezug der Abwesenheitsschaltung konnten bis zu 54 % Einsparungen realisiert werden.
In Bild 4 ist sehr gut sichtbar, dass die Differenz zur herkömmlichen Steuerung grösser wird bei höheren Aussentemperaturen. Dies ist damit zu begründen das vor allem in der Übergangszeit herkömmliche Heizungssteuerungen zu lange noch heizen. Im Winter, wenn es kalt und neblig ist, werden die Einsparungen dann kleiner. Übers ganze Jahr betrachtet, entsteht dann ein Grossteil der Einsparungen durch die Optimierung der Übergangszeit.

 
Installateure für lokale Partnerschaften gesucht
Die Yuon Control AG sucht Installateure, die ihren Kunden die Vorteile der Yuon One anbieten möchten. Darüber hinaus sind auch Systemhersteller wie Hersteller von Wärmepumpen und Fernwärmeanlagen eingeladen, die Technologie von Yuon Control in ihre Geräte zu integrieren.

Die Geschichte der Yuon Control AG
Die Gründer Lorin Mühlebach und Josef Timoteo Jenni (Bild 5) lernten sich am SPF in Rapperswil kennen und diskutierten während einer Kaffeepause über eine intelligente, selbstoptimierende Heizungssteuerung. Sie waren davon überzeugt, dass der aktuelle Stand der Technik in Bezug auf Effizienz noch relativ bescheiden war und neue Regelalgorithmen kaum in der Heizungsbranche eingesetzt wurden. Durch seine Arbeit bei der Jenni Energietechnik AG erkannte Josef auch, dass Heizungsregelungen oft falsch eingestellt sind und dadurch viel Energie verschwendet wird. Lorin hatte in seiner Masterarbeit an der ETH Teile des Regelalgorithmus entwickelt. Um das Potenzial neuer Technologien zur Erreichung der Klimaziele zu nutzen, gründeten sie 2020 Yuon Control. Die Firma wird von der Stiftung für Technologische Innovation, Innosuisse und der Klimastiftung Schweiz unterstützt.

yuon.ch