Das Abington Institute ist seit seiner Eröffnung im Jahr 1909 ein zentraler Treffpunkt für das Dorf. Nun, im Jahr 2017, war es an der Zeit, den alten Heizkessel zu ersetzen und ein intelligentes Heizung Steuerungssystem, um den Komfort im Gemeindesaal zu gewährleisten und gleichzeitig Energie und Geld zu sparen.
„Wir brauchten ein verbessertes, energieeffizientes Heizsystem, damit das Institut unsere Dorfbewohner versorgen und Geld sparen kann.“... Verwaltungsausschuss |  |
Einleitung – warum haben wir die Heizungssteuerung gebaut?
Der Leitungsausschuss des Abington Institute hat viel Zeit damit verbracht, Alternativen zu fossilen Heizkesseln für die Beheizung des Instituts zu untersuchen. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, alle mit unterschiedlichen Kompromissen, Kosten, möglichen Amortisationssystemen, Platz-/Grundstücksbedarf usw. Hinzu kommt, dass die Regierung die Amortisationssysteme schneller ändert, als der Leitungsausschuss Angebote einholen, prüfen, reagieren und umsetzen kann. Es schien unmöglich, die richtige Lösung zu finden.
Interessanterweise haben wir in einer von uns in Auftrag gegebenen unabhängigen Umfrage festgestellt, dass wir eher Geld sparen (und umweltfreundlicher sind), wenn wir keine Wärme verschwendet, egal wie sie erzeugt wurde, also wurde der alte, überkomplizierte und problematische Kessel (den niemand reparieren konnte) durch einen kleineren Kessel mit der gleichen Heizleistung ersetzt, der von einem bekannten Kesselhersteller hergestellt wurde, für den kompetente Servicetechniker im Umkreis von 5 Meilen leicht zu finden sind.
Der alte Heizkessel hatte einen cleveren (wenn auch ineffizienten) Trick: Er schaltete sich ein, wenn es draußen kalt wurde, und die Heizkörperregler in den einzelnen Räumen regelten dann die Raumtemperatur. Der neue Heizkessel hat nur EIN (Innen-)Thermostat und kann daher nicht wirklich wissen, wann das ganze Gebäude geheizt werden soll. Daher lief der Heizkessel nicht nur länger als nötig, sondern die Nutzer fanden auch kalte Räume vor, weil die Heizkörperregler heruntergedreht worden waren (wie es üblich ist, um Geld zu sparen). Und zu allem Überfluss hatte das Hochdrehen der Heizkörperregler manchmal keine Wirkung, weil der Heizkessel ausgeschaltet war, nachdem er die Zieltemperatur erreicht hatte, die der einzelne Raumthermostat eingestellt hatte.
Um dies zu überwinden, Hausautomation
Es wurde ein System entwickelt und installiert, mit dem die Solltemperatur jedes Heizkörpers einzeln per Funk gesteuert werden kann. Ein zentraler Controller lädt die erwartete Gebäudebelegungsmatrix von der Website des Instituts herunter und schaltet die Heizkörper vor den Belegungszeiten der einzelnen Räume auf die gewünschte Temperatur für die Belegungsgruppe ein und senkt die Temperatur, wenn die Belegung endet.„So heizen wir nur die Räume, die es benötigen, und zwar für die kürzestmögliche Zeit. So bieten wir den besten Komfort bei niedrigsten Energiekosten und mit dem geringsten menschlichen Aufwand."
Eigenschaften und Vorteile
| Besonderheit | Nutzen |
|---|---|
| Stellt die richtige Temperatur in den Räumen für die gebuchte Gruppe ein | Bei der Ankunft der Gruppe sind die Räume bezugsfertig |
| Stellt Räume auf Grundtemperatur ein, wenn sie leer sind | Das Institut verschwendet kein Geld für die Beheizung leerer Räume |
| Läuft ohne Eingriff (aus Buchungen) | Niemand muss früh ins Haus, um die Heizung einzuschalten |
| Ermöglicht manuelle Eingriffe durch Wandthermostat | Ermöglicht Gruppen die Anpassung der Temperatur |
| Für jede Gruppe/jeden Raum werden unterschiedliche Temperaturen eingestellt | Um für jede Gruppe unterschiedliche Aktivitäten pro Raum zu ermöglichen |
| Kennt die Aufheizrate für jeden Raum | Kann die Heizung für einen Raum pünktlich einschalten |
| Kann über eine Webseite oder Telefon-App gesteuert werden | Alle kurzfristigen Änderungen können aus der Ferne verwaltet werden |
| Weiß, dass Teile des Gebäudes gemeinschaftlich genutzt werden | Kann auch dafür sorgen, dass Foyer etc. bei Bedarf beheizt werden |
Verwendete Ausrüstung
| Ausrüstungsgegenstand | Menge |
|---|---|
| 1 | |
| Raspberry Pi v3 | 1 |
| Qubino | 1 |
| 2 | |
| Komet | 2 |
| 6 | |
| Danfoss | 4 |
| Verschiedene elektrische Teile von MK Grid: Momentschalter, Anzeigen, Sicherungen | - |
Gesamtkosten Die Kosten für die Hardware eines Gebäudes beträchtlicher Größe mit vier Haupträumen (plus weiteren, weniger genutzten Räumen) betrugen weniger als 1.000 £. Wir erwarten, dass wir diese Summe in ein paar Jahren wieder hereinholen, indem wir unsere Heizölkosten von 3.000 £ pro Jahr senken. Dies war wesentlich weniger störend und kostengünstiger als eine Neuinstallation der Rohrleitungen im Gebäude, um die einzige Heizzone (nur ein Vor-/Rücklauf für alle Heizkörper und Wärmetauscher) auf sechs Zonen umzustellen.
Die gesamte Ausrüstung hat einwandfrei funktioniert, aber ich werde einen besseren Überblick darüber geben können, sobald sie wieder in das stabile System integriert ist, das wir jetzt haben.
Die beiden
Der Qubino wird zur Steuerung des Zentralheizungsventils der Heizungsanlage verwendet, da er über spannungsfreie Kontakte verfügt, die es uns ermöglichen, die Zufuhr vom vorhandenen C/H-Regler (der jetzt rund um die Uhr eingeschaltet ist) zu unterbrechen. Dies war dem Ausbau des vorhandenen Reglers vorzuziehen, da dieser auch das Warmwasser steuert, das wir nicht ändern mussten, und es ermöglicht, bei Problemen mit dem neuen System auf das alte System zurückzugreifen.
Die elektrischen Kleinteile sollten eine ordentliche Verkabelung im
Verwendete Software
Wir haben uns für die Verwendung einer RaspBerry Pi (v3)-Platine mit laufender Software entschieden, damit wir genau das programmieren können, was wir brauchen.
- Domoticz-Automatisierungsserver für Linux auf dem Raspberry Pi
- Ein benutzerdefiniertes Python-Skript zur Schnittstelle mit den Belegungsdaten der Institutsbuchungswebsite namens BkinTRVCtrl.py
- Eine PHP-Seite auf der Buchungswebsite um einen 7-Tage-Rollplan der Belegungsdaten als JSON zu erstellen
Domoticz und BkinTRVCtrl.py werden beide beim Booten gestartet.
Dynamisches DNS
Wir verwenden auch freedns.afraid.org um über einen Domänennamen auf Domoticz zugreifen und per SSH mit dem Pi kommunizieren zu können, da BT unser ISP ist und keine statischen IP-Adressen bereitstellt. Da die IP-Adressprüfung für die Domäne jedoch alle 5 Minuten ausgeführt wird, kommt es nur sehr selten vor, dass keine sofortige Verbindung hergestellt wird.
Übersichtsschema des Buchungssystems und der Heizungssteuerung
Das Online-Buchungssystem existierte bereits, wurde in PHP und MySQL erstellt und wickelt Buchungen und Rechnungen für das Abington Institute ab. Es bietet den Buchungsplan für die nächsten 7 Tage als JSON-Datei an, die täglich vom Python-Programm auf dem Raspberry Pi des Instituts abgerufen wird.
Abbildung 1: Schema der Abington-Heizungssteuerung.
Auf dem Pi läuft außerdem Domoticz, das eine detaillierte Schnittstelle (über App oder Webseite) zu allen
Um externen Internetzugriff auf Domoticz usw. zu ermöglichen, verwenden wir freedns.afraid.org um auf den Pi zugreifen zu können xxx.xxx.org.
Domoticz ermöglicht die Konfiguration und Steuerung aller Aspekte des Systems und bietet alles, was zum Einrichten, Steuern und Überwachen des Status aller Geräte erforderlich ist, darunter TRVs, Wandthermostate und Schalter zur Steuerung der lüfterbetriebenen Wärmetauscher in der Haupthalle und des Kessels.
Hier ist ein Dashboard mit einigen wichtigen Werten für den Entwickler/Installateur:
Abbildung 2: Domoticz-Softwareschnittstelle.
Es ermöglicht außerdem die Anzeige eines Grundrisses mit beliebig vielen oder wenigen wichtigen Details. Auch hier nutzen wir dies, um bei Bedarf eine detaillierte Ansicht des Geschehens zu erhalten, was sich bei der Entwicklung des Python-Programms als sehr nützlich erwiesen hat.
Abbildung 3: Domoticz-Grundriss.
Auf dem Grundriss sind alle Geräte abgebildet. Wenn wir das Bild der Danfoss-Wandthermostate ändern könnten, würden wir sie von den anderen unterscheiden.
Abbildung 4: Domoticz-Heizdiagramm.
Domoticz eignet sich auch sehr gut zur Bestimmung der Aufheizrate jedes Raums. Diese Daten sind wichtig, um den Zeitpunkt zu berechnen, zu dem mit dem Aufheizen begonnen werden soll. Einige Räume sind recht groß und benötigen eine Weile, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. Ein nächster Schritt für das Python-Programm besteht natürlich darin, die Aufheizrate selbst aufzuzeichnen, um zu lernen, wie diese je nach Starttemperatur variiert. Dies ist jedoch Gegenstand einer zukünftigen Iteration.
Letztendlich werden wir Domoticz wahrscheinlich nur verwenden, um die Temperatur und die Sollwerte der Danfoss-Wandthermostate in den vier Haupträumen und im
Darüber hinaus ermöglicht Domoticz den Zugriff auf die unterste Ebene von
Abbildung 5: Openzwave-Gerätesteuerung.
Hier sehen Sie, dass wir die maximal einstellbare Temperatur auf 22 °C begrenzt haben, um ungeduldige Nutzer zu enttäuschen, die glauben, je höher die gewünschte Temperatur, desto schneller heizt sich der Raum auf. Ich schätze, das kommt von der jahrtausendealten Holzverbrennung; je mehr man aufheizt, desto schneller wird es warm, und es wird mindestens eine Generation dauern, bis diese Eigenschaft aus unserer Bevölkerung verschwunden ist.
Einfache Weboberfläche
Obwohl Domoticz alles bietet, was man sich als Entwickler wünschen könnte, waren wir der Meinung, dass wir eine ultraklare, einfache Benutzeroberfläche benötigen, die Folgendes anzeigt:
- Die aktuelle Uhrzeit
- Die Zimmer
- Von wem sie besetzt sind, wenn überhaupt
- Die Belegungszeiten für diesen Benutzer in diesem Raum
- Kommende Buchungen
- Die tatsächliche Temperatur jedes Raumes
- Die gewünschte Temperatur für jeden Raum
- Batteriestatus
- Ob der Kessel ein- oder ausgeschaltet ist
Dies wird die einfachste Überwachungsschnittstelle für unsere Gruppe freiwilliger Administratoren sein.
Abbildung 6: Haupt-Web-Heizungsschnittstelle.
Sollte der Administrator das Bedürfnis verspüren, die gewünschte Temperatur in einem Raum zu ändern, kann durch Klicken auf die gewünschte Temperatur ein neuer Wert eingegeben werden:
Abbildung 7: Webschnittstelle für einzelne Heizkörper.
Wird die tatsächliche Temperatur rot angezeigt, liegt sie noch unter der gewünschten Temperatur; ist sie grün, ist die Temperatur erreicht. Im Hauptbild oben ist zu sehen, dass die Haupthalle noch wärmer wird und theoretisch 21 °C erreicht, wenn sich das WI-Treffen eine Stunde und 45 Minuten später um 19:00 Uhr trifft. Das Foyer, ein Gemeinschaftsbereich des Gebäudes, hat die Temperatur bereits erreicht, da es früher am Tag als Café genutzt wurde. Die Seite ist in AngularJS erstellt und wird mit JSON-Feeds und HTTP-Anfragen ausgeführt.
Zusammenfassung
Nachdem wir alle verfügbaren Systeme geprüft hatten, von handelsüblichen TRV-Steuerungssystemen, die leider keine Möglichkeit haben, Daten von anderen Systemen zu übernehmen, bis hin zu netzbetriebenen TRVs, die von mehreren PiZeros gesteuert werden, entschieden wir uns für
Wir haben das System entwickelt, und es funktioniert. Gruppen, die das Institut nutzen, staunen, dass es für sie sogar morgens warm ist. Wir haben ein einfaches Überwachungs- und Kontrollsystem installiert, das den Benutzern eine E-Mail sendet, wenn etwas schiefgeht oder die Batterien leer sind. Nie wieder sollte die Heizung drei Tage lang eingeschaltet bleiben, bevor jemand es bemerkt.
In fünf Jahren werden solche Dinge die Norm sein, aber ich würde den Verwaltern älterer öffentlicher Gebäude mit einfachen Heizsystemen empfehlen, sich mit der Idee anzufreunden, dass solche Systeme bemerkenswert einfach und praktisch ohne Störungen auf intelligentere Systeme aufgerüstet werden können.
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