Steuerung für eine Zentrale Lüftungsanlage (KWL Kontrollierte Wohnraumlüftung)

[Jasimo]

Hallo,

habe heute mal die Steuerung rudimentär in Betrieb genommen, Anlage läuft soweit nur leider bekomme ich nach der Kalibrierung komische Tachowerte der beiden Ventilatoren in FHEM, siehe Screeshot. Auf Stufe 2 sollten doch beide eigentlich schneller drehen?
Muss noch ergänzen, dass ich zwei Tempfühler noch nicht angeschlossen habe, falls das wichtig für die Lösung ist.
Gruß
Jan

[SvenJust]

Hallo,

In der Software für die Steuerung der Lüftungsanlage gibt es einige Neuerungen:

• Die Anzahl der Impulse am Tachosignal pro Umdrehung der Lüfters kann definiert werden. Es sind anscheinend Lüfter verbaut, die zwei Impulse pro Umdrehung am Tacho ausgeben. Eine Änderung der Standardwertes von 1 erfolgt in UserConfig.h getrennt für jeden Lüfter mit CONFIGURE(StandardFan1ImpulsesPerRotation, 2.0) oder CONFIGURE(StandardFan2ImpulsesPerRotation, 2.0)
  



• Der Bildschirmschoner wurde erweitert. Er zeigt jetzt den Status in Form eines kleinen Icons an zufälliger Position auf dem TFT Display an. Entweder wird die Lüftergeschwindigkeit angezeigt oder ein rotes Icon bei vorliegendem Fehler oder ein gelbes Icon bei einer Infomeldung.
  
• Für die Kalibrierung der Lüfter kann die maximale Abweichung der Ist- zur Solldrehzahl jetzt in der KWLConfig.h mit der Konstanten  festgelegt werden. Gleichzeitig wurde der bisher feste Wert von 10 Umdrehungen/Minute auf einen Prozentwert umgestellt. Die Standardvorgabe ist 1.5. Eine Änderung der Standardwerte von 1.5 erfolgt in UserConfig.h CONFIGURE(StandardKwlFanPrecisionPercent, 2.0)
  
• Der SW-Versionsstring wurde auf v0.21 hochgezählt.

Danke an Ivan für die Implementierung des Parameters ImpulsesPerRotation und die Erweiterung des Bildschirmschoners.

Der aktuelle Stand ist bei Github abzurufen: https://github.com/svenjust/room-ventilation-system/tree/master

VG Sven

[SvenJust]

Seit dem Start dieses Projektes interessiert mich die Frage nach der Konstantvolumenstrom-Regelung von Lüftungsanlagen. Nachdem die Steuerung weitgehend läuft und die Platinen auf dem Postweg Richtung Europa sind, habe ich mich ein wenig mit den notwendigen Differenzdrucksensoren beschäftigt. Die in der P300 verbauten Diffenzdrucksensoren sind nicht mehr lieferbar. Wichtig festzuhalten ist der Arbeitsbereich der Differenzdrucksensoren, er liegt bei 125 Pa, die Messung bei der Volumenstrom-Kalibrierung findet 50 Pa statt (Handbuch P300).

Differenzdrucksensoren mit einem Arbeitsbereich von 125 Pa gibt es bei der Fa. Sensirion aus der Schweiz. Die Sensoren werden per I2C angesprochen. Libs für den Arduino sind verfügbar.

Herstellerseite Sensoren
SDP610: https://www.sensirion.com/de/durchflusssensoren/differenzdrucksensoren/digitale-differenzdrucksensoren-ohne-nullpunktdrift/  (lt. Sensirion: Not Recommended for New Designs, Sensoren sind verfügbar)
SDP810: https://www.sensirion.com/de/umweltsensoren/feuchtesensoren/sdp800-proven-and-improved/

Die Differenzdrucksensoren von Sensirion kommunizieren pro Typ alle über die gleiche I2C Adresse, es kann damit nur ein Sensor auf dem I2C Bus betrieben werden. Das Problem kann mit einem I2C Multiplexer (bswp. PCA9544AD) umgangen werden.

Die Kosten für einen Sensor liegen bei etwa 30 Euro, es werden zwei Sensoren benötigt. Weiterhin sind Widerstände, ggfs. ein Spannungsregler und Kondensatoren notwendig, dazu ggfs eine Platine. Insgesamt sollten die bei 75 Euro liegen.

Auf den Bildern ist ein möglicher Schaltplan und eine mögliche Platine dokumentiert. Ich habe dieses Differenzdruckboard bisher nicht aufgebaut, sondern nur nach den technischen Spezifikationen zusammengestellt und einen möglichen Schaltplan erarbeitet.

Meine Frage ist: Wer hat Lust, Know-How und Zeit an dem Board mit Differenzdrucksensoren und der Softwareerweiterung der Steuerung mitzuarbeiten?

Gesucht werden Mitstreiter für/mit:
•   Hardwarekenntnissen im Bereich I2C und Multiplexing, vermutlich mit PCA9544AD
•   Implementierung der Schnittstelle zum I2C Multiplexer, den I2C Sensoren und der Erweiterung der Steuerung
•   Aufbau, Test und Protokollieren der Messwerte der Pluggit P300, möglichst noch mit Originalsteuerung

Wenn Interesse an dem Projekt besteht, wäre der erste Schritt die Verifikation bzw. Optimierung der Schaltung und der Platine.

Gibt es Mitstreiter? Bitte kurze Rückmeldung, entweder hier oder per PM.

VG Sven

[herr_frei]

Hallo Sven,

ich habe daran Interesse, aber wenig Zeit (deshalb läuft bei mir immer noch die alte Hardware von Pluggit...). Drucksensoren sind vorhanden und noch funktionsfähig!

Torsten

[Starsurfer]

Moin Sven,
ich habe gerade auf mikrocontroller.net einen Beitrag gefunden, wo jemand eine Ersatzplatine für die Drucksensoren entwickelt hat. Vielleicht ist das ja interessant für Dich.

Gruß Sascha.


P.S. Kann vielleicht bitte jemand ein Foto einstellen, vom original Kabelbaum?
Ich brauchte den Bereich vom Kontaktschalter, den 2 Pin und den 6 Pin Molex Anschluß.
Als ich meine erste Platine eingebaut habe, habe ich dummerweise den Kabelbaum rausgerissen und die Stecker abgeschnitten und jetzt fehlt mir da irgendwie was.

[SvenJust]

ich habe gerade auf mikrocontroller.net einen Beitrag gefunden, wo jemand eine Ersatzplatine für die Drucksensoren entwickelt hat. Vielleicht ist das ja interessant für Dich.

Hallo Sascha,

danke für den Hinweis, den Thread kenne und verfolge ich. Meine hier beschriebene Platine habe ich zwischenzeitlich aufgebaut und die Sensoren liefern auf die erwarteten Werte. Allerdings fehlt mir die Zeit/Lust dies in die Steuerung sinnvoll zu integrieren und die Regelung der Lüfter anzupassen. Mal schauen, was im Winter so anliegt...

VG Sven

[schreter]

Allerdings fehlt mir die Zeit/Lust dies in die Steuerung sinnvoll zu integrieren und die Regelung der Lüfter anzupassen. Mal schauen, was im Winter so anliegt...

Hm, wenn ich bei mir bei Gelegenheit die Sensoren einbaue, dann könnte ich auch SW schreiben. Das Problem ist aber, ich weiss nicht, wie konkret sich die Luftdrücke auswirken sollten. Gibt es dazu schon Erkenntnisse?

Ivan

[SvenJust]

Die Platine https://forum.fhem.de/index.php/topic,83242.msg889454.html#msg889454 für die zwei Differenzdrucksensoren habe ich aufgebaut und mit einem Arduino Nano per I2C verbunden. Der Arduino Nano sendet die Messdaten der Differenzdrucksensoren per MYSENSOR an fhem.

Aus Interesse habe ich die beiden Differenzdrucksensoren dann in einer funktionierenden Pluggit Lüftungsanlage kurzzeitig eingebaut und die Kalibrierung der Pluggit-Steuerung über die Pluggit Fernbedienung gestartet.

Die Messwerte der Differenzdrucksensoren wurden in fhem aufgezeichnet.

Messprinzip
Differenzdrucksensoren messen die Druckdifferenz in beiden Luftkanälen jeweils vor und nach dem Wärmetauscher. Der Wärmetauscher stellt dabei einen definierten Widerstand für die durchströmende Luft dar. Die Ventilatoren werden jetzt von der Pluggitanlage bzgl. der Drehzahl so angesteuert, dass eine Druckdifferenz lt. Handbuch von 50Pa erreicht wird.

Eigene Messung
Siehe beiliegendes Bild. Die Kalibrierung startet um 20:43h. Messwerte vorher zeigen den Differenzdruck nach Einbau der Messsensoren. Um 20:44h werden die Lüftermotoren kurz angehalten und starten dann für die Kalibrierung. Auffällig ist, dass die Differenzdrucke beider Sensoren bei der Kalibrierung von der Pluggit-Steuerung synchron gefahren werden. Vor der Kalibrierung waren die Drücke unterschiedlich, PressureDiff2 war geringer als PressureDiff1. Als Maximum bei der Kalibrierung wird bei mir etwa 41 Pa gemessen. Die Kalibrierung ist um 20:53h beendet.

VG Sven

[schreter]

Hi Sven,

Die Platine https://forum.fhem.de/index.php/topic,83242.msg889454.html#msg889454 für die zwei Differenzdrucksensoren habe ich aufgebaut und mit einem Arduino Nano per I2C verbunden. Der Arduino Nano sendet die Messdaten der Differenzdrucksensoren per MYSENSOR an fhem.
[...]
Siehe beiliegendes Bild. Die Kalibrierung startet um 20:43h. Messwerte vorher zeigen den Differenzdruck nach Einbau der Messsensoren. Um 20:44h werden die Lüftermotoren kurz angehalten und starten dann für die Kalibrierung. Auffällig ist, dass die Differenzdrucke beider Sensoren bei der Kalibrierung von der Pluggit-Steuerung synchron gefahren werden. Vor der Kalibrierung waren die Drücke unterschiedlich, PressureDiff2 war geringer als PressureDiff1. Als Maximum bei der Kalibrierung wird bei mir etwa 41 Pa gemessen. Die Kalibrierung ist um 20:53h beendet.

Erstmal eine dumme Frage: lt. Sensirion gibt es SDP81x-500Pa mit verschiedenen I2C Adressen, einmal mit 0x25 und einmal mit 0x26. Könnte man diese nicht einfach so direkt/parallel anbinden, d.h., ohne Multiplexer? Ich habe zuhause nur Grobwerkzeug, den SMD Multiplexer kriege ich nicht gelötet... Mit I2C habe ich bisher AFAIK nichts angeschlossen, ich müsste mich da einlesen, wie das geht.

Bzgl. der Messung: Das Bild ist relativ klein, also schwer zu erkennen. Wenn ich es richtig deute, wurde die Anlage um ca. 20:20 eingeschaltet, dann lief die Einschaltkalibrierung mit Maximalstufe, dann lief die mit Stufe 2 für ca. 1 Minute um 20:28, dann Stufe 1 und dann paar Minuten Stufe 2 ab 20:39 und dann fing die Kalibrierung an. Leider kann ich davon nicht richtig ablesen, was der Controller da bei der Kalibrierung gemessen haben soll. Das ab 20:55 ist wohl nur ein Spike beim Herausnehmen der Testplatine aus dem Gerät?

Könntest du die Messung ggf. länger laufen lassen, bei verschiedenen Stufen? Und ggf. die Kalibrierung mehrmals mit etwas feineren Werten durchlaufen, damit wir Durchschnitt sehen? Trotzdem bin ich mir nicht sicher, ob ich davon schlau werde... Ist der "definierte Luftwiderstand" des Wärmetauschers konstant, damit man konstanten Luftstrom nur basierend auf Druckdifferenz herstellen kann? D.h., wenn sich Filter verschmutzt und die Ventilatoren schneller drehen, um den gleichen Druckdifferential zu erreichen, bedeutet das, dass wir genau gleichen Volumenstrom haben, oder ist es nichtlinear? Wenn es grob linear ist, dann kann man die Kalibrierung und Filterverschmutzung relativ leicht erkennen (und es erklärt auch, warum die Drucke unterschiedlich sind - die Lüftungsanlage erzeugt wohl Überdruck?).

BTW, eine ganz andere Frage zu Unter/Überdruck: sollte dies nicht lieber anhand relativer Luftfeuchte und Temperatur innen/aussen geregelt werden, damit Luft über etwaige Wärmebrücken nicht "in die falsche Richtung" strömt und die Bausubstanz beschädigt?

Danke & Gruss,

Ivan

[SvenJust]

Hallo Ivan!

lt. Sensirion gibt es SDP81x-500Pa mit verschiedenen I2C Adressen, einmal mit 0x25 und einmal mit 0x26. Könnte man diese nicht einfach so direkt/parallel anbinden, d.h., ohne Multiplexer?

Sensoren mit verschiedenen I2C Adressen können direkt eingebunden werden. Die SDP-xxx-500Pa Sensoren sind nach meiner Meinung nicht optimal geeignet, da in der Pluggit Anlage ein Differenzdruck von 50Pa zur Kalibierung der Lüfter über den Wärmetauscher eingestellt wird. Die 50 Pa Differenzdruck ergeben sich aus der Bauweise des Wärmetauschers. Bei den 500Pa-Sensoren würde also nur 1/10 des Messbereiches genutzt.

Ich habe zuhause nur Grobwerkzeug, den SMD Multiplexer kriege ich nicht gelötet... Mit I2C habe ich bisher AFAIK nichts angeschlossen, ich müsste mich da einlesen, wie das geht.

Ich löte und schicke Dir für die Entwicklung gerne eine Platine. Du musst dann nur die Differenzdrucksensoren ergänzen.

Wenn ich es richtig deute, wurde die Anlage um ca. 20:20 eingeschaltet,

Ja

dann lief die Einschaltkalibrierung

Nein, eine Einschaltkalibrierung gibt es bei mir nur bei der Erstinbetriebnahme. Diese habe ich um 20:43 gestartet. In der Zeit von 20:20 bis 20:43h lief die Anlage in der Stufe 2 (20:20 - 20:23h), dann Stufe 3 (20:23-20:27h), dann Stufe 1 (20:27-20:43h). Bis zu 20:43h ist ein unterschiedliche Druckdifferenz beider Sensoren zu erkennen.

Das ab 20:55 ist wohl nur ein Spike beim Herausnehmen der Testplatine aus dem Gerät?

ja

Könntest du die Messung ggf. länger laufen lassen, bei verschiedenen Stufen? Und ggf. die Kalibrierung mehrmals mit etwas feineren Werten durchlaufen, damit wir Durchschnitt sehen?

Ich habe die Platine mittlerweile wieder ausgebaut und kann aktuell keine weiteren Messungen machen. 

Ist der "definierte Luftwiderstand" des Wärmetauschers konstant, damit man konstanten Luftstrom nur basierend auf Druckdifferenz herstellen kann?

Ja, der Luftwiderstand ist in einem gewissen Bereich linear anzunehmen.

D.h., wenn sich Filter verschmutzt und die Ventilatoren schneller drehen, um den gleichen Druckdifferential zu erreichen, bedeutet das, dass wir genau gleichen Volumenstrom haben, oder ist es nichtlinear? Wenn es grob linear ist, dann kann man die Kalibrierung und Filterverschmutzung relativ leicht erkennen

Ja, so denke ich.

Pluggit https://www.pluggit.com/fileserver/files/1200/916523936398844/low_res_bia_ap300_450_deutsc_02.09.2015.pdf beschreibt die Kalibrierung im Handbuch sehr gut:

Funktionsprinzip der Konstantvolumenstromregelung:
Abhängig vom Volumenstrom verursacht die Luft am Wärmetauscher einen bestimmten Druckverlust. Das Gerät misst diesen Druckverlust und stellt die Ventilatordrehzahl so ein, dass der Druckverlust erreicht wird, der dem eingestellten Volumenstrom entspricht. Diese Einstellung erfolgt bei der Erstkalibrierung, bei der wöchentlichen Kalibrierung (jeweils montags um 10:00 Uhr). Um die Regelgenauigkeit zu erhöhen, erfolgt die Kalibrierung immer über einen Differenzdruck von 50 Pa. Die für den eingestellten Volumenstrom erforderliche Drehzahl wird aus den festgestellten Werten errechnet. Bei niedrigen Außentemperaturen wird vor der Kalibrierung ein Frostschutzzyklus (Abschaltung des Zuluftventilators) gefahren, um eventuelles Eis vom Wärmetauscher abzutauen. Das Gerät merkt sich die Ventilatordrehzahl, die bei der Erstkalibrierung zum Erreichen der 200 m³/h erforderlich ist und vergleicht später gefundene Drehzahlen mit diesem Wert. Wenn eine höhere Drehzahl erforderlich ist, wird dies als Anstieg des externen Druckverlustes und damit als Filterverschmutzung interpretiert. Ein Abfall der Drehzahl des Abluftventilators wird als Vereisung interpretiert. Es ist deshalb wichtig, dass nach der Erstkalibrierung keine Änderungen der Anlage erfolgen, die den Systemdruck beeinflussen, bzw. dass nach einer solchen Veränderung mit neuen Filtern (auch an Abluftabsaugungen, Erdwärmetauschern etc.) eine erneute Erstkalibrierung gestartet wird.

(und es erklärt auch, warum die Drucke unterschiedlich sind - die Lüftungsanlage erzeugt wohl Überdruck?).

Nach der Kalibrierung wird vom Controller ein gleicher Differenzdruck für Sensor 1 und Sensor 2 eingestellt. Vor der Kalibrierung ist der Differenzdruck beider Sensoren unterschiedlich. Ich hatte einen Kohlefilter im Zuluftstrang nach der Lüftungsanlage getauscht, dies hat zu den unterschiedlichen Druckdifferenzen geführt.

BTW, eine ganz andere Frage zu Unter/Überdruck: sollte dies nicht lieber anhand relativer Luftfeuchte und Temperatur innen/aussen geregelt werden, damit Luft über etwaige Wärmebrücken nicht "in die falsche Richtung" strömt und die Bausubstanz beschädigt?

Soweit mir bekannt, ist die richtige Richtung der Luftströmung für Undichtigkeiten ist in unseren Breiten immer von Außen nach Innen, damit die feuchte warme Innenraumluft über die Lüftungsanlage abgeführt wird und nicht durch Undichtigkeiten ins Mauerwerk oder Dach strömt. Eine umgekehrte Situation findet man nur an wenigen warmen und feuchten Sommertagen.


Viele Grüße
Sven

[schreter]

Hi Sven,

erstmal danke für die Antworten und Links. Die Sensoren -500Pa haben angeblich fast gleiche Genauigkeit, deswegen dachte ich, dass die auch in Prinzip geeignet wären, auch wenn nur 10% des Messbereichs genutzt werden.

Ich löte und schicke Dir für die Entwicklung gerne eine Platine. Du musst dann nur die Differenzdrucksensoren ergänzen.

Das würde helfen . Dann suche ich noch eine Quelle für die Sensoren und bestelle sie irgendwo.

Gruss,

Ivan

[schreter]

Hi,

nur Zwischenstatus der Entwicklung: Ich konnte die Sensoren erfolgreich mit der Multiplexer-Platine von Sven verbinden und das Ganze dann mit dem Arduino. Erkennung und Initialisierung der Sensoren funktioniert prima. Die Werte werden gelesen, je nach dem, wie stark ich auf den Sensor puste variieren sie zwischen 0 und 136 Pa (Sensor ist offiziell bis 125 Pa, aber es hat wohl etwas Reserve nach oben). Desweiteren, die Anzeige der Werte auf der Hauptseite in TFT funktioniert, sowie verschicken per MQTT. Leider habe ich die Sensoren noch nicht in der Anlage physisch verbaut.

In Setup-Menü habe ich angefangen die Einstellungen zu programmieren. Bis jetzt ist nur Regelungstyp Druck wählbar, wenn DP Sensoren vorhanden sind. Bis jetzt ist die Regelung allerdings nicht aktiv und es würde trotzdem immer noch nach Drehzahl kalibrieren. Die Volumenströme kann man auch noch nicht konfigurieren.

Der nächste Schritt ist die Normströme zu setzen und davon Normdruck abzuleiten (laut Pluggit Doku ist es einfach linear, richtig?) und dann die Kalibrierung entsprechend konfigurieren (statt Drehzahl den Luftstrom zu kalibrieren). Es sollte dort nicht so viel Unterschied zu der jetziger Kalibrierung sein - es wird nur eine andere Variable geregelt.

Vorerst würde ich die Kalibrierung nur on-demand belassen. Später sollten wir aber darüber nachdenken, die Kalibrierung regelmäßig durchzuführen und vergleichen mit der Kalibrierung beim Filterwechsel (GUI/MQTT Input, wenn man die Filter wechselt), um zu erkennen, ob ein Filter verschmutzt ist. Ideen dazu?

Die bisherige Ausbaustufe ist unter https://github.com/schreter/room-ventilation-system/tree/develop zu bewundern.
@Sven: soll ich ein PR für den Zwischenstand stellen? Zu welcher Branch bei dir?

Gruss,

Ivan

[schreter]

Hi Sven,

neues Update zu den Drucksensoren: Gestern habe ich die Sensoren physikalisch in meiner Anlage verbaut und mit Originalschläuchen verbunden. Das Positive ist, dass die Sensoren arbeiten und messen und die Messergebnisse auf dem TFT angezeigt werden, sowie über MQTT verschickt werden. Ich wollte in nächsten Tagen dann die Kalibrierung schreiben.

Aber: die Messwerte sind viel zu gering. Bei 1400rpm messe ich gerade mal 9 Pa Differenz! Bei ca. 2000rpm kommen ca. 14 Pa Differenz. Bei beiden Sensoren ist der Wert in etwa gleich. Das ist viel zu wenig. Was mir aufgefallen hat, die Originalschläuche sind sehr dünn, nur ca. 1-2mm Innendurchmesser. Das kann durchaus zu Verfälschung der Messergebnisse führen, aber so stark? Hast du schon bei dir in der Anlage meine Änderungen ausprobiert, was bei dir angezeigt wird? Ggf. SW-Bug (unwahrscheinlich, da ich ausserhalb der Anlage den vollen Messbereich abdecken konnte, natürlich ohne die Möglichkeit vernünftig zu testen, da mir keine Methode eingefallen ist konstanten Luftdruck zu erzeugen)?

Selbstverständlich habe ich die Durchlässigkeit der Schläuche geprüft und auch darauf geachtet, dass es keine Knicks gibt.

Irgendwelche Ideen?

Danke & Gruss,

Ivan

[SvenJust]

Hallo Ivan,

entschuldige bitte die späte Antwort, ich war nach Weihnachten ein paar Tage unterwegs.

Hast du schon bei dir in der Anlage meine Änderungen ausprobiert,

Nein.

Ich habe die hier [https://forum.fhem.de/index.php/topic,83242.msg986524.html#msg986524] gemessenen Werte mit Aquariumsschläuchen ermittelt. Diese passen exakt auf die Drucksensoren. Ich habe 8m davon liegen und kann Dir gerne ein paar Meter zuschicken.

VG Sven

[schreter]

Hi Sven,

ich habe die Anlage noch mal auseinandergenommen und kontrolliert. Es ist alles richtig angeschlossen. Ich denke, es liegt wirklich an den Schläuchen.

Sensirion's "Application Note for SDP800 Series differential pressure sensors - Compensation of pressure drop in a hose" hat eine Formel, womit man effektiven Druck ausrechnen kann. Bei 1.5mm Innendurchmesser der Schläuche entspricht 1m einem Fehler von fast 200%! D.h. der effektive Druck bei mir ist eigentlich 25-40 Pa, statt 9-13 Pa (ich muss bald die Filter tauschen, es sollte also passen). Bei 3mm Innendurchmesser sollte der Druckverlust nur bei ca. 11% liegen, bei 4mm nur bei 3,5%.

Was für Schläuche hast du genau, mit welchem Innendurchmesser und aus welchem Material? Wahrscheinlich kann ich solche hier irgendwo kaufen (aber wenn du magst, kannst du mir die auch gerne zuschicken).

Danke & Gruss,

Ivan