Zielsetzung
Das komplette C-Gebäude der BBS2 Wolfsburg soll mit intelligenten Geräten von Homematic IP zur smarten Heizungssteuerung ausgestattet werden. Die Heizung soll automatisiert und bedarfsgerecht über Home Assistant (installiert auf einem Raspberry Pi) gesteuert werden. Die Steuerung erfolgt abhängig vom Stundenplan, von Ereignissen (z. B. geöffnetem Fenster oder Bewegungserkennung) sowie durch manuelle Eingaben – entweder über ein Dashboard oder Wandthermostate.

Für die Hausmeister soll ein zentrales Dashboard bereitgestellt werden, das alle relevanten Zustände anzeigt und manuelle Eingriffe in die Heizungssteuerung ermöglicht. Außerdem ist ein Fernzugriff auf das Dashboard und Home Assistant vorgesehen. Das System muss ausfallsicher konzipiert sein. Alle von den Geräten erfassten Daten sollen zur Langzeitanalyse in einer Datenbank gespeichert werden.

Voraussetzungen
Das C-Gebäude der BBS2 Wolfsburg wird zentral beheizt. An den Heizkörpern sind derzeit herkömmliche Thermostatventile verbaut. Wie Messungen aus vorangegangenen Projekten gezeigt haben, besteht ein erhebliches Einsparpotenzial an Heizenergie, wenn die Heizkörper bedarfsgerecht gesteuert werden.

Vorgegeben war der Einsatz von Geräten der Firma eQ-3, da diese bereits in kleinerem Maßstab in anderen Projekten der Schule verwendet wurden und sich dort bewährt haben. Ebenfalls gegeben war eine Stundenplan-Datenbank (bereitgestellt durch einen externen Dienstleister) sowie ein schulinterner Strato-Server, der sowohl zur Speicherung der Langzeitdaten als auch für den Webzugriff auf das Home-Assistant-Dashboard genutzt werden konnte.

Grundlegender Systemaufbau zur Umsetzung der Problemstellung
Das System besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten:

  • der CCU3-Zentrale und den Homematic IP-Geräten,

  • dem Raspberry Pi mit installierter Home-Assistant-Instanz,

  • sowie einem Python-Programm, das die Raumbelegung aus der Stundenplan-Datenbank abfragt und die Daten an Home Assistant übermittelt.

Im Schulgebäude wird ein flächendeckendes Funknetzwerk mit CCU3-Einheiten und LAN-Routern aufgebaut. Die Homematic IP-Geräte werden je nach Bedarf fachgerecht in den Räumen installiert und kommunizieren per Funk mit der zentralen Steuereinheit CCU3. Für jeden Raum wird dort ein Zeitprofil eingerichtet – je eines für den Unterrichtsbetrieb (tagsüber heizen) und für die Ferienzeit (ganztägige Temperaturabsenkung). Diese Zeitprofile werden lokal auf den jeweiligen Geräten gespeichert.

Die Homematic IP-Geräte übernehmen sowohl die Heizungssteuerung (über Heizkörperthermostate) als auch die Erfassung relevanter Daten (z. B. Bewegungsmelder, Wandthermostat, Fensterkontakt, CO₂-Sensor). Die CCU3 ermöglicht u. a. das automatische Absenken der Temperatur bei geöffnetem Fenster sowie manuelle Temperatureingriffe über die Wandthermostate in den jeweiligen Räumen.

Auf dem Raspberry Pi läuft ein Python-Skript, das die Raumbelegung aus der Stundenplan-Datenbank abruft. Es gleicht zusätzlich ab, ob die tatsächliche Bewegung im Raum (gemeldet von den Bewegungsmeldern) mit der Stundenplanbelegung übereinstimmt – also z. B. ob ein Raum laut Stundenplan belegt ist, aber niemand anwesend ist (oder umgekehrt). Auf Basis dieser Informationen wird die Heiztemperatur festgelegt und an Home Assistant übergeben. Dieser algorithmische Ansatz unterscheidet unser System von einer rein zeitgesteuerten Lösung und sorgt für eine noch energieeffizientere Steuerung, da wirklich nur bei tatsächlichem Bedarf geheizt wird.

Home Assistant (ebenfalls auf dem Raspberry Pi installiert) ermöglicht zusätzlich zur CCU3 eine zentrale Steuerung der Homematic IP-Geräte. Die vom Python-Skript berechneten Heizdaten werden an Home Assistant übermittelt, von dort aus an die CCU3 weitergeleitet und schließlich an die jeweiligen Geräte ausgespielt. So wird die Stundenplansteuerung technisch umgesetzt.

Zwar verfügen die Homematic IP-Geräte bereits über eine lokale Zeitsteuerung über die CCU3, diese steht jedoch nicht im Konflikt mit den Befehlen von Home Assistant, da die Geräte jeweils den zuletzt gesendeten Zustand übernehmen. Während das Zeitprofil viermal täglich ausgelöst wird, sendet Home Assistant zu jeder Unterrichtsstunde gezielte Heizbefehle – die lokalen Zeitprofile werden damit effektiv überschrieben.

Zusätzlich bietet Home Assistant ein benutzerfreundliches Dashboard, über das Hausmeister und andere Anwender alle Zustände überwachen und bei Bedarf eingreifen können. Über das Dashboard kann außerdem bequem zwischen automatischer Stundenplansteuerung, Ferienmodus und manuellem Modus (dabei wird das gesamte Schulgebäude auf eine Wunschtemperatur gebracht) umgeschaltet werden.

Wie wir dieses System konkret aufgebaut haben, wird in den folgenden Kapiteln Schritt für Schritt nachvollziehbar erklärt.


Zuletzt geändert: Freitag, 27. Juni 2025, 18:08