Het Abington Instituut is sinds de opening in 1909 een centraal ontmoetingspunt voor het dorp. Nu, in 2017, was het tijd om de oude verwarmingsketel te vervangen en een intelligente verwarming controlesysteem om het dorpshuis comfortabel te maken, maar toch energie en geld te besparen.
"We hadden een verbeterd, energiezuinig verwarmingssysteem nodig, zodat het instituut onze dorpelingen van dienst kon zijn en geld kon besparen."... Managementcomité |  |
Inleiding – waarom hebben we het verwarmingsregelsysteem gebouwd?
Het managementcomité van het Abington Institute heeft veel tijd besteed aan het onderzoeken van alternatieven voor fossiele brandstofgestookte boilers om het instituut te verwarmen. Er zijn talloze opties, allemaal met verschillende compromissen, kosten, potentiële terugverdientijden, ruimte-/grondbehoeften, enzovoort. Tel daarbij op dat de overheid de terugverdientijden sneller wijzigt dan het managementcomité offertes kan aanvragen, beoordelen, erop kan reageren en kan implementeren, en het leek onmogelijk om de juiste oplossing te vinden.
Interessant genoeg bleek uit een onafhankelijk onderzoek dat we hebben uitgevoerd dat we eerder geld bespaarden (en groener waren) door geen verspilling van warmte, hoe deze ook werd gegenereerd, dus de oude, te ingewikkelde, lastige ketel (die niemand kon repareren) werd vervangen door een fysiek kleiner exemplaar met dezelfde verwarmingscapaciteit, gemaakt door een bekende ketelfabrikant, waarvoor binnen een straal van 8 kilometer gemakkelijk bekwame servicemonteurs te vinden zijn.
De oude ketel had een slimme (zij het inefficiënte) truc: hij sloeg aan als het buiten koud werd, waarna de radiatorthermostaat in elke kamer de kamertemperatuur regelde. De nieuwe ketel heeft slechts ÉÉN (binnen)thermostaat en kan dus niet echt weten wanneer het hele gebouw verwarmd moet worden. Naast het feit dat de ketel vaker aanstond dan nodig was, kwamen gebruikers ook in koude kamers terecht omdat de radiatorthermostaat lager stond (zoals gebruikelijk is om geld te besparen). En soms, om het nog erger te maken, had het hoger zetten van de radiatorthermostaat geen effect, omdat de ketel uit stond nadat de gewenste temperatuur op de kamerthermostaat was bereikt.
Om dit te overwinnen, huisautomatisering
Er is een systeem ontwikkeld en geïnstalleerd dat de ingestelde temperatuur van elke radiatorthermostaat afzonderlijk kan regelen via radiobesturing. Een centrale controller downloadt de verwachte bezettingsmatrix van het gebouw van de website van het Instituut en zet de radiatoren aan op de gewenste temperatuur voor de bezette groep, voorafgaand aan de bezette periodes van elke kamer. Wanneer de bezetting eindigt, wordt de temperatuur verlaagd."Daarom verwarmen we alleen ruimtes die dat nodig hebben en zo kort mogelijk. Zo bieden we optimaal comfort tegen de laagste energiekosten, met zo min mogelijk menselijke inbreng."
Kenmerken en voordelen
| Functie | Voordeel |
|---|---|
| Stelt kamers in op de juiste temperatuur voor de geboekte groep | Groep arriveert en treft kamer(s) klaar voor gebruik aan |
| Stelt kamers in op achtergrondtemperatuur wanneer ze leeg zijn | Instituut verspilt geen geld aan het verwarmen van lege ruimtes |
| Draait zonder tussenkomst (vanuit boekingen) | Niemand hoeft vroeg naar binnen te gaan om de radiatoren aan te zetten |
| Maakt handmatige tussenkomst door wandthermostaat mogelijk | Maakt het mogelijk dat groepen de temperatuur kunnen aanpassen |
| Voor elke groep/kamer worden verschillende temperaturen ingesteld | Om verschillende activiteiten per kamer voor elke groep mogelijk te maken |
| Kent de opwarmsnelheid voor elke kamer | Kan de verwarming net op tijd aanzetten voor een kamer |
| Kan worden bediend via een webpagina of telefoon-app | Eventuele late wijzigingen kunnen op afstand worden beheerd |
| Weet dat delen van het gebouw gemeenschappelijk zijn | Kan er ook voor zorgen dat de foyer etc. verwarmd wordt indien nodig |
Gebruikte apparatuur
| Uitrustingsartikel | Hoeveelheid |
|---|---|
| 1 | |
| Raspberry Pi v3 | 1 |
| Qubino | 1 |
| 2 | |
| Komeet | 2 |
| 6 | |
| Danfoss | 4 |
| Diverse MK Grid elektrische onderdelen: momentschakelaars, indicatoren, zekeringen | - |
Totale kosten De kosten voor hardware voor een aanzienlijk groot gebouw met vier hoofdruimtes (plus andere, minder gebruikte ruimtes) bedroegen minder dan £ 1000. We verwachten dit bedrag binnen een paar jaar terug te verdienen door onze stookolie-uitgaven van £ 3 kPa per jaar te verlagen. Het was veel minder verstorend en goedkoper dan het vervangen van de leidingen in het gebouw om de enkele verwarmingszone (slechts één aanvoer-/retourleiding die alle radiatoren en warmtewisselaars voedt) te vervangen door 6 zones.
Alle apparatuur heeft tot nu toe perfect gewerkt, maar ik kan er pas beter over oordelen als ze weer in het stabiele systeem zitten dat we nu hebben.
De twee
De Qubino wordt gebruikt om de cv-klep van het verwarmingssysteem te bedienen, omdat deze potentiaalvrije contacten heeft waarmee we de voeding van de bestaande CV-regelaar (die nu 24/7 aan staat) kunnen onderbreken. Dit had de voorkeur boven het verwijderen van de bestaande regelaar, omdat deze ook het warme water regelt, wat we niet hoefden aan te passen, en het mogelijk maakt om terug te vallen op het oude systeem als we een probleem met het nieuwe systeem hebben.
De elektrische onderdelen moesten ervoor zorgen dat de bedrading in de
Gebruikte software
We besloten om een RaspBerry Pi (v3) bord te gebruiken met software waarmee we precies konden programmeren wat we nodig hadden.
- Domoticz Automatiseringsserver voor Linux op de Raspberry Pi
- Een aangepast Python-script om te communiceren met de bezettingsgegevens van de boekingswebsite van het instituut, genaamd BkinTRVCtrl.py
- Een PHP-pagina op de boekingswebsite om een 7-daags rollend schema van bezettingsgegevens als JSON te produceren
Domoticz en BkinTRVCtrl.py worden beide bij het opstarten gestart.
Dynamische DNS
Wij gebruiken ook freedns.afraid.org Om toegang te krijgen tot Domoticz op de Pi en er via SSH verbinding mee te kunnen maken met een domeinnaam, omdat BT onze ISP is en geen statische IP-adressen verstrekt. Aangezien de IP-adrescontrole voor het domein echter elke 5 minuten wordt uitgevoerd, komt het zelden voor dat er geen directe verbinding tot stand komt.
Schematische weergave van het boekingssysteem en de verwarmingsregeling op hoog niveau
Het online boekingssysteem bestond al, gebouwd in PHP en MySQL, en verwerkt boekingen en facturering voor het Abington Institute. Het biedt de boekingsplanning voor de komende 7 dagen aan als een JSON-bestand, dat dagelijks wordt verzameld door het Python-programma op de RaspBerry Pi van het instituut.
Figuur 1: Schema van Abington-verwarmingsregeling.
De Pi draait ook Domoticz, wat een gedetailleerde interface (via een app of webpagina) biedt aan alle
Om externe internettoegang tot Domoticz etc. mogelijk te maken gebruiken wij freedns.afraid.org om toegang te krijgen tot de Pi op xxx.xxx.org.
Met Domoticz kunt u alle aspecten van het systeem configureren en bedienen. Het biedt alles wat u nodig hebt om alle apparaten in te stellen, te bedienen en de status ervan te bewaken. Denk hierbij aan thermostatische radiatorkranen, wandthermostaten en schakelaars om de ventilatorgestuurde warmtewisselaars in de centrale hal en de cv-ketel te bedienen.
Hier is een dashboard met enkele cruciale waarden voor de ontwikkelaar/installateur:
Figuur 2: Domoticz Software Interface.
Het maakt het ook mogelijk om een plattegrond weer te geven met zoveel of zo weinig belangrijke details als je wilt. Ook dit gebruiken we voor een gedetailleerd overzicht van wat er gebeurt, mocht dat nodig zijn, wat erg handig is gebleken tijdens de ontwikkeling van het Python-programma.
Figuur 3: Domoticz Plattegrond.
Op de plattegrond tonen we elk apparaat. Als we de afbeelding van de Danfoss wandthermostaten zouden kunnen veranderen, zouden ze duidelijk te onderscheiden zijn van de
Figuur 4: Domoticz Verwarmingsgrafiek.
Domoticz is ook erg handig om de opwarmsnelheid van elke kamer te meten, essentiële gegevens om het tijdstip te kunnen berekenen waarop de kamer moet worden verwarmd. Sommige kamers zijn vrij groot en het duurt even voordat ze op temperatuur zijn. Een volgende stap voor het Python-programma is natuurlijk om de opwarmsnelheid zelf te registreren, zodat het kan leren hoe die varieert afhankelijk van de begintemperatuur, maar dat is voor een volgende iteratie.
Uiteindelijk zullen we waarschijnlijk gewoon Domoticz gebruiken om de temperatuur en de instelpunten van de Danfoss-wandthermostaten in de vier hoofdkamers weer te geven en de
Ook heel handig is dat Domoticz toegang geeft tot het onderste niveau van
Figuur 5: Openzwave-apparaatbesturing.
Hier zie je dat we de maximale temperatuur die gebruikers kunnen aanvragen, hebben beperkt tot 22 °C om ongeduldige gebruikers te dwarsbomen die denken dat hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de kamer zal opwarmen. Ik denk dat dat komt door millennia van houtverbranding; hoe meer hout je aantrekt, hoe sneller het warm wordt, en het zal minstens een generatie duren om die eigenschap uit onze bevolking te verwijderen.
Eenvoudige webinterface
Hoewel Domoticz alles biedt wat je als ontwikkelaar maar kunt wensen, vonden we dat we een zeer duidelijke, eenvoudige interface nodig hadden die het volgende laat zien:
- De huidige tijd
- De kamers
- Door wie ze bezet worden, als iemand
- De bezettingstijden voor die gebruiker in die kamer
- Aankomende boekingen
- De werkelijke temperatuur van elke kamer
- De gewenste temperatuur voor elke kamer
- Batterijstatus
- Of de ketel aan of uit staat
Dit zal de eenvoudigste monitoringinterface zijn voor onze groep vrijwillige beheerders.
Figuur 6: Hoofdwebverwarmingsinterface.
Als de beheerder de gewenste temperatuur in een kamer wil wijzigen, kan hij door op de gewenste temperatuur te klikken een nieuwe waarde invoeren:
Figuur 7: Individuele radiator-webinterface.
Als de werkelijke temperatuur rood is, ligt deze nog steeds onder de gevraagde temperatuur; als deze groen is, is de temperatuur bereikt. In de hoofdfoto hierboven is te zien dat de Grote Zaal nog steeds in opkomst is en theoretisch 21°C bereikt tegen de tijd dat de WI-bijeenkomst plaatsvindt, een uur en drie kwartier later om 19:00 uur. De Foyer, een gemeenschappelijke ruimte in het gebouw, is al op temperatuur omdat deze eerder die dag werd gebruikt voor het café. De pagina is gebouwd in AngularJS en draait op JSON-feeds en http-requests.
Samenvatting
Dus, na alle beschikbare systemen te hebben overwogen, van standaard TRV-regelsystemen die helaas geen enkele mogelijkheid hebben om gegevens van andere systemen te verwerken, tot netstroom TRV's die worden aangestuurd door meerdere PiZeros, hebben we besloten om met
We hebben het systeem gebouwd en het werkt. Groepen die het instituut gebruiken, hebben vol verbazing uitgeroepen dat alles warm was, zelfs 's ochtends vroeg. We hebben een eenvoudig monitoring- en controlesysteem en het stuurt mensen een e-mail wanneer er iets misgaat of de batterijen bijna leeg zijn. Nooit meer mag de verwarming drie dagen in een kamer aan blijven staan voordat iemand het ontdekt.
Over 5 jaar zullen dergelijke zaken de norm zijn, maar ik zou beheerders van oudere openbare gebouwen met eenvoudige verwarmingssystemen willen aanmoedigen om te beseffen dat dergelijke systemen opmerkelijk eenvoudig en vrijwel zonder verstoring kunnen worden geüpgraded naar slimmere systemen.
Vesternet Casestudies
Lees al onze echte gebruikerscases Hier
