Überwachung der Auslastung meiner Elektroheizung

[beckhj]

Hallo!

Ich habe bei mir im Haus (war so, würde ich nicht selber einbauen) eine Elektroheizung drin. Das ist eine spezielle Variante, bei mir liegen die Heizmatten im Estrich und dieser ist mein Wärmespeicher. Ich will nicht über den Preis und die ökologischen Punkte einer Elektroheizung diskutieren, die ist drin und funktioniert prima.

Nun aber zu meinem "Projekt".
Ich habe 10h "Billigstrom", also wird mein Fußboden max. 10h am Tag aufgeladen. Die Aufladung wird geregelt über die Außentemperatur und die Temperatur des Estrich.
Aber wie steht es denn eigentlich um die Auslastung? Bin ich schon bei fast 10h Aufladung oder könnte hier noch mehr her?
Ist das in verschiedenen Zimmern gleich, oder sind da Zimmer schon fast an den 100%, andere deutlich darunter?

Letztens ist mir ein Arduino über den Weg gelaufen und da habe ich beschlossen, mal wieder in dieser Welt was zu machen (ich geb's zu, ich habe da schon beruflich viel gemacht, mein Weg war lang, vom 8048, über den 8085, dann 8086, 8031 und 80186 alles in Assembler, PLM und/oder C).

Es laufen schon Teile, hier der grobe Überblick:
Ich erfasse an der Ansteuerleitung der Leistungsschütze den Ein/Auszustand dieser Schütze (logischerweise galvanisch getrennt).
Der Arduino hat einen Zusatz bekommen, auf dem ein 1MBit EEPROM (I2C) als Massenspeicher sitz, eine RTC (I2C incl. GoldCap) und ein Portextender (I2C). Mit letzterem steure ich dann mein 2*16 LCD Disaplay an.
Auswerten will ich die prozentuale Aufladezeit auf 4 verschiedene Räume bezogen. Diese werden dann auch noch pro Tag hinterlegt, damit man die später noch mal auswerten kann.
Das Ganze kommt in ein Hutschienen-Gehäuse und kommt dann in den Schaltschrank.

So, das ist es. Jetzt stelle ich das mal hier rein, wenn ich dann merke, dass da Interesse besteht, dann gehe ich da gerne noch in das Detail. Aber noch will ich da keinen langweilen.

Grüße
Hans-Joachim

 

[dino03]

Hi Hans-Joachim,

könnte man auch super über RS232 oder TTL-UART an eine Basisstation mit
Grafik-LCD koppeln und dann nach und nach zu ner "Haussteuerung" erweitern

Gruß
Dino

 

[beckhj]

Hi dino03,

stimmt. Ich habe das schon drin. Ich habe da gleich einen kleinen Interpreter meiner seriellen Schnittstelle eingebaut. Über die stelle ich die RTC, aber da kommt auch ein Dump der aufgezeichneten Werte raus (heute als CSV).
Da will ich (abhängig von der Zeit) auf jeden Fall noch mehr drum herum bauen.

Jetzt bin ich eher am überlegen, wie lange ich noch bei dem Arduino bleibe. Aber an dem ist es halt schön, weil alle beieinander ist.

Grüße

 

[Cassio]

Hallo Hans-Joachim!

Willkommen im AVR-Praxis Forum!

Wie ich lesen konnte, bist du ja auch kein Anfänger mehr in Sachen µC und Co.

Deine Heizungs-Daten-Erfassung langweilt hier bestimmt keinen. Da kannst du ruhig mal ins Detail gehen.

Mir ist zwar so eine spezielle Heizung (mit Estrich als Massenspeicher) noch nicht untergekommen, klingt aber von der Regelung her wie eine Nachtspeicherheizung.
Der Außenfühler gibt die prozentuale Ladung vor und die Estrichfühler gleichen dann die Soll/Ist Werte ab.

Hast du denn in jedem Raum einen Fühler im Estrich, oder wird das Pauschal mit einem "Referenzfühler" für alle Räume gemacht?


Ich rätsel nun aber gerade noch etwas an folgender Aussage rum:

Bin ich schon bei fast 10h Aufladung oder könnte hier noch mehr her?

Wie meinst du das denn nun genau?


Zu erst einmal bekommst du ja "nur" 10 Stunden lang den günstigeren Strom.
Das Hauptproblem wird sein, die Aufnahmekapazität des Estrichs zu beurteilen.

Wenn deine Heizungsregelung ähnlich wie eine Elektro-Speicherheizung funktioniert..... und sie auch so intelligent ist, dann wird es sich bestimmt um eine "Rückwärts"-Regelung handeln. Alles Andere macht bei jeder Art von Speicherheizungen auch keinen Sinn mehr.


Welche Werte möchtest du denn nun mit deinem "kleinen Italiener" speichern?
Nur die Einschaltzeit der vier Heizkreise, oder auch die zugehörigen Temperaturen und die Außentemperatur?
Letztlich würde ja nur die Auswertung aller dieser Werte einen Sinn machen, um die Abhängigkeiten der Aufladezeiten zu den Temperaturen zu ermitteln, oder sehe ich das falsch?


Tja und zu diesem Thema....

Ich habe bei mir im Haus (war so, würde ich nicht selber einbauen) eine Elektroheizung drin.

Denken so langsam viele Leute ganz anders drüber.
Seitdem die Förderungen für die ollen PV-Anlagen zurück genommen wurden denken auch die Hersteller mal wieder ernsthaft über alternative Energien als Ersatzstromquelle in Privathaushalten nach.
Ich persönlich gebe dem privaten Massenspeicher für Strom maximal noch zwei Jahre bis zur effizienten Serienreife.
Tja und danach werden sich einige Hausbesitzer wieder ärgern, dass sie keine Elektroheizung im Hause haben...... wo ein Großteil des Stromes doch "kostenlos" vom Himmel fällt und nur noch ein paar Differenzen hinzu gekauft werden müssen.


Auch wenn ich von ASM und C keine Ahnung habe..... dein Thema finde ich technisch trotzdem interessant.

Tja und was dein Display und weiteres am I2C betrifft, da bin ich auch gerade am werkeln.


Du siehst also, dein Thema langweilt hier keinen!

Grüße,
Cassio

 

[beckhj]

Hallo Cassio,

ich versuche mal Deine Fragen der Reihe nach zu beantworten, zuvor aber was zur Anlage:
Also das Ding läuft in meinem Haus seit ca. 20 Jahren (habe ich vor 18 Jahren gekauft).
Es gibt einen Außenfühler unter dem Putz (damit ist er schon automatisch etwas träger).
Jeder Raum hat einen seperaten Temperaturfühler im Estrich.

Über die Rundsteueranlage meines Stromvesorges wird die Aufladung des Estrichs eingeschaltet.
Ich habe "Billigstrom" von 18:00 bis 22:00, von 00:00 bis 04:00 und dann noch mal von 09:00 bis 11:00. Das ist fast immer so, auf jeden Fall der am Vormittag und das ab 18:00. In der Nacht schalten die je nach Netzauslastung die Schaltzeiten etwas um, aber die max. 10h habe ich sicher pro Tag.
Ich weiß nicht, was Du mit einer "Rückwärtsregelung" meinst. So wie ich das Teil bisher analysiert habe ist das "eine ganz normale Sollwert Regelung", also abhängig von der Außentemperatur und einem Sollwert (Offset und Steigung getrennt einstellbar) wird die Temperatur des Estrich geregelt. Wenn aktuell halt kein "Billigstrom" da ist, heizt das halt nicht.
Es wird also nur das in dem Fußboden reingepuffert, was benötigt wird (und bei der Trägheit stört da ein Wetterumschwung fast nicht).
Aber: Eine maximale Ladung ist dann erreicht, wenn die vollen 10h "geladen" wird. Genau das ist das, was ich erfassen will.
Ich habe das auf einem Kanal schon mal laufen lassen. Ich hatte da ca. 5h30Min Ladezeit. Das sieht dann so aus, dass um 18:00 für fast 2h geladen wird, dann fängt das System an zu pulsen.
Bisher hat es immer gereicht und es geht - aber ich will halt schon wissen, wo ich mich da aufhalte und wieviel "Reserve" ich da noch habe.

Noch gedenke ich da die vorhandene Regelung nicht durch eine eigene zu ersetzen, denn da bekomme ich von meiner "Regierung" zu viel Ärger. Wenn da mal was ausfallen würde und ich bin häufig mehrere Tage weg, dann könnte da keiner was dran machen, also muss die Notlaufeigeneschaft der Standardinstallation (also der ortsansässige Elektriker, der sich da auskennt) gewährleistet sein. Also würde ich nur mal anfänglich die Ein- und Ausschaltzeiten erfassen. Ich hab das schon mal 2 Tage an einem Kanal laufen lassen, da kam ich auf ca 25 Ein-Ausschaltvorgänge. Daher würde ich dann vielleicht eher nur noch den %-Wert dauerhaft speichern (pro Heizkreis). Dann reicht mir der Speicher länger.

Letztes Thema: Elektroheizung oder nicht.
Tja, wenn wir mit einem vernünftigen Wirkungsgrad Strom erzeugen können, dann finde ich den auch ideal. Aber dabei und bei der Speicherung hapert es ja noch ein Weile. Zudem habe ich das Problem der Abhängigkeit zum Strom (aber das hat ja jeder mit einer Ölheizung und einer Gasheizung aus und vergisst das immer wieder ).

Grüße
Hans-Joachim

 

[beckhj]

Also: Anbei die ersten Details.

Ich habe in diesem Forum schon länger immer aufmerksam gelesen - aber bisher hatte ich keine Schaltung gefunden, um an meinen 230V Teil anzukoppeln. Also habe ich mir da was ausgedacht.
Ich habe da mit verschiedenen Optokopplern experimentiert - aber die hatten mir alle einen zu hohen Strom auf der Senderseite und damit eine zu große Verlustleistung. Also hatte ich anfänglich erst mal den kleinsten Trafo drin, den ich finden konnte und dann die Sekundärseite als Signal benutzt. Ist einfach, geht und ist auch nicht teuer - aber braucht viel Platz. Also habe ich nun doch mit dem Optokoppler weiter gemacht und das ist das, was bei mir jetzt läuft.
Eigentlich wollte ich immer noch mit einem OP eine einstellbare Schaltschwelle vor meinen Eingang setzen - aber bisher geht es in dieser Dimensionierung einwandfrei.
Da werden gute Analogtechniker sicher besser Lösungen finden (wäre das nicht was für einen eigenen Thread, weil so was brauchen sicher viele??), aber das wäre mal ein Anfang.

Grüße
Hans-Joachim

 

[beckhj]

Jetzt endlich die lauffähige Version

Hallo zusammen!

Jetzt also melde ich mich endlich mal wieder zurück.

Lange Zeit hat mein Projekt auf Eis gelegen – aber plötzlich hat es mich mal wieder gepackt und dann habe ich letztes Jahr mal wieder angefangen.

Mittlerweile läuft meine Heizungsüberwachung – ich habe zwar aktuell erst zwei Kanäle in Betrieb, aber die beiden weiteren aktiviere ich in den nächsten Tagen.

Eingebaut habe ich das alles in ein Hutschienengehäuse und das ist in meinem Zählerkasten montiert.

Eigentlich sind es drei Ebenen, die ich nachher noch einzeln zeige:

• Im unteren Teil ist mein Analogteil beheimatet. Da ist die Stromversorgung incl. Gold-Cap und die galvanisch getrennte Ankopplung der 230V Heizungskanäle an meinen Digitalteil.
• In der Ebene 2 befindet sich mein Digitalteil. Beim Prozessor bin ich gleich in die Vollen gegangen, ich wollte vernünftig debuggen können und auch sonst wollt ich mir Reserven vorhalten, also ist es ein ATMega 128 geworden. Da ich keine SMD Technik verarbeiten kann habe ich mir hier ein Modul gekauft, welches ich auf meine Leiterplatte aufgesetzt habe. Hier hatte ich mir schon vor längerer Zeit den CRUMB128 gekauft.
  Der macht die Auswertung. Als Peripherie gibt es noch eine Realtime Clock und ein EEPROM zur Abspeicherung der Messewerte.
• In der dritten Ebene befindet sich dann die Anzeige. Hier kommt ein 2-zeiliges LCD Display mit je 16 Zeichen zum Einsatz. Da ich nicht so ein großes Kabelwirrwarr wollte, habe ich mir eines geholt welches über den I2C-Bus angesteuert werden kann.

Zum Ablauf:
Ich weiß, dass mein Elektritätsversorger mir per Rundsteueranlage 10h meine Heizung „aufläd“ (09:00-11:00, 18:00 bis 22:00 und 23:30 – 03:30)
Meine Heizung holt sich innerhalb dieser Zeit die Energie, die sie braucht. Dieses ist gesteuert über einen Außenfühler und über Temperaturfühler in den einzelnen Räumen (im Estrich verlegt).
Was ich wissen will (nur zur Info: Meine Frau fragt mich auch immer, was ich nun mit diesem Wissen mache.......) ist, ob ich noch Reserven habe wenn es noch kälter wird oder ob ich von den maximal 10h Ladezeit schon bei den moderaten Temperaturen nahe dran bin.

Also habe ich mich an die Ansteuerung der Schütze angekoppelt und ermittle die Einschaltzeit der einzelnen Schütze – nicht mehr.

Ich messe also pro Kanal nun die Sekunden, wie lange der Kanal eingeschaltet war. 100% sind 36000 Sekunden (10h).

Um das herum haben sich dann natürlich ein paar Dinge ergeben:

• Ich will das Ergebnis vernünftig anzeigen – also gibt es das LCD Display.
• Um ein bisschen Statistik zu machen schreibe ich die Werte eines Tages in ein EEPROM. Diese Werte kann ich aktuell am Gerät selber wieder abrufen.
• Um zu wissen wie späte es ist gibt es die RealTime Clock.
• Wenn ich schon jeden Schaltvorgang der Schütze mitbekomme, kann man sich den auch für einen Tag hinterlegen um sich den mal anzuschauen
• Und um das alles bedienen zu können gibt es einen Drehimpulsgeber.

So, das war es dann auch schon fast. Die verwendete RTC (DS1307) hat noch etwas RAM frei. Das nutze ich um die aktuellen Tageswerte zwischenzuspeichern. Damit sind diese auch gepuffert, falls mal der Strom ausfällt oder ich das Gerät mal wieder an den Debugger hänge um was zu erweitern.

Vorgesehen aber noch nicht fertig drin sind:

• Messung der Außentemperatur über einen 1820
• USB Interface zum auslesen der aktuellen und gespeichert Werte

Implementiert ist alles in C.

Ich lege mal ein paar Bilder (ich mach noch mal welche die auch scharf sind!!!!!) und auch die Schaltpläne hier mit ab. Wenn jemand Fragen zur Programmierung hat, bitte einfach melden.


Grüße
Hans-Joachim

 

[dino03]

Hallo Hans-Joachim,

das sieht nicht schlecht aus. Sehr schön aufgebaut. Der GoldCap ist natürlich schon ein ganz schöner Brummer. Damit kannst du mehrere Wochen problemlos überbrücken. Ich seh das ja schon an meinem kleinen 0,22F. Der hält problemlos 2 Wochen. Da sollte deiner mindestens 4,5 Wochen ohne Saft überbrücken können.

Das mit dem "Nun soll es aber endlich fertig werden" hab ich auch grade Bei mir hat es vom Anfang bis zum aktuellen Arbeitsanfall etwa 2 Jahre gedauert

Gruß
Dino

 

[Cassio]

Hallo Hans-Joachim!

Auch wenn es mir ein bisschen so geht wie deiner Frau.... was machst du hinterher mit der ganzen Statistik .....finde ich deine Idee grundsätzlich interessant.

Ich bin jedoch der Meinung.....
Damit deine gesammelten Daten hinterher auch eine gewisse "Schlussfolgerung" zulässt, ist ein Logging des Temperaturverlaufes wohl unerlässlich.

Nur der direkte Vergleich deiner Schaltzyklen mit einem Tages- und Nachtmittelwert der Außentemperatur, würde letztlich wohl Sinn ergeben.


Erschreckender Weise habe ich eben erst gesehen, dass ich dir damals keine Antwort auf diese Frage gegeben habe:

Ich weiß nicht, was Du mit einer "Rückwärtsregelung" meinst.

"Moderne" Elektrospeicherheizungssteuerungen ermitteln über die Außentemperatur die benötigte Anzahl "Ladestunden".
Wenn wir jetzt einfach mal ein Beispiel zur Hand nehmen, dann erklärt es sich einfacher....
Du hast max. 10 Stunden Ladung (im Billigtarif) zur Verfügung.

Deine Steuerung ermittelt nun einen Ladestundenwert von 6 Stunden.
Eine Rückwärtssteuerung weiß nun dass sie erst mal 4 Stunden warten muss, bevor sie die Öfen auflädt.
Daher kommt der Begriff "Rückwärtssteuerung".

Der große Vorteil ist einfach, dass die Öfen morgens alle voll sind und nicht schon seit 4 Stunden die Wärme speichern müssen.


Bei dir kommt nun das Problem hinzu, dass deine 10 Stunden nicht in der Nacht am Stück "geliefert" werden.
Du hast also eher eine kleine "Nachtperiode" zur Grundwärme....... und zwei "Direkt-Heizperioden".
Da würde dir eine Rückwärtssteuerung wohl nicht viel nutzen.


Soweit also erst mal zur Frage von vor zwei Jahren.




Ich bin aber immer noch gespannt, wie es bei dir weitergeht.
Hast du denn inzwischen darüber nachgedacht, deine Heizung doch durch eine eigene Regelung zu ersetzen?

Grüße,
Cassio

 

[beckhj]

Hallo Cassio,

manchmal ist der Weg das Ziel - so auch hier. Mit meiner Messung werde ich wohl nur eines erreichen - ich weiß sicherer, dass ich mir vielleicht doch noch einen Pelletofen oder ähnliches anschaffen werde.

Wenn Du Dir meine Ladezeiten (also "Billigstromzeiten") ansiehst wirst Du sehen, dass sehr viele genau dann sind, wenn man typischerweise die Heizung braucht. Ein Nachteil meiner Heizung ist: Ich kann im Unterschied zu einem Nachtspeicherofen nicht steuern, wann die Wäre abgegeben wird - wenn der Estrich warm ist gibt er die Wäre ab.
Von 11:00 bis 18:00 ist der längste Zeitraum, an dem keine Nachladung erfolgte. Also muss das alles so eingestellt sein, dass dort noch eine vernünftige Raumtemperatur herrscht. So funktioniert es auch.

Was ich gesehen habe (bei -3Grad Außentemperatur) am Beispiel eines Heizkreises:
Von 09:00 bis 11:00 wird voll geladen, von 18:00 bis ca. 20:30 ebenfalls. Dann taktete die Steuerung (so z.B. 5Min ein, 10 Min aus). Ab 22:00 ist es natürlich aus, ab 23:30 bis 00:15 ein und dann taktest das System wieder.

Eine Rückwärtsregelung würde mir nur nachts was bringen, also möglichst viel Energie kurz vor 03:30 rein pumpen und nicht schon um 23:30. Aber ehrlich, der Unterschied ist da eher marginal.

Eine eigene Regelung wäre gar kein so großes Hexenwerk - aber hier geht es immer wieder um die Notlaufeigenschaften. Wenn ich da ein eigenes System einbaue und ich bin nicht da wenn es mal ausfällt, wer kann das dann in Stand setzen? Da weigert sich jeder ortsansässige Elektriker was zu tun. Aus diesem Grund habe ich das bisher nicht getan.

Was habe ich bisher für Erkenntnisse aus meinen (ok ich bin ehrlich und nenne es Spielereien) gezogen: Ich habe einen sehr großen Raum (Ess- und Wohnzimmer sind verbunden), der an zwei unterschiedlichen Heizkreisen hängt. Ich habe gesehen, dass das Wohnzimmer bei einer Auslastung von 70% war, das Esszimmer aber nur bei 62%. Also habe ich da etwas bei der Sollvorgabe nachgeregelt.

Ich hoffe, diese Punkte beantworten Deine Fragen.

Grüße
Hans-Joachim