Prädiktive Heizungssteuerun?

[StefanJoe]

Halo zusammen,

Hat sich jemand schon einmal an eine vorausschauende Heizungssteuerung gewagt?
Typischerweise ist die Verzögerung einer FB-Heizung in ein modernen Haus ja in der Größenordnung 6h.
(Versuche ich gerade durch Abwesenheit über die Weihnachtstage noch genauer zu bestimmen - Auskühl- und Aufwärmzeit direkt am Fußboden beobachten).

Wenn ich jetzt z.B. meine bekannte Heizkurve mit einem Wetterdienst (z.B. mit dem Modul PROLANTA) kombiniere, könnte ich bei meiner Wärmepumpe zwei große Einsparpotentiale realisieren:
1) Warmwasserbereitung zur wärmsten Tageszeit einplanen
2) FB-Heizung bereits Mittags starten wenn es in der kommenden Nacht vermutlich kalt wird (und früher ausschalten).

Durch die Verlegung der Betriebszeiten in den Tag dürfte damit ein deutlich besserer COP rausspringen (setzt aber eine vernünftig abgeglichene Heizungsanlage voraus).

Regelungseingriff in meine Heizung z.B. über Modifikation des Korrekturwertes für den Aussensensor (über Modul vcontrol).

Jetzt die einfache Frage: Gibt es das vielleicht sogar bereits ode hätte jemand Lust mit zu implementieren?

[Prof. Dr. Peter Henning]

Eine solche MPR klingt interessant. Ist aber nicht ganz einfach, weil das Modell (=Regelungsverhalten der "normalen" Steuerung) nicht vollständig bekannt ist und durch das Wetter eine zufällige Störung hineinkommt.

Siehe hier http://www.irt.rwth-aachen.de/29/methoden/modellgestuetzte-praediktive-regelung/

LG

pah

[StefanJoe]

Prof Rake kenne ich noch ganz gut.
Aber wir wollen die Komplexität des Modells ja auch am Anfang nicht unnötig erhöhen. Natürlich könnte man sich direkt mit einem neuronalen Netz inkl verschiedener Eingangsgrößen wie Anwesenheit der Bewohner, Stromverbrauch etc die Eigenerwärmung des Hauses mit abbilden, aber ich glaube Außentemperatur und Sonnenschein ist der mit Abstand größte Störfaktor. (Und interessanterweise gleichzeitig der am "einfachsten" vorhersagbare)

Modell der Regelung ist ansonsten fast trivial, Heizkurve, Regelung über Anforderungshöhe. Anlageninterne Mittelung über 2h würde ich hier auch ignorieren. Wir haben im System ja auch vergleichsweise hohe Zeitkonstanten. Nur wenn man in der einfachsten Regelung jetzt nur eine Verzögerung über 24-6 = 18h einbaut, dann schwankt die Raumtemperatur bei Wetterumschwüngen um bis zu 2 Grad. Das reduziert die Akzeptanz bei der Familie dramatisch (WAF=0!).

Das beobachtbare Systemverhalten lässt sich also vergleichsweise einfach abbilden. Mir fehlt bisher nur die Kenntnis dies in FHEM umzusetzen.

Gruß, Stefan

[Radiator]

Hallo Stefan,
mit dem Gedanken hatte ich auch schon öfters gespielt. Bei uns ist typischerweise zwischen 14:00-16:00 die Lufttemperatur am höchsten, da könnte es sich durchaus lohnen den Warmwasserspeicher aufzuwärmen. Allerdings bin ich mir nicht sicher, ob die Energiebilanz insgesamt auch etwas davon hat.

Ich logge die Daten meiner Luft/Wasser Wärmepumpe über ein CAN Interface in eine MySQl DB mit, und kann die Daten dann auch bequem mit Excel auswerten. Momentan habe ich einen Bereitstellungsverlust im WW Kessel von 0,2044 K/h gemessen. Das gibt bei meinem Kesselinhalt ca. 1 kWh Energieverlust / Tag (nur das Wasservolumen gerechnet, die Wärmekapazität des Kessels ignoriert, da unbekannt). Die Laufzeit der Pumpe könnte ich zur Abschätzung des Energieverbrauchs heranziehen, habe das allerdings noch nicht getan. Erst dann könnte ich abschätzen, ob ich etwas spare, und schon mal das Wassser vorheize, oder ob es sinnvoller wäre doch morgends voll aufzuheizen. Das sollte ja dann das Regelziel sein, oder?

Den Gedanken im Vorgriff auf eine kalte Nacht schon mal vor zuheizen ist spannend. Ich hatte ursprünglich das ganze Haus mit FHEM PID20 und PWM gesteuert, bin aber nach hydraulischem Feinabgleich der Anlage jetzt bei einer rein rücklaufggesteuerten Anlage mit voll offenen Ventilen gelanden, bei WAF =100%. Auch hier wäre ja eigentlich ein verbesserter COP das Regelziel. Leider rechnet meine gute Stiebel WP diesen nicht mit.

Über den CAN Bus kann ich bequem alle Parameter von FHEM aus ändern, würde da aber direkt den Sollwert des Rücklaufes steuern wollen. (siehe da : http://forum.fhem.de/index.php/topic,35614.0.html)

Mein Interesse wäre den COP durch eine MPR zu optimieren.
Gruß, Hartmut

[Prof. Dr. Peter Henning]

Na, dann lasst uns doch mal ein Modell formulieren, das hinreichend allgemeingültig ist.

Zwei Ansätze kann ich mit tragen:

1. Ein mathematisches Modell, basierend auf einer verallgemeinerten Lagrangefunktion des Gesamtsystems. Die verallgemeinerten Koordinaten sind die relevanten Messgrößen des Systems. Wird allerdings etwas schwierig zu erweitern sein...

2. Ein regelbasiertes Modell (z.B. "Wenn Aussentemperatur mit > 70% Wahrscheinlichkeit fällt, heize vor"). Könnte man in einer Testinstallation durch einen Reasoner abfragen, in einer endgültigen Version durch einen Satz von Fuzzy-Funktionen ersetzen.

LG

pah

[StefanJoe]

Die Frage ist vermutlich welchen Detaillierungsgrad und zeitlichen Horizont man wählt.

Variante 1: "Nur Temperaturforecast"

T1): Aktuelle Temperatur (aussen)
T2): Zukünftige Temperatur (aussen) +6h
(1+2 würde ich aus derselben Quelle - z.B. PROPLANTA - entnehmen um Messtoleranzen auszublenden).
Damit könnte man bereits die aktuelle Soll-Temperatur der Heizung um einen vorausschauenden Faktor korrigieren
(Raumtemperatur_Neu = Raumtemperatur_org + Faktor*Steigung_Heizkurve * (T2-T1))
Raumtemperatur_org ist hierbei die "Nachrechnung" der eingestellten Heizkurve.

Die Zeitspanne +6h kann man beliebig konfigurierbar halten.


Variante 2: Berücksichtigung solarer Gewinne
Da eine echte Modellierung vermutlich schwierig wird (hängt man die Temperatursensoren nun IN die Sonne, oder nur in den zusätzlich aufgeheizten Raum?...) würde ich auch hier nur ein einfaches Modell vorschlagen: Globalstrahlung in kWh/qm von Proplanta entnehmen und mit einem Faktor auf die Soll-Temperatur legen (Raumtemperatur_Neu = Raumtemperatur_org + Faktor * (Globalstrahlung_mittel - Globalstrahlung_Folgetag).

Das wäre für mich der erste Schritt um eine stablie Programmierung des ganzen zu verstehen
Anschließend kann man ja dann die verschiedenen Modellansätze mal ausprobieren ...

[Radiator]

...mmhh
Habe gerade die Datenqualität von ProPlanta überprüft. Mit dieser steht und fällt ja die Funktionalität einer MPR.
Im angehängten Plot habe ich die aktuell gemessene Temperatur bei mir mit der Forecast Temperatur verglichen.
Den Code für den Plot habe ich von hier: http://forum.fhem.de/index.php/topic,22967.msg334713.html#msg334713

Das erste, und das letzte Sample ist falsch = 0. Wenn wir davon absehen, korreliert für meinen Wohnort der Forecast recht wenig.
Das mag daran liegen, dass ich oben am Berg wohne (470 m ü.N.N.), und die Vorhersage für das Dorf ist (260m ü N.N.).
Ohne einigermassen gute Datenquelle wird das nix.
Die bisher genauesten Daten hatte ich beim norwegischen meteorologischne Institut gefunden (Nicht lachen, war eine Empfehlung unseres lokalen Wetterfrosches).
Da sind die Daten auch genauer lokalisierbar: http://www.yr.no/place/Germany/Baden-W%C3%BCrttemberg/Wolfsbrunnen/

Bevor ich mich weiter mit dem Regler und Modell beschäftige, muss ich erst mal an brauchbare Vorhersagen kommen.

Grüße
Hartmut

[Prof. Dr. Peter Henning]

Wieso glaubt eigentlich irgendjemand an diese Proplanta-Daten ? Vgl. Anlage.

LG

pah

[Prof. Dr. Peter Henning]

Die besten Vorhersagen per API gibt es bei wunderground.com - ist auch nicht ganz so kommerziell, wie die anderen. Auswertung per HTTPMOD mit XPath-Option aus den XML-Daten.

LG

pah

[Radiator]

Ok, noch ein Nachtrag zu den Norwegern, da gibt es wohl freie Wetterdaten mit Forecast im Stundenraster als XML.
Die Beschreibung ist leider nur auf Norwegisch verfügbar. Aber mal sehn. : http://om.yr.no/verdata/free-weather-data/
Grüße
Hartmut

[StefanJoe]

@Hartmut: Ich glaube das die Temperatur selbst vermutlich eine extrem schwierig zu prognostizierende Größe ist, dafür ist jede Temperaturmessung zu ungenau (Einfluss von Wind, Reflektionen, inhärenter Ungenauigkeit der Sensoren, ...). Die Messung die du im Vergleich zu Proplanta gemacht hast, ist wegen der doch sehr geringen Schwankungsbreite (+/- 2 Grad) leider auch nicht aussagekräftig, da können Rundungsfehler schon fast 50% ausmachen )).
Ich bin jetzt kein Verfechter einer einzelnen QUelle, aber vielleicht ist der Übergang auf Sonnenenergie vielleicht doch besser ? Kann jemand dazu eine Vergleichsmessung machen ? Vielleicht jemand der eine Solaranlage auf dem Dach hat mal den Ertrag / Tag gegen der PRognose von Proplanta plotten?

[Prof. Dr. Peter Henning]

Das ist leider falsch. Temperaturmessungen sind mit einem kalibrierten Sensor eher genauer, als andere Wetterdaten. Siehe meine Messkurve in dem oben gelieferten Textfragment.

Ich habe einen sehr genauen solaren Einstrahlungssensor auf dem Dach, dessen Daten ich gerne für einen beliebigen Tag aus den vergangenen 9 Jahren zur Verfügung stelle. Den Vergleich mt Proplanta kann aber bitte jemand anders durchführen, mir reicht hier der im genannten Textfragment erbrachte Nachweis, dass man der Datenqualität eher skeptisch begegnen sollte. Merke: Das verkauft sich offenbar ganz gut an Leute, die von Physik keine Ahnung haben.

Im Übrigen ist auch die Aussage nicht richtig, dass in dem Beispiel von Hartmut "Rundiungsfehler fast 50% ausmachen können".

LG

pah

[StefanJoe]

Hallo pah,

Das bezog sich jetzt auch eher auf "die Allgemeinheit" der Sensoren und die meistens nicht standardisierten Aufstellungsorte von genau diesen Temperatursensoren.
Der einzelne Sensor ist im Regelfall gut reproduzierbar, jedoch können kleine Ortsunterschiede aufgrund der beschriebenen Faktoren sehr deutlich sein.

Den Kommentar mit dem Rundungsfehler verstehe ich nicht. Bei 4 Grad absolut sind 2 Grad Fehlerbalken für mich 50%.

Wenn du für die nächsten drei Tage mal den Absolut-Betrag der Strahlungsenergie liefern könntest dann logge ich in der Zeit mal die Proplanta Prognosen mit...

[Prof. Dr. Peter Henning]

Bei 4 Grad absolut sind 2 Grad Fehlerbalken für mich 50%.

Das wäre aber eine Temperatur von 4 Kelvin, und ich würde mich doch sehr wundern, wenn die irgendwo in der freien Natur Deutschlands aufträte...

Dass die Angabe eines relativen Fehlers (eben in Prozent angegeben) für Celsius-Temperaturen Unsinn ist, kann man auch sehr leicht daran erkennen, dass sich dieser ändern würde, wenn man zu einer anderen Temperaturskala wechselt.

pah

[StefanJoe]

Das wäre aber eine Temperatur von 4 Kelvin, und ich würde mich doch sehr wundern, wenn die irgendwo in der freien Natur Deutschlands aufträte...

Dass die Angabe eines relativen Fehlers (eben in Prozent angegeben) für Celsius-Temperaturen Unsinn ist, kann man auch sehr leicht daran erkennen, dass sich dieser ändern würde, wenn man zu einer anderen Temperaturskala wechselt.

pah

Touché. Man muss auch mal verlieren können.
Trotzdem bleibe ich dabei das die Genauigkeit des Vergleichs mehr als schwierig ist, wenn die Bandbreite so klein ist

Klappt das mit dem loggen ?