Homematic Know-how Teil 12: Homematic ermittelt den Energieverbrauch im Haushalt

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Aus ELVjournal 06/2015     0 Kommentare
 Homematic Know-how Teil 12: Homematic ermittelt den Energieverbrauch im Haushalt

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In unserer Reihe „Homematic Know-how“ zeigen wir anhand von kleinen Detaillösungen, wie man bestimmte Aufgaben im Homematic System konkret lösen kann. Dies soll insbesondere Homematic Einsteigern helfen, die Programmiermöglichkeiten, die die WebUI der Homematic CCU bietet, besser zu nutzen. In dieser Ausgabe zeigen wir, wie man mit Homematic Komponenten den Energieverbrauch im Haushalt ermitteln kann und wie die erfassten Messwerte mit der Diagramm-Funktion der Homematic Zentrale CCU2 visualisiert werden können. Zusätzlich werden wir hilfreiche Kurztipps passend zum Thema vermitteln.

Leistungsmessung im Schaltschrank

Im ersten Teilabschnitt widmen wir uns der Energieverbrauchsmessung direkt im Schaltschrank. Hierfür bietet das Homematic System unterschiedliche Sensoren und Aktoren zur Erfassung von Stromzählern mit Ferrarisscheibe und optischem Impulsausgang sowie Hutschienen-Schaltaktoren für einzelne Stromkreise.

Erfassung Stromzähler (Ferrarisscheibe / optischer Impulsausgang)

Die Erfassungseinheit für einen Stromzähler setzt sich aus zwei Komponenten zusammen. Das Kernstück bildet der batteriebetriebene Homematic Zählersensor Strom/Gas, an dem wahlweise ein Sensor für Stromzähler mit Ferrarisscheibe (ES-Fer, Bild 1) oder ein Sensor für Stromzähler mit optischem Impulsausgang (ES-LED, Bild 2) per Kabel angeschlossen wird, je nachdem welcher Zählertyp vor Ort verbaut ist (Komponenten siehe Tabelle 1).
Bild 1: Homematic Zählersensor Ferraris-Zähler „ES-Fer“
Bild 1: Homematic Zählersensor Ferraris-Zähler „ES-Fer“
Bild 2: Homematic Zählersensor LED „ES-LED“
Bild 2: Homematic Zählersensor LED „ES-LED“

Benötigte Produkte für Stromverbrauchsmessung


Durch diese abgesetzte Bauweise kann der Homematic Zählersensor Strom/Gas frei positioniert werden und es wird die reichweitenbegrenzende Abschirmung durch Metall-Zählerschränke umgangen. Die Sensoren ES-Fer bzw. ES-LED führen kontinuierlich Messungen durch und die so ermittelten Messwerte werden zunächst im Homematic Zählersensor Strom/Gas zwischengespeichert. Über den Homematic Zählersensor Strom/Gas erfolgt dann eine zyklische Übermittlung im 120–180-Sekunden-Raster an die Homematic Zentrale CCU2. Innerhalb der Homematic Zentrale CCU2 besteht dann die Möglichkeit, die aktuellen Messwerte unter dem Menüpunkt „Status und Bedienung“ einzusehen (siehe Bild 3).
Bild 3: Darstellung der Messwerte in der CCU2 unter dem Menüpunkt „Status und Bedienung“
Bild 3: Darstellung der Messwerte in der CCU2 unter dem Menüpunkt „Status und Bedienung“
Die Angabe „Energie-Zähler CCU“ ist hierbei vergleichbar mit dem Tageskilometerzähler eines Pkw. Über den Reset-Button kann der Wert jederzeit auf 0 zurückgesetzt werden, um z. B. eine Messung für einen bestimmten Zeitraum durchzuführen. Die Angabe „Energie-Zähler Gerät“ stellt die erfasste Verbrauchsmenge seit Einlegen der Batterien in den Homematic Zählersensor Strom/Gas dar. Im Feld „Leistung“ wird die aktuelle Leistungsaufnahme aus der letzten Funk-Übertragung angezeigt. Zusätzlich werden die entstandenen Stromkosten bei „Energie-Zähler CCU“ und „Energie-Zähler Gerät“ mit angezeigt. Damit diese Angaben mit dem wirklichen Betrag übereinstimmen, muss zuvor der Strompreis eingegeben werden. Diese Einstellung erfolgt in der Homematic Zentrale unter „Einstellungen“ -> „Systemsteuerung“ -> „Allgemeine Einstellungen“ -> „Preis per kWh“ (Bild 4).
Bild 4: Eingabe von Strom- und Gas-Preis, Brennwert und Zustandszahl
Bild 4: Eingabe von Strom- und Gas-Preis, Brennwert und Zustandszahl
Hier ist zum einen der Strompreis in Euro pro Kilowattstunde einzutragen und zum anderen sind die relevanten Daten für die Gas-Verbrauchsmessung aufzunehmen. Alle Angaben sind der jeweiligen Strom- / Gas-Rechnung zu entnehmen oder können beim Anbieter erfragt werden. Mithilfe der Diagramm-Funktion in der Homematic Zentrale CCU2 können die erfassten Messwerte für einen kurzen Zeitraum visualisiert werden (Bild 6).
Bild 6: Ansicht des Diagramms unter „Status und Bedienung“
Bild 6: Ansicht des Diagramms unter „Status und Bedienung“
Aus Speicherplatz-Ersparnisgründen werden für längere Zeiträume automatisch Mittelwerte gebildet. Hierzu ist zunächst unter „Einstellungen“ -> „Diagramme“ -> „Neu“ ein neues Diagramm zu erstellen. Für ein übersichtliches Liniendiagramm empfiehlt sich der Diagrammtyp „Verbrauch“. Über die individuell einstellbaren Parameter wie Vorlage, Standardzeitraum, angezeigte Einheit u.v.m. kann das Diagramm nach den eigenen Wünschen angepasst werden. Über die Auswahl „Datenquellen“ muss dann abschließend noch der Homematic Zählersensor Strom/Gas hinzugefügt werden (Bild 5).
Bild 5: Einstellungen des Diagramms für den Homematic Zählersensor
Bild 5: Einstellungen des Diagramms für den Homematic Zählersensor

Erfassung einzelner Stromkreise über Hutschienen-Aktor


Um den Energieverbrauch im Haushalt weiter zu erfassen und genauer zuzuordnen, können im Schaltschrank nach den Sicherungen für die einzelnen Stromkreise zusätzlich Homematic Hutschienen-Schaltaktoren mit Leistungsmessung angebracht werden (Tabelle 1). Somit ist dann nicht nur eine genauere Lokalisierung möglicher „Energiefresser“ möglich, sondern es können z. B. über Nacht oder bei Abwesenheit komplette Stromkreise vom Netz getrennt werden. Durch den direkten Anschluss am Stromnetz stehen im Vergleich zum Zählersensor auch deutlich mehr Messwerte zur Verfügung. Der Aktor kann neben der Leistung und den beiden Energiezählern auch noch Strom, Spannung und Frequenz erfassen (Bild 7).
Bild 7: Darstellung des Homematic Hutschienen-Schaltaktoren mit Leistungsmessung in der CCU2 unter dem Menüpunkt „Status und Bedienung“
Bild 7: Darstellung des Homematic Hutschienen-Schaltaktoren mit Leistungsmessung in der CCU2 unter dem Menüpunkt „Status und Bedienung“
Zudem können natürlich alle Messwerte auch in Diagrammen visualisiert werden (wie in Bild 6). Hierbei ist es jedoch ratsam nur gleiche physikalische Einheiten (z. B. alle Spannungen) in einem Diagramm darzustellen, da sonst durch die automatische Skalierung eine schlechte Ablesbarkeit entstehen kann.

Leistungsmessung von einzelnen Verbrauchern

Neben der zuvor gezeigten Möglichkeit, ganze Stromkreise zu messen, bietet das Homematic System natürlich auch passende Aktoren für einzelne Verbraucher, die nicht fest verdrahtet mit dem Stromnetz verbunden sind. Der Homematic Funk-Schaltaktor mit Leistungsmessung, Zwischenstecker kann hierzu genutzt werden (siehe Tabelle 2).

Benötigte Produkte für optischen und akustischen Visualisierung von Verbrauchern


Die Einstell- und Funktionsmöglichkeiten sind hierbei identisch zum Homematic Hutschienen- Schaltaktor mit Leistungsmessung (Bild 7). Auch die Diagramm-Funktion (Bild 5 und 6) lässt sich für diesen Aktor nutzen. In unserem Programmierbeispiel zeigen wir nun eine gegenseitige Verriegelung zweier Homematic Funk-Schaltaktoren mit Leistungsmessung. Dieser Anwendungsfall wird beispielsweise benötigt, wenn Waschmaschine und Trocker über die gleiche Sicherung abgesichert sind, wegen der hohen Leistungsaufnahme jedoch nicht zeitgleich laufen dürfen. Die zu wählende Schaltschwelle der Leistungsaufnahme (in unserem Beispiel > 3 W) ist natürlich vom Stand-by-Verbrauch des jeweiligen Verbrauchers abhängig. Hier sollten vor Erstellung der Programme die Stand-by-Verbräuche für Waschmaschine und Trockner unter dem Punkt „Status und Bedienung“ abgelesen werden. Alternativ zur Leistungsaufnahme kann auch die Strommessung als Auslösekriterium gewählt werden. Nun werden zwei Zentralenprogramme gemäß folgendem Screenshot in Bild 8 erstellt werden.
Bild 8: Sobald die Leistungsaufnahme der Waschmaschine oberhalb 3 W liegt, erfolgt eine Abschaltung des Aktors für den Trockner. Unterhalb einer Leistungsaufnahme von 3 W wird der Aktor für den Trockner wieder freigegeben.
Bild 8: Sobald die Leistungsaufnahme der Waschmaschine oberhalb 3 W liegt, erfolgt eine Abschaltung des Aktors für den Trockner. Unterhalb einer Leistungsaufnahme von 3 W wird der Aktor für den Trockner wieder freigegeben.
In Programm 1 wird die Leistungsaufnahme des Aktors für die Waschmaschine über den „Messwert-Kanal“ abgefragt und der Aktor für den Trocker ausgeschaltet, sobald die Leistungsaufnahme der Waschmaschine 3 W übersteigt. Unterhalb einer Leistungsaufnahme von 3 W wird der Aktor für den Trockner wieder zugeschaltet. Programm 2 wird identisch aufgebaut, jedoch müssen die Aktoren für Waschmaschine und Trockner entsprechend gedreht werden. Zusätzlich erstellen wir Zentralenprogramme, die uns informieren, sobald Waschmaschine bzw. Trockner fertig sind. Die Meldung erfolgt per Sprachausgabe auf dem Homematic MP3-Funk-Türgong (Best.-Nr. CD-09 90 60) oder wahlweise auf dem Homematic MP3-Funk-Gong-Modul (Best.-Nr. CD-13 14 80, siehe Tabelle 2). Da es während eines Wasch- bzw. Trocknungsgangs jedoch immer mal wieder kurzzeitige Pausen und damit verbunden einen Abfall in der Leistungsaufnahme gibt, müssen wir uns mit Systemvariablen behelfen (Bild 9 und 10).
Bild 9: Systemvariable „Waschmaschine“ mit den Zustandswerten „fertig“ und „läuft“
Bild 9: Systemvariable „Waschmaschine“ mit den Zustandswerten „fertig“ und „läuft“
Bild 10: Systemvariable „Trockner“ mit den Zustandswerten „fertig“ und „läuft“
Bild 10: Systemvariable „Trockner“ mit den Zustandswerten „fertig“ und „läuft“
Ansonsten würde die Fertigmeldung schon ausgegeben werden, obwohl der Wasch- bzw. Trocknungsgang noch nicht vollständig abgeschlossen ist. Es werden jetzt vier separate Programme gemäß folgenden Screenshots erstellt. Im ersten Programm erfolgt die Auswertung des Aktors für die Waschmaschine und das Setzen der Systemvariablen „Waschmaschine“ (Bild 11).
Bild 11: Die Systemvariable „Waschmaschine“ wird bei einer Leistungsaufnahme größer 3 W auf „läuft“ gesetzt. Wenn die Leistungsaufnahme unter 3 W absinkt, erfolgt mit einer Verzögerung von 90 Sekunden ein Rücksetzen auf den Zustand „fertig“.
Bild 11: Die Systemvariable „Waschmaschine“ wird bei einer Leistungsaufnahme größer 3 W auf „läuft“ gesetzt. Wenn die Leistungsaufnahme unter 3 W absinkt, erfolgt mit einer Verzögerung von 90 Sekunden ein Rücksetzen auf den Zustand „fertig“.
Im zweiten Programm erfolgt dann die zugehörige Sprachausgabe (Bild 12) über den Homematic MP3-Türgong oder das MP3-Funk-Gong-Modul.
Bild 12: Nachdem die Systemvariable „Waschmaschine“ den Zustand „fertig“ angenommen hat, erfolgt die Sprachausgabe über den MP3-Gong.
Bild 12: Nachdem die Systemvariable „Waschmaschine“ den Zustand „fertig“ angenommen hat, erfolgt die Sprachausgabe über den MP3-Gong.
Eine eingebaute Zeitverzögerung (in unserem Beispiel 90 Sekunden) muss zwingend übernommen werden, da es sonst zu den verfrühten Fertig-Meldungen während einer kurzzeitigen Pause beim Waschgang kommt. Auch die Haken bei der Option „Vor dem Ausführen alle laufenden Verzögerungen für diese Aktivitäten beenden (z. B. Retriggern).“ müssen aktiviert bleiben. Diese sorgen dafür, dass die Variable „Waschmaschine“ nicht doch noch ihren Zustand auf „fertig“ ändert, obwohl die Leistungsaufnahme wieder 3 W überschritten hat. Die anderen beiden Programme werden identisch aufgebaut, wobei dann jeweils der Aktor, die Systemvariable und die passende Sprachausgabe für den Trockner ausgewählt werden. Unter dem Webcode #2072 bieten wir kostenlos passende MP3-Töne zum Download an.

Gasverbrauch erfassen

Für die Erfassung des Gas-Verbrauchs bietet das Homematic System den Gaszählersensor „ES-Gas“ (siehe Tabelle 3).

Der Sensor ist speziell für den weit verbreiteten BK-G4-Balgengaszähler mit mechanischem Zählwerk des Herstellers Elster-Kromschröder konzipiert. Durch die berührungslose Abtastung der im Gaszähler angebrachten Impulsmagneten über einen Reedkontakt ist es möglich, den Sensor ohne Eingriff in den Gaszähler zu montieren und ihn rückstandslos zu entfernen. Innerhalb der Homematic Zentrale CCU2 besteht dann die Möglichkeit, die aktuellen Messwerte unter dem Menüpunkt „Status und Bedienung“ einzusehen (siehe Bild 13).
Bild 13: Darstellung der Messwerte in der CCU2 im Menüpunkt „Status und Bedienung“
Bild 13: Darstellung der Messwerte in der CCU2 im Menüpunkt „Status und Bedienung“
Der „Energie-Zähler CCU“ ist, genau wie oben beim Stromzähler bereits beschrieben, vergleichbar mit dem Tageskilometerzähler eines Pkw. Über den Reset-Button kann der Wert jederzeit auf 0 zurückgesetzt werden, um z. B. eine Messung für einen bestimmten Zeitraum durchzuführen. Die Angabe „Energie-Zähler Gerät“ stellt die erfasste Verbrauchsmenge seit Einlegen der Batterien in den Homematic Zählersensor Strom/Gas dar. Im Feld „Verbrauch“ wird der aktuelle Gas-Verbrauch zwischen den letzten beiden Impulsen angezeigt. Findet zwischenzeitlich kein Gas-Verbrauch statt, bleibt weiterhin der letzte Messwert zwischen den beiden erfassten Impulsen bestehen. Eine Anzeige des Werts „0“ ist somit zu keinem Zeitpunkt gegeben. Auch der Gasverbrauch kann mit Hilfe der Diagramm-Funktion in der Homematic CCU2 für einen kurzen Zeitraum visualisiert werden (Bild 14).
Bild 14: Ansicht des Diagramms unter „Status und Bedienung“
Bild 14: Ansicht des Diagramms unter „Status und Bedienung“
Hierzu ist zunächst unter „Einstellungen“ -> „Diagramme“ -> „Neu“ ein neues Diagramm zu erstellen. Für ein übersichtliches Balkendiagramm empfiehlt sich der Diagrammtyp „Energiemessung“.

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