Wohnraumlüftung mit PWM geregeltem PC-Lüfter

[Frosch]

Hallo zusammen,

mein aktuelles Projekt, welches in FHEM integriert werden soll, ist eine Wohnraumlüftung, die mit einem einfachen PC-Lüfter die Wohnung belüftet.
Es soll kalte Außenluft in einem Rohrsystem durch einen warmen Kellerraum geleitet werden. Die Luft soll so langsam strömen, dass sie genug Zeit hat sich auf eine gewünschte Temperatur aufzuwärmen. Erst dann soll sie in den Wohnbereich geleitet werden.

Im Anhang findet Ihr ein Bild meines Versuchsaufbaus.

Auf der linken Seite des Bildes ist ein 4-Pin-Lüfter zu sehen. Er wird über einen Trafo mit Strom versorgt.
Auf der rechten Seite liegt ein DHT22 im Röhrenausgang und zeichnet Temperatur und Feuchtigkeit auf.

Mein Gesamtziel ist es, dass je nach Messtemperatur des Sensors die Drehzahl des Lüfters variiert, damit immer die gleiche Temperatur am Sensor anliegt.
Wenn ich das richtig sehe, müsste der Ablaufplan also folgendermaßen aussehen:
Temp.-DHT22 -> PID-Regler -> PWM-Signal -> Drehzahländerung -> Temp.-DHT22
Hat jemand eine Idee, wie das umgesetzt werden kann?

Momentan hänge ich noch bei dem Problem fest den Lüfter per PWM anzusteuern.
Leider habe ich keine Anleitung gefunden, wie ich den PWM-Pin des Lüfters mit dem PWM-Pin (12) des RPI verbinden muss.
Hat jemand schon mal Erfahrungen damit gemacht?

Falls noch etwas zum besseren Verständnis des Projekts fehlt, schreibe ich gerne weitere Details dazu.
viele Grüße Mathias

[Jo]

In deinem Aufbau fehlt die Masse zum PWM Signal.
Du musst aber aufpassen ob du überhaupt die Masse der beiden Netzgeräte verbinden darfst.

Ein KG-Rohr ist übrigens nicht ganz ideal als Lüftungsrohr weil es Ausdünstungen abgeben kann.
Besser (auch von der Wärmeleitfähigkeit) ist ein Wickelfalzrohr aus Blech. Bei deiner ganzen Anlage musst du aber noch ein paar Sachen berücksichtigen:

Wenn du mit kalter Aussenluft durch den Warmen Raum gehst wirst du wahrscheinlich den Taupunkt unterschreiten -> Kondesbildung, evtl auch Eisbildung
Du wirst den Raum runterkühlen - ist das ok oder darf das z.b. wegen frostempfindlicher Instaĺation nicht sein.
Du blässt warme Luft ungenutzt aus dem Haus raus.
Du solltest dir überlegen ob du nicht nen Gegenstromwärmetauscher aubauen willst um die Abluft zu nitzen, das reduziert auch die anderen Probleme

Gruss
Johannes

[Heinzi]

Hallo,
ich habe mich mit ähnlichen Thema beschäftigt.
Es ist richtig, dass abhängig von der Temperatur der Luft, diese Luft eine bestimmte
Feuchtigkeit hat. Wird die Temperatur gesenkt, unter den Taupunkt, dann fällt Kondensat
aus. Das Mollier h-x-Diagramm liefert dazu die Daten.

Den Versuchsaufbau verstehe ich nicht ganz.
Die kalte Luft wird in einen Keller gepumpt und soll sich dort
erwärmen und dann in den Wohnraum weiter geblasen zu werden.
Aber dann kühlt sich doch der Keller permanent ab ?
Im Extremfall < 0 °C.

Habe ich das richtig verstanden ?

Heinzi

[Frosch]

Hallo Johannes,

ich bin in der Elektrotechnik leider nicht so bewandert. Wie finde ich heraus, ob ich die Masse der beiden Netzteile verbinden darf?
Hättest du zufällig einen Schaltplan wie das verbunden werden müsste?

Der Aufbau auf dem Bild ist nur um die Lüfterleistung zu testen. Für die Umsetzung hatte ich AluFlex-Rohre geplant.
Die Kondensbildung müsste dann aber auf der Außenseite der Aluflex-Rohre stattfinden, richtig? Die kalte Luft wird ja aufgewärmt und kann dementsprechend mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Die sich abkühlende Luft im Keller könnte demnach Kondensieren. An dem Punkt bin ich mir auch noch nicht ganz sicher wie ich das mach, versuche aber es konstruktiv zu berücksichtigen.

Der Kellerraum hat konstant 30°C. Dort ist der Fernwärmeübergabepunkt. Ich würde sicherheitshalber einen weiteren DHT22 anbringen um eine Unterkühlung des Raumes zu verhindern.
Ja, wenn ich an einer Stelle die Luft in die Wohnung drücke wird an einer anderen warme Luft herausgedrückt. Das ist nicht sehr ökologisch, was mir auch nicht so gefällt. Ich denke daran werde ich arbeiten wenn das einleiten der Frischluft in die Wohnung funktioniert. Denn im Prinzip ist es dann doch nichts anderes als ob ich ganz normal über die Fenster lüften würde. Ich verstehe deinen Punkt und werde drüber nachdenken.


Hallo Heinzi,

das Kondensatproblem fällt doch immer da an wo warme Luft in eine kalte Umgebung strömt. Daher sollte ich in dem Bereich in dem ich die kalte Luft der warmen Wohnung zuführe doch weniger das Problem bekommen als dort wo die warme Luft die Wohnung verlässt.
Korrigiert mich wenn ich falsch liege.

Das mit dem sich abkühlenden Keller habe ich ja weiter oben in der Antwort für Johannes verdeutlicht.

schon mal vielen dank für eure Antworten.

[Jo]

ich kann dir heute abend ne Zeichnung machen wie ich die Spannungsversorgung machen würde.

Du kommst an 2 Stellen Kondesation: Aussen an deinem "Wärmetauscherrohr". Und dort wo deine Wohnungsluft raus geht. Wenn das irgendwo undefiniert passiert wird es dort Schimmeln etc. Ich habe deshalb meine Lüftungsanlage im Winter so eingestellt das ich einen minimalen Unterdruck im Haus habe.
Wenn du nur den Zuluft lüfter hast erzeugst du einen Überdruck...

[ernst1024]

Sorry, aber beim lesen hier konnte ich mir ein Schmunzeln dann doch nicht verkneifen. Alleine die Vorstellung mit einem PC Lüfter eine Wohnungslüftung realisieren zu wollen finde ich schon hmnn, abenteuerlich? Sehr wahrscheinlich erzeugen die Flatulenzen nach dem Genuss eines herzhaften mexikanischen Bohneneintopfs mehr Turbolenzen im Raum als ein PC Lüfter.

Nix für ungut, aber das musste ich jetzt loswerden.

[Frosch]

Hallo ernst1024,

da stimme ich dir zu, dass ist wirklich sehr ambitioniert. Ich habe dennoch Berechnungen angestellt um einen Überblick zu bekommen welche Fördermenge ich denn erreichen muss um einen Effekt zu erzielen. Darin enthalten ist das Luftvolumen der Wohnung, ein Zeitraum in welchem ich die Luftmenge tauschen möchte und wieviel Luft getauscht werden soll. Laut seiner technischen Daten erreicht mein Lüfter 77 m³/h. Das dieser Wert  in der Realität mit den ganzen Widerständen und Druckverlusten deutlich niedriger sein dürfte ist klar. Aber nach dem was ich theoretisch Aufgestellt habe könnte möglicherweise bereits damit ein feststellbarer Effekt erzielt werden.

Aber der eigentliche Grund warum ich mit einem PC-Lüfter anfange ist, dass ich mich erst einmal mit dem Thema Wohnraumlüftung beschäftigen möchte, bevor ich große Investitionen tätige. Das hätte ich vielleicht direkt zu Beginn klarer machen müssen. Themen wie Kondensatbildung, Steuerung der Lüftung und Integration in FHEM sollten erst durchdacht werden. Möglicherweise stellt sich später heraus, dass der PC-Lüfter schon ausreicht, oder andere Dinge das Projekt zum scheitern verurteilen.
Sollte später alles wie gewünscht funktionieren kann ich immernoch einen Rohrlüfter kaufen. Zum experimentieren darf es aber auch die Low-Budget Lösung sein.

Daher bedanke ich mich für deinen konstruktiven Beitrag, da er mir hilft mich auch kritisch mit diesem Projekt auseinander zu setzen.

Lese ich aus deinem Post richtig das du dich schon mal mit Luftfördermengen von PC-Lüftern/Rohrlüftern etc. auseinander gesetzt hast und ggf. Tipps geben kannst?

[ernst1024]

Hallo FroggyFrog,

danke dass du meine eher bildhafte Sprache als konstruktiv bezeichnest Ich habe in meinem beruflichen Werdegang das Thema das eine oder andere Mal gestreift, müsste mich aber auch erst wieder einlesen/arbeiten. Von daher war mein Einwand eher intuitiv da ich letztens erst meinen Laptop Lüfter getauscht habe und ich mir da einen Eindruck von der Förderleistung machen konnte. Die von dir zitierten 77 m3/h überraschen mich aber schon. Wie du schon richtig bemerkt hast ist dies ein Laborwert die tats. Fördermenge variiert mit den Rohrleitungswiderständen. Aber wenn das alles, wie du sagst nur ein vorbereitendes Experimentierstadium ist, habe ich nichts gesagt

[Heinzi]

Hallo FroggyFrog,

aus der Tatsache, dass sich in deinem Keller ein Fernwärmeübergabepunkt befindet, lässt sich sicherlich
etwas gestalten.

Um dir etwas Mut zu machen !
Mir waren die Geräte für kontrollierte Wohnraumlüftung (KWL) zu teuer und
so habe ich mir eines selbst gebaut. Zusätzlich habe ich zum Vorwärmen
noch einen Luftkollektor mit ca. 2,2 m2 dazugebaut. Gesteuert wird das
mit einer Siemens Logo (Rasp. kannte ich noch nicht).
Muss allerdings noch gestehen, dass ich eine verfahrenstechnische Ausbildung habe.

Heinzi

[KölnSolar]

Luftkollektor mit ca. 2,2 m2

Ahh, interessant. Hab auch so 5m², aber im nicht funktionsfähigen Prototypenstadium  Mir entweicht an falscher Stelle irgendwo die Luft Magst Du Deine Lösung in einem neuen Thread etwas detaillierter beschreiben ?
Grüße Markus

[igami]

Hallo zusammen,

ich bin ein Bekannter von Mathias und hab mir den Lüfter mal ausgeliehen.
Im Anhang erst einmal das Datenblatt zu dem Lüfter und eine Spezifikation für die 4 Pins.
Darin steht, dass der Lüfter sich im Bereich 900-2200 1/min per PWM regeln lässt.
Aus der Spezifikation S. 9 entnehme ich

Code Auswählen Erweitern


PWM Frequency:                    Target frequency 25 kHz,
                                  acceptable operational range 21 kHz to 28 kHz
Maximum voltage for logic low:    VIL = 0.8 V
Absolute maximum current sourced: Imax = 5 mA (short circuit current) 
Absolute maximum voltage level:   VMax = 5.25 V (open circuit voltage)

Daraus schließe ich 3,3 V vom GPIO sind okay (wird auch noch mal extra erwähnt auf der Seite). Lediglich die max Stromstärke von 5 mA macht mir Sorgen, ein GPIO Pin liefert bis zu 16 mA. Wie kann man das Begrenzen? Ich bin kein Elektroniker 
Ich habe vor nun erstmal die Drehzahl ohne PWM Signal zu Messen, da erwarte ich 900 1/min, und mit einem PWM Signal von 1 Erwarte ich 2200 1/min.
Ich habe mir auch schon mal eingebildet, dass sich das Geräusch vom Lüfter verändert hat.
Habe zum Test die Schaltung von hier mit der LED getestet und dann den GPIO Ausgang auf den PWM Eingang vom Lüfter gelegt.

Mal schauen, was da noch so geht.

Grüße
igami

[igami]

Habe nun gemessen:
ohne PWM Signal ca. 2590 1/min
mit PWM Signal zwischen 0.00001 und 99.99999 ca. 2480 1/min
zwischen GPIO Pin und PWM Pin ist noch ein Widerstand (braun schwarz braun gold => 100 Ohm)

[Prof. Dr. Peter Henning]

Ich rate davon ab, das über Software zu steuern. Für ein paar Euro bekommt man eine temperaturabhängige Lüftersteuerung: http://www.pollin.de/shop/dt/MzM4OTgxOTk-/Bauelemente_Bauteile/Bausaetze_Module/Module/PC_Lueftersteuerungsmodul_H_TRONIC_12_V_20_50_C.html

LG

pah

[igami]

Ich rate davon ab, das über Software zu steuern.

Aus welchem Grund?

Per Software PWM würde ich es auch nicht mehr machen, beim Pi 1 Modell B geht die CPU Auslastung um 30 % nach oben, wenn man die Frequenz auf 25 kHz einstellt. Weiterhin wird auch kein sauberes PWM Signal erzeugt. Bei 10 % Messe ich dann ca. 1,4 V obwohl es 0,33 sein sollten.

[Prof. Dr. Peter Henning]

@igami:
1. Kosten: Raspberry Pi mit DHT-Sensor vs. 5 Euro
2. Platzbedarf
3. Energiebedarf - Minimum 3 W Eigenverbrauch des Raspberry Pi
4. Betriebssicherheit - Heiz- und Kühlsysteme sollten autonom laufen

@ernst1024:
Die 77 m³/h sind nicht aus der Luft gegriffen - ein stinknormaler Papst 3412 hat 84 m³/h Nennleistung. Tatsächliches Fördervorlumen hängt natürlich sehr stark vom Wärmetauscher ab.
Ach ja: Hätte ich das mit den Flatulenzen geschrieben, hättest Du Dich vermutlich wieder aufgeregt, denk mal drüber nach.

Betreffend Wärmetauscher:
Ohne Wärmekraftmaschine dazwischen geht nicht alle  Wärmeenergie der Raumluft auf die kalte Luft über (2. Hauptsatz der Thermodynamik). Vereinfacht ausgedrückt: Die Temperaturen von ein- und ausströmender Luft gleichen sich aneinander an, die ausströmende Luft wird nie so kalt werden, wie die Außenluft. Es stellt sich die Frage, ob man nicht genau für den Lüftungszweck einen aktiven Wärmetauscher mit Peltier-Elementen ausprobieren sollte.

LG

pah