Temperaturmessung mit dem PC
Ich wohne in einem alten Haus mit einer relativ unmodernen Gasheizung. Zwar gibt es Thermostatventile in jedem Raum, aber keinen Temperaturfühler für die Innen- oder Außentemperatur. Die Vorlauftemperatur des Kessels muss wetterabhängig von Hand an einem Drehknopf direkt am Kessel verstellt werden. Sie ist stufenlos regelbar von 0...5. Die erforderliche Vorlauftemperatur und damit die Stufe dieses Reglers ist stark abhängig von der Außentemperatur. Es gibt jedoch keinerlei Papiere zum Kessel. So ist man auf Schätz- oder Erfahrungswerte angewiesen. Eine falsche Einstellung des Reglers bringt Probleme. Ist die Vorlauftemperatur zu niedrig, dann werden die Räume nicht warm. Ist sie dagegen zu hoch, dann wird nur heißes Wasser durch die Rohre gepumpt, da die Thermostatventile an den Heizkörpern längst geschlossen sind. Es kostet also nur unnötig Energie und damit Geld. Es gibt an der Heizung auch keinerlei Nachtabsenkung oder -abschaltung. Als erste Stufe zur Abhilfe müssen genauere Messwerte her. Auf die alten Thermometer am Kessel möchte ich mich nicht unbedingt verlassen.
Die Messtechnik
Wie also Messungen vornehmen? Ich hatte mir vorgestellt rund um die Uhr
Messwerte zu erhalten und mit dem PC aufzuzeichnen. Ein alter PC (Pentium 100
MHz) fand sich schnell. Es gibt auch verschiedene elektronische Bauelemente zur
Messung von Temperaturen. Sie geben meist analoge Spannungswerte ab. Der PC mit
seinen Schnittstellen ist aber digital. Also braucht man einen
Analog/Digital-Wandler. Bei Conrad fand ich dann die Lösung: den
Temperaturlogger (Bild).
Die von mir verwendete Version für den Druckeranschluss
des PC wird mittlerweile nicht mehr verkauft. Es gibt aber jetzt ein anderes
Modell für die serielle Schnittstelle des PC. Auch eine Software zur grafischen
Aufbereitung kann bestellt werden.
Für alle diejenigen, die noch das alte Modell benutzen, hier die Beschreibung
meiner Technik.
Er wird einfach an den Druckerport des PC angeschlossen. Ein kleines Steckernetzteil sorgt für die Betriebsspannung. An den Temperaturlogger können bis zu 8 Sensoren angeschlossen werden. Es können also bis zu 8 Messorte sein. Dabei handelt es sich um DALLAS Temperatursensoren vom Typ DS 1820. Sie sehen aus wie Transistoren in einem schwarzen Plastikgehäuse mit ca. 5mm Durchmesser.
Die Sensoren haben nur 3 Anschlüsse und sind voll digital.
Die Kommunikation mit dem Temperaturlogger erfolgt seriell. Sie werden parallel
geschaltet. Man kann also mit einem 3-adrigen Kabel alle Sensoren miteinander
verbinden und die Leitung dann weiter zum Temperaturlogger führen. Dabei sind
insgesamt bis zu 80m Leitungslänge möglich.
Ich habe die Sensoren wie folgt im Haus verteilt:
Zum Aufzeichnen der Messwerte wird ein DOS-Programm (im
Lieferumfang) der Firma Hygrotec verwendet. Natürlich muss der PC für die
Messwerterfassung Tag und Nacht laufen. Deshalb habe ich ihn zweckmäßigerweise
im Keller untergebracht.
Die Gesamtkosten für Temperaturlogger, 8 Sensoren und ein paar Rollen
Telefonkabel betrugen etwa 250,- DM.
Die Aufzeichnung
Besagtes DOS-Programm legt die Messwerte in einer Datei
auf der Festplatte ab. Pro Tag wird eine neue Datei begonnen. Die Einstellung
von 2 Messwerten pro Minute genügt für diesen Anwendungszweck. Immerhin ergeben
sich pro Tag bei
24 Std. x
60 min. x 2 Messwerte/min. = 2.880 Messwerte eines
Sensors.
Bei 8 Sensoren sind das insgesamt 23.040 Messwerte pro Tag. Dies ist eine
ungeheure Datenflut, die niemand überblickt. Deshalb entschloss ich mich zur
Erstellung eines Programms, um die Werte grafisch in Kurven darzustellen.
Die grafische Auswertung
Ziel war also die Auswertung der Dateien und Darstellung in Kurven auf dem Bildschirm. Damit werden die Temperaturverläufe am Kessel und in den Wohnräumen optisch sichtbar. Das Programm wurde in Visual Basic 6.0 realisiert.
Am linken Bildrand erkennt man die Fenster zur Auswahl von
Verzeichnis und Datei. Links unten werden die errechneten Min- und Max-Werte je
Sensor angezeigt. Am unteren Bildrand werden Dateiname, Anzahl der Messwerte
sowie Anfangs- und Endzeit der Messwerte angezeigt.
Die x-Achse des Diagramms ist die Zeitachse. Zur besseren Orientierung sind je
Stunde vertikale Linien eingezeichnet. 6°° Uhr und 18°° Uhr in blau, 12°° Uhr in
rot.
Auf der y-Achse ist die gemessene Temperatur in Grad Celsius eingetragen. Die
rote Linie entspricht 0°C, die schwarze Linie 20°C.
Die eingezeichneten Kurven von oben nach unten:
Die Temperaturabsenkung in der Nacht und am Nachmittag
wurde durch den Einsatz von Schaltuhren bewirkt, die Heizung und Pumpe
abschalten. Die Pumpe wird erst 30min. nach der Heizung abgeschaltet. Bei 7
Stunden Abschaltung innerhalb 24 Stunden sollte sich etwa 25% Energieeinsparung
ergeben. Dieses Projekt ist erst kurze Zeit im Einsatz. Daher haben wir noch
keine Abrechnung vom Gasversorger.
Sie können dieses Programm einschl. Quelltext für 20,- EUR einfach per e-mail
bei mir bestellen.
Die Schlussfolgerungen
Bereits während der Messungen fiel auf, dass eine Abschaltung der Heizung zu gewissen Zeiten erhebliche Einsparungen bringen würde. Von 23°°- 4°° Uhr ist die Heizung abgeschaltet.
Die braune Kurve zeigt den Verlauf der Vorlauftemperatur des Kessels. Durch das zyklische Einschalten des Brenners schwankt die Temperatur etwas. Das ist völlig normal. Im Vergleich lassen sich jetzt direkt Rückschlüsse von der gewählten Reglerstellung am Kessel auf die erreichte Vorlauftemperatur ziehen.
Die Pumpe ist ein großer Stromfresser und vermutlich überdimensioniert. Mit einem Dimmer wurde ihre Leistungsaufnahme auf die Hälfte reduziert. Einschränkungen in der Wärmeversorgung wurden nicht bemerkt. Wie gesagt wird die Pumpe nachts ebenfalls abgeschaltet.
Kurzzeitiges Absinken der Vor- und Rücklauftemperatur zeigt an, dass ein Heizkörperventil geöffnet wurde. Es wird kurzzeitig mehr Wärme abgenommen.
Schnelles Absinken der Raumtemperatur deutet auf Abschaltung des Kessels bzw. geöffnete Fenster oder Türen in den Wohnräumen.
Anfangs hatte ich den Verdacht der Heizkörper im Wohnzimmer funktioniert nicht richtig. Deshalb habe ich dort 2 Sensoren montiert. Die Messwerte folgen aber exakt der Vorlaufkurve. Ursache für die schlechte Heizleistung im Wohnzimmer ist die ständig geöffnete Tür zum Hausflur. Aber da kann man reden wie man will....
Das Tüpfelchen auf dem "i" wäre eine automatische Betätigung Reglers am Kessel gewesen. Das wäre dann eine echte automatische "Regelung". Programmtechnisch kein Problem, aber mechanisch leider nicht realisierbar.
Projekt Teil 2
Mittlerweile sind wieder zwei jahre ins Land
gegangen. Wir schreiben das Jahr 2005.
Die Heizungsanlage ist durch eine
moderne ersetzt worden. Der Mess-PC im Keller hat einen Server als Bruder bekommen.
Nun wurde es Zeit für den Ruhestand des alten Mess-PC. Doch dabei ergab
sich eine Schwierigkeit:
Der Templog-Adapter am Druckerport läuft
nur unter DOS oder Win98. Unter 2000 oder XP keine Funktion.
Das hieß
also: einen moderneren Adapter besorgen (www.hygrosens.de). Diese schmerzliche
- weil recht teure - Anschaffung soll sich aber bereits binnen kurzer Zeit amortisieren.
Es sollen ja nicht mehr zwei Computer im Keller vor sich hin brummen, sondern
nur noch einer. Die eingesparten Stromkosten machen die Ausgabe bald wieder
wett.
Neue Dinge bringen meistens ein paar Hürden
mit sich. So auch hier. Der neue Adapter war lauffähig unter modernen Betriebssystemen.
Es wurde auch eine Aufzeichnungssoftware mitgeliefert. Die ist allerdings wenig
brauchbar. Sämtliche Messwerte werden in nur EINE Datei geschrieben. Würde
man diese in einem Diagramm anzeigen wollen, dann wäre das bereits nach
wenigen Aufzeichnungstagen optisch nicht mehr lesbar.
Also musste eine neue
Aufzeichnungssoftware selbst programmiert werden. Eine, die für jeden Tag
eine neue Aufzeichnungsdatei beginnt. So wie es bei dem alten Adapter war.
In mühevoller Kleinarbeit habe ich
mich mit dem Protokoll der seriellen Übertragung (vom Adapter zum PC) befasst
und es in Visual Basic in ein Programm umgesetzt.
Vorteil: Die neuen Aufzeichnungsdateien
sind ebenfalls im Diagramm darstellbar.
Die Lösung mit dem neuen Adapter hat noch
andere Vorteile:
- die bisher verwendeten Sensoren können weiter genutzt
werden.
- die bereits im Haus verlegten Kabel können ebenfalls weiter
genutzt werden.
Die Verkabelung im Haus wurde mit Telefonkabel vorgenommen.
Die einzelnen Sensoren werden parallel geschaltet. Wie ein Bussystem. Es sind
insgesamt nur 3 Kabeladern erforderlich. Aus räumlichen Gründen wurden
im Haus 3 Kabelstränge verlegt. Im Keller kommen diese zusammen. Die Verbindungen
wurden mit einfachen Lüsterklemmen vorgenommen. Dadurch sind keine Lötarbeiten
erforderlich. Eine Umsetzung der Sensoren ist dadurch unproblematisch.
Projekt Teil 3
Wir schreiben das Jahr 2009. Ich möchte gern den
Server auf Linux umstellen. Was mich daran hindert? Die Temperaturaufzeichnung
läuft noch unter Windows.
Zur Portierung auf Linux gibt es verschiedene
Ansätze. Der bekannteste ist das Programm Digitemp von Brian Lane.
Unter
dem Stichwort Digitemp findet man zahlreiche Seiten mit Nachbau-Lösungen
und Erweiterungen für Datenbanken und Grafiken.
Für die Temperaturmessung unter Ubuntu braucht man:
1 - einen PC, der immer läuft. Serielle Schnittstelle muss er haben.
2 - einen Adapter für COM1 (DS9097), kostet ca. 16 EUR
3 - pro Messpunkt einen Sensor Dallas DS1820. Dieses Modell wird nicht mehr hergestellt. Das Nachfolgemodell DS18S20 soll aber genauso funktionieren.
4 - Verkabelung 3adrig zwischen den Sensoren, als Bus, also parallel geschaltet
5 - Software Digitemp für Linux (Open Source)
Zu 1) Hört sich erstmal nach einem Dauerstromverbraucher
an. Ein PC benötigt im Schnitt 80 Watt, ein Notebook etwa die Hälfte.
Da liegt also schon mal 50% Einsparpotential, wenn Du ein gebrauchtes Notebook
dafür verwendest.
Nur mit der Temperaturerfassung ist der PC aber nicht
ausgelastet. Du kannst ihn auch gleichzeitig als Webserver benutzen (sofern
mit Flatrate an DSL angeschlossen).
Das empfiehlt sich sogar, denn damit
kann man seine Messwerte über's Internet von Ferne abrufen.
Oder den
PC gleichzeitig als Server zur Datensicherung nutzen.
Zu 2) Den Adapter gibt es auch für USB. Damit habe
ich aber noch keine Erfahrungen.
Der serielle Adapter hat hinten dran einen
RJxx-Stecker. Hab' das Gehäuse hochgeschoben und zwei Drähte angelötet.
Da braucht man sich nicht mit Crimpzangen herumärgern.
Extra Stromversorgung
braucht die Schaltung nicht. (Die Windows-Lösung brauchte damals schon
ein 9V-Netzteil als Dauerverbraucher)
Zu 3) Die Sensoren kosten so etwa 6 EUR pro Stück.
Ich hatte damals unter Windows max. 8 Sensoren angeschlossen. Es geht aber
sicher auch mehr.
Ich habe die wichtigsten Räume, die Außentemperatur
im Schatten und Vorlauf + Rücklauf der Heizungsanlage angeschlossen.
Bei
Ebay existieren zahlreiche total überteuerte Angebote zu den Sensoren.
Mehr als 5-6 EUR pro Stück sollten sie nicht kosten.
Insgesamt also
eine Lösung für kleines Geld.
Zu 4) Dafür geht dünnes Telefonkabel. Verbindungen sollte man löten. Bei Kontaktunsicherheiten an Klemmstellen fallen einzelne Sensoren aus. Das sind aber nicht die, bei denen der Wackelkontakt besteht. Das erschwert die Fehlersuche.
Zu 5) Ergebnis der Messungen ist eine Textdatei. Letzte
Zeile= letzte Messung.
Es gibt Lösungen zur automatischen Berechnung
von Diagrammen daraus. Da gibt's zahlreiche Seiten im Internet.
Ich hab's
bisher nicht zjm Laufen bekommen.
(Fred Hemme)
letztes Update: 2009-09-05