Nachtspeicher, Aufladesteuerung mit Wettervorhersage, Tipps zur Realisierung

Begonnen von Scottty, 31 Juli 2019, 15:48:59

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Scottty

Hallo,
bin in Sachen Smarthome noch ein "Frischling" und wäre froh, den einen oder anderen Tipp
zu einer effektiven Vorgehensweise zu erhalten.
Habe schon einiges gelesen, bin aber noch nicht fündig geworden.

Worum geht es:
Wir haben Nachtspeicheröfen mit einer zentralen Aufladesteuerung von Stiebel Eltron.
Aufgrund der Aussentemperatur wird ein getaktetes 230V Signal mit unterschiedlicher ED erzeugt
Periode 10 Sekunden), das an alle Nachtspeicher geleitet wird.
In den Nachtspeichern wird damit ein Widerstand erwärmt, der dann Einfluss hat auf die
Ziel-Aufheiztemperatur beim nächsten Aufheizvorgang (im Strom-Niedertarif).

Was stört mich:
1) Bei der Aufladesteuerung kann man die Kennlinien (Aussentemperatur - ED) anpassen.
Die Kennlinien habe ich verändert und bin am Anschlag, trotzdem erfolgt im Übergangsbereich
(etwa 10 Grad Aussemtemp) zu wenig Heizleistung, bei tiefen Temperaturen (-10 Grad)
viel zuviel Heizleistung.
2) Bei plötzlichen Temperaturwechseln landet man auf der Nase, weil ja als Basis für die
nächste Aufladung immer das Temperaturmittel des vorangegangenen Tages verwendet wird.

Mein Ziel:
Ich stelle mir vor, z.B. einmal am Tag von Openwheatermap die Stunden- oder 3-Stdwerte des nächsten Tages zu holen.
Die Kennlinie für den Zusammenhang "mittlere vorhergesagte Aussentemperatur - ED" definiere ich selbst in einem kleinen Programm.
Dann erzeuge ich anhand Vorhersage und Kennlinie das ED Signal z.B. über einen Raspberry per GPIO und ein Hutschienenrelais.
Beide sitzen im Schaltkasten erzeugen nun das neue Signal an die Nachtspeicher.

Zur Diagnose und Optimierung vor allem in der Startphase wäre es gut, die Funktion über einen Server, eben z.B. FHEM,
verfolgen und Kennlinienparameter über z.B. einen Texteditor anpassen zu können

Nun noch meine Bitte:
Da es sicher verschiedene Wege gibt und ich bei meiner Suche danach Sackgassen vermeiden möchte,
würde ich mich über ein paar Tipps freuen,
z.B. Raspi /Arduino, Server, Wetterabruf, welche Module einbinden.

Vielen Dank im Voraus
Scottty   

Wuppi68

ich habe es noch nicht gemacht - habe kein Nachtspeicher 8-)

habe aber eine Idee :-)

Simuliere doch den Außenfühler und füttere deine Stuerung mit den in 24h prognoszierten Daten

Dein Haus/Wohnung sollte eigentlich genügend Energie gespeichert haben

Ist NUR eine Idee

was ich aber schon einmal machen würde:
mit FEHM so viele relevanten Parameter wie möglich für die Steuerung zu loggen
Jetzt auf nem I3 und primär Homematic - kein Support für cfg Editierer

Support heißt nicht wenn die Frau zu Ihrem Mann sagt: Geh mal bitte zum Frauenarzt, ich habe Bauchschmerzen

Scottty

Vielen Dank schon mal!

Hatte ursprünglich auch mal dran gedacht, den Temperatursensor zu simulieren.
Die Schwierigkeit dabei ist, dass am Temperatursensor, ich glaube es war ein NTC Widerstand, 230V anliegen.
Man müsste also eine regelbare Wechselspannung ausgeben. Da halte ich für einfacher und sicherer, die 230V über ein Relais im richtigen Taktverhältnis ein- und auszuschalten.

Mitloggen ist auf jeden Fall ein guter Punkt

Bis jetzt habe ich folgendes vor:
1) Vorhersage-Temperaturen von DWD holen (das klappt schon)
2) Ein eigenes Modul schreiben, welches...
    a)Die Temperaturen in ein eigenes Modul holen (muss noch suchen, wie das geht)
    b) Aus dem Temperatur-Mittelwert und einer ....
    c) über die FHEM Server GUI einstellbbare Kennlinie ...
    d) das On/Off Verhältnis das Auflade-Sidnal ermitteln

4) Signalausgabe über Raspberry GPIO + Verstärker an Relais.
5) Das Relais erzeugt dann das nötige 230V Taktsignal.

Wie gesagt, wäre ich froh, wenn mir jemand entwerder bestätigen kann, dass ich auf dem richtigen Weg bin,
oder meinem "Navi" eine bessere Route zeigt.

Vielen Dank!

Wuppi68

wie ist denn der Aussenfühler beschaltet?
und wie sieht das "Steuersiganl" für die Heizkörper aus?
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JoWiemann

Hallo,

das ist aus einem anderen Forum (leider habe ich mir nicht gemerkt welches)

Zur allgemeinen Info

  • L1, L2, L3 wurden früher mit R S T bezeichnet, das sind die Anschlüsse zum Ladestromkreis.
    L , N ist der Anschluss für den Lüfter, wenn er nur eine Stufe hat, asnsonsten sind weitere Adern erforderlich.
    A1/Z1 A2/Z2 sind die Leitungen für die Steuerung
    W1/W2/W3/W4 Sind Leitungen für den Temperatursensor

Die Steuerung funktioniert so:
LF bekommt 220 V vom EVU Rundsteuerempfänger, jetzt wird der Zähler auf NT umgeschaltet normlerweise hat man mindenstens 2 Zähler im Haus 1 X Haushalt 1 X Doppeltarifzähler.
Die Ladeschütze werden in der Regel ebenfalls mit LF eingeschaltet ==> L1, L2, L3 hat 230V gegen N.
Die Steuerung Versorgt die Öfen mit der Steuerspannung, die Pulsweiten Moduliert ist.
Z.B. 10s Pulslänge, davon wird die bei 0% Aufladeziel die Spannung 8 s eingeschaltet 80% ED bei 50% wird entsprechend 6 s eingeschaltet.
Das Aufladesignal wird jenach Aussentemperatur so gesteuert, das je nach Steuerungsvorgabe also Vorwärts, Rückwärts oder Spreitzsteuerung die Öfen geladen werden.
Ich nehme mal an, es sei eine Rückwärtssteuerung und der Ofen soll zu 50 % geladen werden.
Die Nennaufladezeit sei 8 Stunden. In dieser Zeit wird der Ofen zu 100 % Aufgeladen.
Das EVU schaltet LF um 20:00 Uhr an und um 8:00 Uhr aus.
Dann muss der Ofen 4 Stunden laden für 50 % Ladung. Das bedeutet der Ofen muss ab 4:00 Uhr morgens Aufgeladen werden damit die 50% Ladung erfolgt.
Die Steuerung sendet von 20:00h bis 4:00h ein jeweils 8 Sekunden ein Signal. Es erfolgt bis 4:00h morgens keine Aufladung. Jetzt schaltet die Steuerung um auf 50%, die Öfen ohne Restwärme fangen an zu laden. Die Öfen mit Restwärme starten ihren Aufladebeginn später. So das um 8:00 alle Öfen 50 % geladen haben.

Noch ein hinweis, damit die Öfen nicht bei Freischalten der Ladeschütze anfangen zu laden ist es sinnvoll, die Steuerspannung etwas früher einzuschalten. Damit die Öfen gesperrt sind wenn die Freigabe kommt.

Grüße Jörg

PS: Es gibt übrigens auch einen Hersteller für eine Smarte Nachtspeichersteuerung: https://nachtspeicher-update.de/
Jörg Wiemann

Slave: RPi B+ mit 512 MB, COC (868 MHz), CUL V3 (433.92MHz SlowRF); FHEMduino, Aktuelles FHEM

Master: CubieTruck; Debian; Aktuelles FHEM

Scottty

@ Wuppi68:
Der Aussenfühler ist an der Heizungssteuerung "Stiebel Eltron EA" (ein Hutschienenkästchen) angeschlossen.
Ich kenne die innere Beschaltung nicht. An beiden Anschlüsse kann ich so um die 230V AC messen. Es ist ein NTC Widerstand, dessen temperaturabhängiger Widerstand sicherlich intern über Strom bzw Spannugsabfall gemessen wird.

Zum Steuersignal hat JoWiemann einen fundierten Beitrag gefunden. (Danke Dir!)
Es geht also beim Steuersignal nur darum, in einer 10-Sekunden-Periode die 230V eine bestimmte Zeit einzuschalten, den Rest aus. Und das abhängig von der Vorhersagetemperatur des nächsten Tages und einer Kennlinie, welche die beiden Werte in Bezug setzt.

In Bezug auf diese Dinge bin ich mir ziemlich sicher, das im Griff zu haben/zu bekommen.

Mein Hauptanliegen war, ob ich bzgl FHEM, eigenem Perl-Modul (das sich die Werte von der Wettervorhersage holen muss, eine über den FHEM Server editierbare Kennlinie enthalten muss), wie also oben beschrieben,
auf dem richtigen Weg oder in einer Sachgasse bin.

Prof. Dr. Peter Henning

Die sogenannte "stundengenaue Vorhersage" ist keineswegs genau, sondern kann deutlich von den tatsächlichen Temperaturen abweichen. Außerdem können solche Wetterdienste auch mal abgeschaltet werden. Schlussfolgerung: Jede Heizungssteuerung muss autonom auch ohne so einen Dienst laufen.

Gut geeignet sind die Temperaturen des heutigen Tages. Wegen der typischen Korrelationslänge von 0,7 Tagen ist die Wahrscheinlichkeit etwa 85%, dass morgen um die gleiche Zeit die gleiche Temperatur herrscht. Im Übrigen würde ich von klackernden Relais absehen und Halbleiterlösungen verwenden.

LG

pah

Scottty

@ pah: vielen Dank für den Input.
Der Ansatz mit Verwendung der vorhergesagten Temperaturen bezog sich hauptsächlich auf plötzliche Wetterwechsel, die mit der aktuellen Situation, der Verwendung der heutigen Durchschnittstemperatur, nicht abgefangen werden.
Falls der Mittelwert der vorhergesagten stündlichen Temperaturen um wenige Grad abweicht, spielt das wegen enthaltener Puffer für uns keine so große Rolle.

Ich hatte schon geplant, den vorhandenen Temperatursensor zu nutzen für den Fall, dass die Wettervorhersage ausfällt. Trotzdem Danke für den Hinweis.

Das mit dem Halbleiterrelais ist gut, werde ich umsetzen.


Ich darf nochmal zu meinem Hauptanliegen zurückkommen:
  1) die Vorhersage-Temperaturwerte muss ich zu einem Mittelwert verrechnet.
  2) damit möchte ich über eine Kennlinie, die ich über den Fhem Server ändern kann,..
  3) eine Einschaltdauer für ein Steuersignal ermitteln (On-Zeit eines Signals mit Periode 10 Sekunden)
  4) und der RaspberryPi solldas Signal über GPIO die nächsten 24 Stunden ausgeben

Lässt sich so etwas mit FHEM grundsätzlich verwirklichen?
Oder mit FHEM plus selbstgeschriebenes Perl-Modul
oder eine andere Konstellation. Was wäre ein empfehlenswerter Weg?

Vielen Dank schon mal

Prof. Dr. Peter Henning

Aber gerade
Zitatplötzliche Wetterwechsel
werden von den so genannten stundengenauen Vorhersagen nicht berücksichtigt! Darüber hinaus ist die Wärmeträgheit eines heutigen Hauses so groß, dass auch ein Temperatursturz um ca. 20 K für 24 Stunden kein Problem bedeutet (es sei denn, man ist Lüftungsfanatiker).

Ja, das lässt sich alles mit FHEM machen.

Aber erstens würde ich dafür kein "Modul" schreiben, sondern einfach ein paar kluge Perl-Routinen in die 99_myUtils.pm einbauen. Und zweitens ist "klug" wirklich so gemeint: Dafür bedarf es einiger Kenntnisse der Thermodynamik und der Sprache Perl. Drittens ist GPIO immer ein schlechter Weg - der koppelt nämlich Aktor-Hardware direkt an den zentralen Server an. Lieber ein Interface wie PiFace Digital draufsetzen, und das mit dem FHEM-Modul PWM bedienen.

LG

pah

Scottty

Super, die Hinweise zur Grundarchitektur helfen mir ein gutes Stück weiter.

Zu den "stundengenauen Vorhersagen" und plötzlichen Wetterwechseln haben wir vielleicht ein Missverständnis:

Bei der aktuell eingesetzten Aufladesteuerung wird abhängig von der aktuellen Aussentemperatur ein Steuersignal mit einem bestimmten ED-Wert erzeugt.
Der ED-Wert ändert sich mit dem Verlauf der Aussentemperaturen über den Tag.
Gemäß Datenblatt besteht ein einfacher linearer Zusammenhang zwischen Aussentemperatur und ED-Wert.

Mein Plan ist, aus den Vorhersagewerten, sei es stündlich oder 3-stündlich, einen Mittelwert der Temperaturen des morgigen Tages zu bilden und daraus über eine optimierbare Kennlinie einen mittleren ED-Wert .

Wenn ich nun ab 6 Uhr morgens ein gleichbleibendes Steuersignal, welches auf den Vorhersage-Temperatur-Mittelwert basiert, an die Nachtspeicheröfen sende, sollte die
Zielwärmemenge für die nächste Aufladung gut zu definieren sein.

Dieser Temperatur-Mittelwert berücksichtigt auch Temperaturstürze, soweit sie vorhergesagt sind.

Auf jeden Fall nochmals Danke für den aufgezeigten "Weg" mit FHEM.
Falls ich auf dem Weg zu sehr ins Schwitzen komme, brauche ich eh keine Heizung mehr ;-)


herzliche Grüße
Scottty


roli

Ich habe bereits seit Jahren eine Fhem basierte Ladesteuerung für Nachtspeicher implementiert. Hierzu verwende ich die Außentemperatur, als auch eine eigene Kennlinie die ich flexibel festlegen und ändern könnte am FHEM Uni. Täglich wird der neue Bedarf zb um 18 Uhr berechnet. Hierzu verwende ich die Wetterprognose aber auch den tatsächlichen Verlauf der Tiefs und höchst temps. Vorfallen in der Übergangszeit wo es bereits am Tag sehr warm sein kann ist hier jeder automatische Ladesteuerung überlegen.
Habe bisher bereits viel eingespart. Ich habe auch Ofengruppen .. je nachdem was am Schütz angeschlossen ist gebildet und kann hier verschieden laden. Bei 8 std. Niedertarif Signal wird immer nur am Ende geladen. Brauch die Wärme ja am Morgen.
Messe mittlerweile auch die Test Wärme eines Ofens ,  aber geht noch nicht in Berechnung ein.
FHEM auf Debian Wheezy(RASPI), 2 * CUL868/433 *  FS20 STR, 2 * HMS100 T, 2 * , 1* FS20 SU, 2 *  FS20 SM8, 2 ; 1-wire Temp, GPIO based Relais-Schalter;i2c Bus
Integration von Sonnenbatterie Eco8;
Elektro  Nachspeicher-Ofen Ladesteuerung,
Haus Lüftung,
Integration von HardwareAlarmanlag