Mit einem Raspberry Pi lässt sich eine Wärmepumpe von Rotex steuern und perfekt in Ihre Smart-Home-Lösung integrieren. Das nötige Material geht ins Geld, doch eine perfekte Linux-Integration entschädigt für den Aufwand.

Das Internet of Things genießt gerade bei alten IT-Haudegen einen eher zweifelhaften Ruf. Wer es gewohnt ist, sich sorgfältig um Wartbarkeit und Sicherheit zu kümmern, den mag beim Anblick mancher Smart-Home-Ansätze kaltes Grauen erfassen. So trifft man immer wieder auf kaum oder gar nicht abgesicherte Geräte, die es Kriminellen ermöglichen, die Lichtsteuerung im ganzen Haus zu übernehmen, sobald sie sich auch nur in Funkreichweite befinden.

Die Argumente für die Schluderei ähneln sich in solchen Fällen fast immer: Wer Waschmaschinen, Kaffeemaschinen oder Backöfen baut, will sich auf sein Kerngeschäft konzentrieren, statt sich an IT-Lösungen zu versuchen, die am Ende allerhöchstens einen halbgaren Kompromiss bedeuten. Die IoT-Lösungen kauft man gern quasi als Anbauteil extern zu. Trotz dieses Ansatzes kommt es nach wie vor regelmäßig zu Totalausfällen, was die Sicherheit von IoT-Geräten betrifft.

Gleichwohl bietet ein vernetztes Heim mannigfaltige Optionen, um Energie zu sparen und den Komfort der Bewohner zu erhöhen. Regelmäßig greifen diese Faktoren außerdem ineinander: Ein Schlafzimmer, das man den gesamten Tag über nicht benutzt, muss man im Winter nicht durchgehend beheizen. Wissen Sie jedoch, dass Sie um 22 Uhr zu Bett gehen möchten, können Sie Ihre Heizung so programmieren, dass der Raum zum gewünschten Zeitpunkt die passende Temperatur hat. Die dafür nötige Flexibilität lässt sich entweder mit viel Disziplin erreichen oder mit smarten Thermostaten, die die Raumtemperatur und die Uhrzeit korrelieren und den Aufwärmvorgang zum passenden Zeitpunkt in die Wege leiten.

Wärmepumpen fungieren nicht nur als ein Herzstück der Energiewende, sondern bieten in solchen Konzepten viele Möglichkeiten, sofern man sie in seine Smart-Home-Umgebung einbindet. Setzen Sie Ihre Wärmepumpe klug ein, sparen Sie Strom und haben es im Haus trotzdem stets angenehm warm oder kühl – die Geräte können schließlich beides. Obendrein behalten Sie den genauen Überblick über die Temperatur und den Energieverbrauch der Klimatisierung.

Um eine Wärmepumpe sinnvoll in ein Klimatisierungskonzept zu integrieren, muss sie über das eigene Heimnetz zu erreichen sein. Nur so lässt sich ein Wert wie die aktuelle Temperatur in einem bestimmten Raum einlesen und als Grundlage für die Konfiguration der Pumpe verwenden. Vor ebendieser Herausforderung stand vor ein paar Monaten der Autor dieses Artikels: Das frisch bezogene Heim verfügt über eine Wärmepumpe des Herstellers Rotex und die fast schon obligatorisch dazu gehörende Fußbodenheizung.

Beim Einzug bestand die einzige Steuerungsmöglichkeit allerdings aus den in den einzelnen Räumen angebrachten Thermostaten, die die Ventile der Fußbodenheizungssteuerung kontrollierten, und damit indirekt die Wärmepumpe. In der Anlage selbst vorhandene Metrikdaten blieben via Heimnetz ebenso unerreichbar wie die durchaus vorhandenen Möglichkeiten zur dynamischen Rekonfiguration der Wärmepumpe. So ließen sich Ideen, smarte Raumthermometer mit dynamischen Heizprofilen zu verbinden, jedenfalls nicht umsetzen. Schnell war klar, dass einige Bastelstunden auf dem Programm stehen würden, um die Wärmepumpe in eine ebenso noch zu planende Smart-Home-Installation einzubinden.

Zielbild

Dabei galt es von Anfang an, etliche Faktoren zu beachten. Das Haus wurde 2020 gebaut und quasi ab Werk mit diversen Annehmlichkeiten ausgestattet. Dazu gehören vollständig elektrisch zu bedienende Rollläden – ein essenzieller Faktor, wie sich später noch herausstellen sollte. Die Wärmepumpe von Rotex bildet im Hinblick auf die energetische Planung ebenfalls einen zentralen Aspekt. Die Fußbodenheizung lässt sich grundsätzlich ebenfalls intelligent steuern, wenn man in die entsprechenden Geräte investiert. Zu den weiteren Faktoren zählen die automatische Erkennung der Außentemperatur und des Kippzustands der Fenster.

Die Außentemperatur lässt sich leicht ermitteln: Smarte Thermometer, die sich maschinell auslesen lassen, gibt es beim Elektrohändler des Vertrauens für kleines Geld. Das Thema Fenster entpuppte sich letztlich jedoch als nicht sinnvoll zu lösen. Das liegt primär daran, dass klassische Kippfenster in Wohnhäusern sich kaum automatisch steuern lassen. Dazu bräuchte man Hardware, die direkt am Fenster sitzt und sich aus der Ferne regeln lässt. Zwar gibt es solche Geräte, etwa von Homematic, doch sie schlagen teuer zu Buche und erweisen sich trotzdem als Kompromiss, weil sie nie spezifisch an ein konkretes Fenster angepasst sind.

Eine Fenstersteuerung wäre wünschenswert gewesen, weil sie es ermöglichen würde, je nach Bedarf im Haus Luftzug zu erzeugen oder zu vermeiden. So ließe sich das Stoßlüften ebenso automatisieren wie das Herunterkühlen des Hauses während eines Gewitters im Sommer. Aber auch ohne diese Möglichkeiten ist im Hinblick auf energetisches Haushalten durch die Korrelation von Raumthermostaten, Rollläden und Wärmepumpe schon einiges zu erreichen.

Wer sich ewig bindet

Obwohl das Haus erst 2020 gebaut wurde, kam es in Sachen Smart Home weitgehend unbeschlagen daher, von den genannten Punkten einmal abgesehen. Wer sich noch an frühere Ansätze in Sachen Smart Home erinnert, malt sich möglicherweise eine Situation aus, in der man separate Elektroleitungen ziehen muss, um Thermostate anzubinden und gesteuerte Lichtschalter zu verwenden. In Bestandsbauten grenzt das oft an ein Ding der Unmöglichkeit, weil es zu großen Aufwand nach sich zieht und damit viel zu teuer ist.

Die gute Nachricht: Der Markt hat sich längst weiterentwickelt, und derartige Klimmzüge braucht es heute im Regelfall nicht mehr. Die allermeisten Vorrichtungen für Smart Home setzen auf WLAN, das es in den meisten Haushalten ohnehin gibt. Zum Teil lassen sich Vorrichtungen wie schlaue Lichtschalter und Bewegungsmelder sogar mit Adaptern versehen, um vorhandene Schalterblenden zu verwenden. Dann sind sie von außen gar nicht mehr zu erkennen und verrichten im Hintergrund ihren Dienst.

Das allein vereinfacht die Sache allerdings noch nicht. Wenn Sie Ihre Behausung mit den Annehmlichkeiten schlauer Gebäude ausrüsten möchten, stehen Sie zunächst vor der Entscheidung, welche der zahlreichen Lösungsfamilien es denn werden soll. Hier offenbart schon eine kurze Suche im Netz einen riesigen Fundus verschiedener Ansätze: Siemens hat eigene Smart-Home-Lösungen ebenso im Sortiment wie Apple, hinzu kommen freie Anbieter wie Homematic oder Bosch sowie diverse Billigklone vorhandener Lösungen aus Fernost. Sie alle zielen darauf ab, den Kunden im eigenen Universum einzusperren, weil sie untereinander lediglich bedingt kompatibel sind.

Liebäugeln Sie beispielsweise mit smarten Heizkörperthermostaten von AVM, werden sie daran scheitern, sie vollständig mit der Lösung eines anderen Herstellers zu kombinieren. Bevor Sie auch nur einen Euro für Smart-Home-Hardware ausgeben, empfiehlt es sich deshalb unbedingt, im ersten Schritt ein umfassendes Konzept zu entwickeln. Dazu sollten Sie sich folgende Fragen stellen: Welche Features brauche ich? Welche Lösungen am Markt liefern sie? Welche Kommunikationsschnittstellen stellt die präferierte Lösung zur Verfügung? Das spielt gerade beim Anbinden von Wärmepumpen eine entscheidende Rolle.

Logisch: Eine funktionierende, bereits im Haus verbaute Wärmepumpe tauscht man wohl kaum gegen eine andere aus, nur um Smart-Home-Fähigkeiten zu erlangen. Das wäre sowohl in finanzieller Hinsicht als auch in Bezug auf Nachhaltigkeit kompletter Irrwitz. Stattdessen muss das Ziel der Übung darin bestehen, eine vorhandene Wärmepumpe an die zu schaffende Smart-Home-Lösung anzudocken. Das deckt zudem jene Szenarien ab, in denen es sich beim bezogenen Haus nicht um Eigentum handelt, sondern um ein Mietobjekt.

Falls Sie sich jetzt fragen, wieso dieser Artikel eigentlich in einer Linux-Zeitschrift erscheint, finden Sie in der Verbindung einer Wärmepumpe mit dem Rest der Smart-Home-Installation die Antwort. Das freie Betriebssystem spielt bei diversen am Markt gehandelten Wärmepumpen eine große Rolle, will man eine Verbindung zu einer Smart-Home-Lösung schaffen. Freilich wissen auch die Hersteller von Wärmepumpen, dass eine komplett isolierte Lösung im Jahr 2024 nicht mehr zeitgemäß ist, und sehen daher durchaus Mittel und Wege zur Steuerung von außen vor. Komplett vorkonfigurierte Anbindungen von Wärmepumpen an Smart-Home-Lösungen gibt es jedoch nicht. Sie stehen also stets vor der Aufgabe, eine Lösung zu konstruieren, die das jeweilige Gerät und die Smart-Home-Installation miteinander vernetzt.

Alter Bekannter

Im Fall des Autors stammt die verbaute Wärmepumpe wie beschrieben von Rotex. Das Unternehmen gibt es als eigenständigen Hersteller nicht mehr; es wurde inzwischen vom Branchenriesen Daikin [1] aufgekauft. Der hat die Unterstützung für die Produkte von Rotex aber nicht eingestellt, sondern das Produktportfolio aktualisiert und an das eigene angepasst. Die Wärmepumpe im spezifischen Fall folgt noch den Rotex-Regeln, was sich im weiteren Verlauf als relevanter Punkt erweist.

Daikin hatte vor Jahren bereits eine Lösung entwickelt, um sämtliche Laufzeitdaten und Konfigurationsschnittstellen der eigenen Wärmepumpen über eine serielle Schnittstelle nach außen zu exponieren. Entsprechend finden sich diese Schnittstellen auch bei Daikin-gelabelten Rotex-Wärmepumpen der neueren Generation. Die Wärmepumpe im Beispiel hingegen verlangt eine andere Art der Ansprache.

Auf der Steuerungsplatine des Rotex-Geräts sitzt die Klemme J13, die sich über ein Kabel mit einem Produkt namens RoCon G1 verbinden lässt. Das G steht für Gateway, und das alte G1 von Rotex besaß ähnlich wie Daikins Inhouse-Lösungen eine Art serielle Schnittstelle für die Wärmepumpe. Allerdings rief Rotex für das RoCon G1 stolze 700 Euro auf. Noch unangenehmer ist, dass man das Produkt längst nicht mehr neu bekommt, weil Daikin die Produktion eingestellt hat. Gebrauchte Exemplare sind noch zu haben, reißen aber mit 350 Euro und mehr ein heftiges Loch ins Budget.

Wenn Sie jedoch ein wenig Erfahrung in der Raspberry-Pi-Community gesammelt haben, schöpfen Sie beim Anblick des RoCon G1 aber vermutlich ohnehin sofort Verdacht: Könnte es sich da nicht um einen Einplatinencomputer mit modifizierter Software handeln? Die äußerst experimentierfreudige Open-Source-Community liefert bei einer Google-Suche sofort die Antwort: Unter der Haube verbirgt sich beim G1 zwar kein Raspberry Pi, aber doch ein Banana Pi [2] – lediglich ein Unterschied im Detail.

Gräbt man sich noch etwas weiter durch Google, erfährt man schnell, dass auf dem modifizierten Banana Pi vor allem die Software PyHPSU für die Verbindung zur Wärmepumpe zuständig ist. Die wiederum steht als quelloffene Software auf Github frei zur Verfügung. Damit ist aus Linux-Sicht eindeutig, wohin die Reise geht: PyHPSU benötigt einen CAN-Bus, um mit einer Rotex-Wärmepumpe zu kommunizieren – entsprechende Schnittstellen gibt es für den Raspberry Pi durchaus. Falls Sie sich nicht scheuen, einen RasPi mit CAN-Bus-Interface zusammenzubauen und anschließend PyHPSU unter Pi OS auszurollen, bauen Sie einen gleichwertigen Ersatz für das RoCon G1 kurzerhand selbst.

Zugegeben, der im Folgenden beschriebene Weg ist hochspezifisch für Geräte von Rotex. Eine schnelle Google-Recherche zeigt jedoch, dass die Wärmepumpen vieler anderer Hersteller sich ebenfalls via CAN-Bus ansteuern lassen und für die jeweilige Variante des Protokolls Bibliotheken aus der Open-Source-Welt existieren. Dabei sollten Sie vor allem darauf achten, welche Schnittstellen die jeweilige Software bedienen kann. Bei PyHPSU kommt da einiges zusammen, etwa das Homematic-Protokoll, FHEM, OpenHAB und die Ausgabe der Daten in eine SQL-Datenbank. Ganz nebenbei trifft PyHPSU damit zudem die Entscheidung für die Smart-Home-Lösung, die der Autor schließlich wählte: Homematic [3].

Auf Einkaufstour

Als Erstes ging es also daran, eine Einkaufsliste zu schreiben. Der Raspberry Pi 5 ist noch relativ neu, sodass es für ihn am Markt bislang kein CAN-Board gibt. Das macht aber gar nichts, denn die Ressourcen des RasPi 4 (Abbildung 1) genügen für PyHPSU im Daemon-Betrieb völlig. Neben der stärksten RasPi-4-Platine gehören also ein PiCAN-3-HAT [4] und ein passendes Gehäuse [5] auf die Einkaufsliste (Abbildung 2).

Abbildung 1: Ein RasPi 4 bietet genug Leistung für das Auslesen von CAN-Daten. Quelle: Raspberry Pi Ltd.

Abbildung 2: Das PiCAN-3-Board erweitert den Raspberry Pi um einen CAN-Bus. Quelle: SK Pang Electronics

Außerdem braucht man, was beim Raspberry Pi ohnehin grundsätzlich ansteht: ein ausreichend leistungsfähiges Netzteil und eine passende MicroSD-Karte für Raspberry Pi OS. In Summe kosten diese Komponenten rund 200 Euro – nicht exakt günstig, aber deutlich erschwinglicher als selbst ein gebrauchtes RoCon G1.

Die Montage lässt sich flugs erledigen. Es genügt, den PiCAN-3-HAT auf den RasPi zu stecken, die Kombination im Gehäuse zu fixieren, den Deckel zu schließen und zuvor mit Pi OS bespielte SD-Karte einzustecken. Dann kommt der Moment der Wahrheit: Ein funktionierender Raspberry Pi mit CAN-Bus zählt als Erfolg, muss aber eben noch irgendwie mit der Wärmepumpe verbunden werden. Dafür empfiehlt sich eine Installationsleitung mit etwa 0,8 Quadratmillimetern Aderquerschnitt, damit die Montage an der Wärmepumpe nicht zu fummelig ausfällt.

Anschließen

Tatsächlich erwies sich beim Autor die Installation des RasPi an der Wärmepumpe als einer der schwierigeren Teile der nötigen Arbeiten. Der ominöse Stecker J13 kam ja schon zur Sprache. Unglücklicherweise ist er gar nicht bei allen Rotex-Wärmepumpen als Stecker ausgeführt. Der Schaltpunkt residiert auf der Platine RoCon BM1 (Abbildung 3), auf der sich auch die zentrale Bedieneinheit der Wärmepumpe findet. Sie ist dort platziert, wo man von außen das Display des Wärmespeichers sieht (Abbildung 4).

Abbildung 3: In der unteren Bildmitte gut zu erkennen: die Lötpunkte für den Stecker J13. Mal findet sich hier tatsächlich ein Stecker, oft aber nur Pads zum Anlöten. Quelle: Daikin GmbH

Abbildung 4: Hinter der schwarzen Klappe oben, an der Sie vorn die Bedieneinheit der Wärmepumpe sehen, findet sich die Platine BM1 mit dem Stecker J13.

Anstelle eines Steckers fanden sich auf dem Board unter der Bezeichnung J13 allerdings lediglich drei Lötpunkte. Mal eben verbinden, war also kein valider Plan. Wohlgemerkt besteht J13 insgesamt aus den vier Lötpunkten CAN-H, CAN-L, CAN-GND und CAN-VCC (Abbildung 5). Die Leitungen für CAN-H und CAN-L sowie CAN-GND gilt es mit den gleichnamigen Klemmverbindern des PiCAN 3 zu verbinden. Wer etwas Erfahrung im Umgang mit Lötzinn hat, erledigt das schnell, alle anderen lassen sich von einer löterfahrenen Person unter die Arme greifen.

Abbildung 5: Der Stecker J13 hat vier Pins, von denen es CAN-H, CAN-L und CAN-GND mit ihren Gegenstücken auf PiCAN 3 zu verbinden gilt. Quelle: Daikin GmbH

Selbst, wenn Sie ein Haus nur zur Miete bewohnen, lässt sich die Verbindung mit der Rotex-Wärmepumpe auf diese Weise herstellen: Ein korrekt angelötetes Kabel können Sie später rückstandsfrei wieder entfernen. Doch Vorsicht: Die Bedieneinheit BM1 einer Rotex-Wärmepumpe steht unter Strom. Gewährleisten Sie deshalb vor sämtlichen Arbeiten an der Platine durch Ziehen der Sicherungen deren Spannungsfreiheit, sonst droht Lebensgefahr.

Loslegen

Haben Sie den CAN-Bus der Wärmepumpe über das PiCAN-3-Board mit dem Raspberry Pi verbunden, fehlt nicht mehr viel, um die CAN-Daten der Wärmepumpe zu nutzen.

PyHPSU bringt die Datei install.sh mit, bei der allerdings ein kleiner Stolperstein lauert. Suchen Sie bei Google nach “PyHPSU”, landen Sie auf mehreren Github-Repositories, die miteinander verwandt und zum Teil voneinander geforkt sind. Als erster Google-Eintrag taucht meist das Github-Verzeichnis von Emiliano Maina alias Zanac auf. Er hat an seinem einstigen Vorzeigeprojekt mittlerweile offensichtlich das Interesse verloren und der ursprünglichen PyHPSU-Variante seit über sechs Jahren keine Updates mehr spendiert.

Deutlich gesünder steht der Fork [6] von Spanni26 da, bei dem zuletzt im Januar 2024 der Code aufgefrischt wurde. Das Installieren dieser Version gestaltet sich trivial: Nach dem Herunterladen des Git-Repos genügt der Aufruf von ./install.sh im Ordner, um die nötigen Werkzeuge an die passende Stelle zu kopieren. Danach legen Sie noch eine virtuelle Netzwerkschnittstelle für den CAN-Bus an; unter Pi OS erledigen Sie das in /etc/network/interfaces (Listing 1).

Hat die Installation funktioniert, fördert anschließend das Kommando pyHPSU.py -c t_hs den Wert für t_hs zutage, den Sollwert für die Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers.

auto can0
iface can0 inet manual
  pre-up /sbin/ip link set $IFACE type can bitrate 20000 triple-sampling on
  up /sbin/ifconfig $IFACE up
  down /sbin/ifconfig $IFACE down

Noch mehr Hardware

In Sachen Installationsarbeit schien es, als sei der größte Brocken damit aus dem Weg geräumt. Das stellte sich bald als Trugschluss heraus. Wie eingangs angedeutet, verfügen die Rollläden im Haus des Autors über Antriebsmotoren. Das Hochziehen und Herunterlassen erfolgt also nicht mehr über einen seilzugartigen Mechanismus, sondern per Knopfdruck elektronisch. Das allein macht jedoch noch keine smarte Steuerung aus. Es besteht keine Möglichkeit, einzelne Rollläden gezielt per drahtlos übermitteltem Befehl zu öffnen, zu schließen oder einen Zwischenzustand herbeizuführen.

Für dieses Problem hat sich die Industrie allerdings Lösungen überlegt. Gerade das Sortiment von Homematic zeigt sich in dieser Hinsicht umfangreich. Unter dem etwas sperrigen Namen Rollladenaktor findet sich ein Produkt, das vorhandene mechanische Schalter in Standardunterputzdosen nahtlos ersetzt. Zudem gibt es Adapterplatten für die Dosen- und Schalterserien unterschiedlicher Hersteller wie Busch-Jäger.

Ersetzen Sie einen vorhandenen Schalter durch einen solchen Aktor mit Adapter und passendem Aufsatz, ändert sich die Optik des Schalters im Regelfall gar nicht, wohl jedoch seine Funktion. Zwar funktioniert mit dem schlauen Aktor auch das händische Öffnen und Schließen der Rollläden per Tastendruck. Viel sinnvoller erscheint aber das Steuern über eine App auf dem Smartphone.

Ungünstigerweise macht in einem durchschnittlich großen Haus mit vielen Rollläden das Installieren der Rollladenaktoren reichlich Arbeit. Das gilt umso mehr, wenn die Kabelführung wie im Haus des Autors ein wenig “kreativ” ausfällt. Wer von der Materie keine Ahnung hat, sollte tunlichst die Finger von der Elektroinstallation lassen und stattdessen einen Fachmann beauftragen. Die meisten Motoren für Rollladen funktionieren mit 230 Volt und sind in den Zimmern häufig zusammen mit einem Lichtschalter und einer Steckdose montiert (Dreifachschalter). Dann gibt es in der Dose erst gar keinen separaten Neutralleiter für den Rollladenschalter, weil der bei einem einfachen Schalter schlicht überflüssig wäre.

In diesem Konstrukt ist L1 meist einfach durch den Rollladenschalter hindurchgeführt. Möchten Sie einen Rollladenaktor anschließen, benötigt der jedoch eine separate Stromversorgung (also L1 und N). Obendrein können die Homematic-Geräte L1 nicht durchschleifen. Im schlechtesten Fall hantiert man (wie der vom Autor beauftragte Elektriker) mit Wago-Klemmen, einer Abisolierzange und diversen anderen Werkzeugen auf kleinstem Raum in vorgebohrten Unterputzdosen. Im konkreten Fall zog sich der Einbau für insgesamt neun steuerbare Rollläden über gut einen halben Tag hin.

Ergänzend gesellten sich danach noch diverse digitale Raumthermostate dazu. Sie erfassen einerseits die jeweilige Raumtemperatur und lassen sich andererseits schalten, steuern also die Fußbodenheizung im Raum. Wieder hatte Homematic entsprechende Lösungen dafür im Programm, die sich optisch allerdings nicht so gut in das Gesamtbild einfügten wie die Rollladenschalter.

Der Mühe Lohn war am Ende jedenfalls ein Haus, in dem sich sowohl alle zentralen Eigenschaften der Wärmepumpe als auch die Temperatur sowie Rollladenkonfiguration für jeden Raum einzeln abfragen und steuern lassen.

Die nächsten Schritte

Schon früh reifte beim Autor der Plan, die diversen Smart-Home-Geräte mittels einer Open-Source-Lösung wie FHEM oder OpenHAB zu steuern. Weil die Wahl auf Homematic gefallen war, stellte sich das als eine ziemlich aufwendige Aufgabe heraus. Der Hersteller hat sein Sortiment in den letzten Jahren gehörig umgebaut und sieht die Integration in Lösungen wie OpenHAB offiziell eigentlich gar nicht mehr vor. Auch hier retteten Open-Source-Lösungen und diverse Basteleien letztlich das Projekt. Worauf es dabei im Detail ankam und welche Hürden softwareseitig im Raum standen, verrät der zweite Teil dieses Artikels im kommenden Heft. (jcb/jlu)