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Jetzt wird analysiert

Ich habe mir den Raspberry PI von Open And Home natürlich nicht nur beschafft und eingebunden um über die Software „Grafana“ schöne Kurven meiner Temperatursensoren anzuschauen, sondern um aus den Verläufen Rückschlüsse auf meine Heizungssteuerung zu bekommen und mein Verhalten hier zu optimieren – im besten Fall auch ein Stück „smarter“ zu machen. Aus diesem Grund habe ich mich ein bisschen näher mit „Grafana“ beschäftigt. Nach erfolgreicher Einbindung meines Raspberry PI sieht meine Übersicht in Grafana noch relativ „übersichtlich“ 😉 aus, da das Programm als Standardeinstieg die letzten 6 Stunden anzeigt:

Bewegt man die Maus über Grafana bekommt man zum jeweiligen Zeitpunkt die Einzelwerte seiner Sensoren

Zuerst hat mich gestört, dass Schwankungen meines „Wohnungs-Sensors“ kaum sichtbar sind, da er im Vergleich zu meinen beiden Heizungs-Sensoren deutlich niedrigere Werte aufzeichnet (ca. 20 statt 50°C) und somit eigentlich einen anderen Maßstab bräuchte. In Grafana kein Problem. Über das Menü kann man jede Sensorbox einzeln darstellen lassen:

Jede Sensorbox bekommt ein eigenes Liniendiagramm. In meinem Fall die beiden Sensoren im Heizraum oben und die Box in meiner Wohnung unten.

Jetzt fällt mir auf, dass gerade im Wohnzimmer die Werte sehr „gezackt“ dargestellt werden. Ich hinterfrage den Darstellungszeitraum – 6 Stunden. Das macht natürlich für eine richtige Analyse kaum Sinn. Über das Menü kann man sich voreingestellte Zeitraume auswählen. Aber hier kann Grafana bei mir zusätzlich Punkten, weil der Zeitraum auch absolut individuell eingestellt werden kann. Man gibt einfach einen Startpunkt (also das linke Ende der Grafik) und einen Endpunkt (rechts) ein und bekommt genau diesen Zeitraum angezeigt. Konkret möchte ich mir mal zwei bestimmte, repräsentative Tage beginnend am Morgen ansehen:

Über die Eingabe auf der Linken Seite kann ich Zeiträume exakt definieren. Im Beispiel von „Heute minus vier Tagen“ bis „Heute minus Zwei Tagen“. Würde ich anstelle „Tagen“ „Stunden“ einstellen, wäre auch das möglich. Einfacher sind die Voreinstellungen rechte Seite.

Das Ergebnis ist eine Darstellung, die schon deutlich aussagefähiger ist. Ich erkenne sowohl in der Wohnung, als auch in meinem Heiz- und Warmwasserspeicher je einen Temperaturanstieg über den Tag gesehen. Und hier ist eben die individuelle Auswahl eines repräsentativen Zeitraums wichtig. Da es an den letzten Tagen häufig bewölkt war, ist es sehr hilfreich, dass Grafana bestimmte Zeiträume auswählen kann. So kann man dann auch deutlich die kurzfristige Entnahme von Warmwasser beim Abfallen der mittlere Kurve erkennen. Beim Heizwasser sieht man dagegen, dass die Temperatur eher langsam über die komplette Nacht fällt, bis das Wasser am nächsten Tag wieder von der Sonne über meine Solaranlage erwärmt wird (obere Kurve). Genau so verhält sich auch der Temperaturverlauf in der Wohnung, die bewusst große Fenster nach Süden hat. Durch die separate Darstellung mit einem eigenen Maßstab ist der Verlauf nun auch viel besser sichtbar als beim ersten Einstieg. Je länger ich mich mit diesen Kurven beschäftigte, desto mehr Erkenntnisse habe ich bekommen. Zum Beispiel sieht man, dass die Wohnungstemperatur schon zur Mittagszeit den Höchstwert erreicht, während mein Pufferspeicher bis in die Abendstunden geladen wird. Das liegt an der Ausrichtung meiner Fenster und meiner Solaranlage und ist so absolut plausibel.

Der Temperaturverlauf über zwei repräsentative Tage – mit Sonnenschein 🙂

Eine weitere Erkenntnis – Mit Holz heizen „brigt was“ 🙂
Die Frage ist ja, was passiert an den bereits erwähnten Tagen, wenn keine Sonne scheint und es draußen kalt wird. Der Wärmeverbrauch findet ja trotzdem statt. Wie jedes Haus besitzt auch meines eine Heizung, allerdings einen Stückholzofen mit Wasser-Wärmetauscher. Ein teil der Wärme wird also durch Konvektion in die Wohnung abgegeben, ein anderer Teil erwärmt mein Heizungs- und Brauchwasser. Auch hier erlaubt mir Grafana einen Ausschnitt zu wählen, in dem dies deutlich erkennbar ist (Stelle links, an der der „Cursor“ steht):

Wärme aus nachwachsenden Rohstoffen (Holz) hält auch über mehrere Tage an, auch wenn die Sonne nur wenig scheint 🙂

Fazit: Grafana ist eine sehr einfache, aber hilfreiche Möglichkeit meine Daten zu analysieren und entsprechende Rückschlüsse aus den Messwerten meiner Sensoren zu ziehen. Ich werde mit Sicherheit noch weitere Erkenntnisse sammeln 🙂

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Zugriff auf meine Daten von überall? Aber SICHER!

Die Daten meiner Sensorboxen sind in meinem privaten Netzwerk rund um die Uhr verfügbar. Jetzt möchte ich natürlich auch von unterwegs aus Zugriff haben – und zwar so, dass auch nur ich selbst die Werte einsehen kann.

Da bietet sich eine sogenannte VPN-Verbindung mit meiner FritBox an. „VPN“ steht für „Virtuelles Privates Netzwerk“ und ermöglicht es mir kennwortgeschützt von überall aus auf die Daten in meinem Heimnetz zugreifen zu können. Das Einrichten ist relativ einfach. Zuerst füge ich in meiner FritzBox unter „Internet>Freigaben>VPN“ eine neue Verbindung hinzu.

Das Hinzufügen einer neuen VPN-Verbindung ist in der FritBox-HIlfe detailliert beschrieben

Danach wähle ich an meinem Smartphone „Einstellungen>Weitere Verbindungen>VPN“ und „VPN hinzufügen“

VPN am Smartphone hinzufügen

Danach übertrage ich die Daten meiner Fritzbox auf mein Smartphone

Diese Daten brauche ich für die Einrichtung meiner neuen VPN-Verbindung am Smartphone

Sobald alle nötigen Daten eingetragen sind, ist mein VPN-Zugang „Home“ verfügbar

Mein Zugang „nach Hause“ 😉

… und sobald die Verbindung hergestellt ist, habe ich von Überall aus Zugriff auf meine Daten:

Zugriff über „mobile Daten“
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Lasst uns Daten sammeln

Meine beiden Temperatursensoren in meinem Pufferspeicher habe ich jetzt seit einigen Tagen im Betrieb. Dauernd Temperaturen ablesen und sich merken ist aber auch blöd. Da habe ich mich natürlich sehr über meine nächste Lieferung von OpenAndHome gefreut. Wie immer alles sehr wertig und inclusive Installationsanleitung.

Lieferumfang diesmal: Eine Sensorbox mit einem Temperaturfühler, Ein Raspberry PI mit Netzteil und LAN-Kabel und die Installationsanleitung

Da ich schon viel vom Mini-Computer Raspberry PI gehört habe war meine Neugier natürlich groß und ich habe ihn mir natürlich mal genau angesehen. Links geht es los mit dem USB-C Stromanschluss, zwei HDMI- und einer Video/Audio-Analogschnittstelle. Auf der anderen Seite sind jeweils 2x USB 2.0 und 2x USB 3.0 Anschlüsse und ein LAN-Eingang. Für meine Zwecke brauche ich zwar nur Strom und LAN, aber durch diesen beschriebenen Standard können sehr große Serien gefertigt und der RaspPI entsprechend günstig hergestellt werden.

Ich brauchte nur das Ladekabel ganz Links und das LAN-Kabel ganz rechts anzuschließen

Natürlich konnte ich es mir nicht nehmen lassen mal den Deckel zu lüften. Auffällig waren die beiden grauen Kühleinheiten (links oben). Wieder ein Beispiel, dass OpenAndHome weiter denkt und auf Nummer sicher geht. Gekühlte Elektronikbauteile haben einfach eine größere Lebenserwartung.

Blick unter die „Motorhaube“ meines RaspPI

Das Anschließen war ein Kinderspiel. 1. Netzteil in die Steckdose, Ladekabel in den RaspPI.
2. Mit dem LAN-Kabel mit der Fritzbox verbinden.

Stromkabel einstecken, Netzteil in die Steckdose und mit dem LAN-Kabel mit der Fritzbox verbinden – fertig 🙂

Die Mitgelieferte Sensorbox ist berreits auf den Raspberry PI – also meinem Datensammler – eingelernt. Mit Hilfe der Installationsanleitung war es ein Kinderspiel die aufgezeichneten Daten an meinem Notebook verfügbar zu machen. Einmalig bei „Grafana“ anmelden und schon startet die erste Temperaturkurve auf dem Bildschirm.

Benutzer und Passwort – schon kann´s los gehen.

Und dann zeigte sich wieder einmal wie felxibel das System von OpenAndHome ist. Meine Fritzbox ist in meinem Büro untergebracht. Viel Interessanter ist für mich jedoch die Temperatur im Wohnzimmer. Also einfach die neue Sensorbox dorthin „umgezogen“ und an eine vorhandene Steckdose angeschlossen.
Ziel dieser Anschaffung war es ja auch, meine Temperaturdaten aus meinem Pufferspeicher aufzuzeichnen. Die Sensorbox leifert diese ja bereits in mein Netzwerk – also habe ich diese auch im Datensammler verknüpft. Und so liefert mir Grafana ab sofort drei Kurven: Oben, die Warmwasser- und Heizungstemperatur in meinem Pufferspeicher, unten die Temperatur im Wohnzimmer (Achtung, anderer Maßstab).

Meine Temperaturverläufe der letzten zwei Tage

Deutlich zu erkennen: Am Tag sind jeweils die Temperaturen gestiegen, weil die Sonne das Wohnzimmer direkt, oder mein Wasser über die Solaranlage gewärmt hat. Auch schön zu sehen: Am zweiten Tag gab es Mittags ein Gewitter. Zwischen etwa Zwölf und Vierzehn Uhr – keine Temperatursteigerungen. Die steileren Abfälle der Warmwasserkurve kommen vom Duschen.

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Inbetriebnahme meiner Sensorbox

Als ich das Paket von openandhome ausgepackt habe war ich zuerst vom professionell anmutenten Inhalt begeistert.
Die Sensoren, Kabel und das Gehäuse machen auf mich den Eindruck „Industriestandard“.

Inhalt meiner Sensorbox bei Lieferung: Sensorbox mit Display und USB-Anschluss, zwei Temperatursensoren an (langen) Kabeln und die Anleitung

Die beiliegende Anleitung ist eine Schritt für Schritt Anleitung, die eine schnelle Inbetriebnahme ermöglicht.
Zuerst steckte ich den USB Anschluss in mein Laptop und verband mich mit dem WLAN, das die Sensorbox anschließend aufgebaut hat.

Sobald ich den in der Anleitung angegebenen Netzwerkschlüssel eingab wurde ich mit der Sensorbox verbunden.
Im Browser öffnete ichdie Konfigurationsseite, wähle mein eigenes WLAN und gab meinen eigenen Netzwerkschlüssel ein.
… und schon verband sich die Sensorbox mit meinen WLAN
Nachdem ich auch mein Notebook wieder mit meinem WLAN verbunden habe, konnte ich das Openandhome Dashboard öffen und hatte meine Daten verfügbar 🙂

Natürlich habe ich diese Seite sowohl am Laptop als auch auf meinem Smartphone sofort als Favorit abgelegt.

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Smarte Heizungssteuerung

Für meine „händische“ Heizungssteuerung bin ich schon lange auf der Suche nach einer smarten Lösung. Mein Energiehaushalt stellt sich folgendermaßen dar: Meine Solaranlage erzeugt ausreichend Warmwasser im Sommerhalbjahr. Sobald diese Wärmemenge nicht mehr ausreicht heize ich das Wasser über den Wärmetauscher meines Stückholzofens, der sozusagen als „Abfallwärme“ über Luftkonvektion noch einzelne Zimmer heizt.

Dem gegenüber stehen zwei Verbraucher: Meine Gebäudeheizung und das Brauchwasser, zum Beispiel für Duschen etc. Während die Fußbodenheizung mit Vorlauftemperaturen von unter 30° C auskommt benötige ich für das Brauchwasser natürlich höhere Temperaturen. Um diese beiden Energielevel voneinander zu trennen besitze ich einen Wasser-Schichtenspeicher.

Die spannende Frage ist dann jeweils, ab wann muss der Holzofen befeuert werden. Wenn sich zum Beispiel die Heizwassertemperatur gerade an der Untergrenze befindet, aber die Sonne aufgeht und ein wolkenloser Tag bevorsteht, muss nicht neu angeheizt werden. Allerdings ist dazu eine gewisse Erfahrung und vor allem der Zugriff auf die Temperaturen in meinem Speicher nötig.

Der besitzt zwar Temperatursensoren, diese sind aber in die Heizungssteuerung eingebunden, nur im Heizraum verfügbar und nicht komfortabel ablesbar.

Ich suchte also eine Möglichkeit die aktuellen Temperaturen im Speicher für meinen Heiz- und den Warmwasserkreis jederzeit im Blick zu haben.

Mit einer Sensorbox von OpenAndHome konnte ich das jetzt sehr einfach realisieren 😊 Da nur für die Stromversorgung ein USB-Anschluss nötig ist, war ich sehr flexibel und brachte sie im Heizraum in der Nähe des Pufferspeichers und meiner Solaranlage an. So habe ich alles an einer zentralen Stelle. Die Datenübertragung erfolgt nämlich über mein eigenes WLAN-Netz und ist deshalb für andere nicht einsehbar, ein deutlicher Vorteil gegenüber offenen Cloud-Lösungen.

Die Sensorbox neben meiner Solar-Steuerung. Die langen Kabel machen sehr flexibel – ich habe nur einen Teil benötigt.

Auch die langen mitgelieferten Sensorkabel trugen zur Flexibilität bei. Ich führte Sie von der Sensorbox über bereits vorhandene Kabelschächte bis zu meinem Pufferspeicher. Der geschlitzte Isoliermantel ermöglichte es mir die Kabel innerhalb der Isolierung bis zur Position der Sensoren zu verlegen. Damit liegen sie nicht am Metallbehälter meines Speichers an und sind entsprechend vor hohen Temperaturen geschützt. Lediglich die Sensoren selbst berühren die metallische Außenhülle meines Pufferst und zwar der Sensor für die Fußbodenheizung in meinem Fall bei 100cm und der für Warmwasser bei 150 cm über Fußboden. Diese beiden Höhen habe ich der Montageanleitung des Speichers entnommen.

Wenn die Isolierung wieder geschlossen wird, liegen nur die Sensoren selbst an der Metalloberfläche des Pufferspeichers (schwarz) auf.

Anschließend habe ich die Sensorbox in meinem WLAN-Netzwerk eingebunden. Dank der mitgelieferten Schritt-für-Schritt Anleitung kein Problem. Sofort konnte ich über die entsprechende http-Adresse meine beiden Temperaturen auf jedem Internetfähigen Gerät abrufen.

Das war mir jedoch nicht komfortabel genug. Ich programmierte ein entsprechendes Script in der Smartphone-App „Tasker“ und übertrug diese beiden Werte an eine weitere App („Minimalistic Text“), die sie mir jetzt immer auf meinem Homebildschirm, stündlich aktualisiert darstellt. Da dort die aktuellen Wetterbedingungen und -prognosen verfügbar sind, kann ich jetzt wesentlich effektiver meine Heizung steuern 😊

Alles immer im Blick: Temperatur WarmWasser bei 67°C und FußBodenHeizung bei 38°C – daneben das aktuelle Wetter und die Prognose

Als nächste Schritte könnte ich mir eine Einbindung weiterer Sensoren, zum Beispiel Temperatur in einzelnen Räumen und Außentemperatur vorstellen. Außerdem möchte ich zukünftig auch meine Daten aufzeichnen um daraus weitere Erfahrungen für mein System zu sammeln. Das könnte dann wieder die Basis für weitere Programmierungen und Automatisierungen sein.

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Qualitätssicherung der Temperaturfühler bei Wareneingang

Screenshot Testboard

Unsere Fühler werden nach der Lieferung von uns getestet und geprüft.

Hierbei werden die Fühler in folgender Hinsicht qualitätsgesichert:

  • Zuverlässigkeit der Messungen
  • Genauigkeit der Messungen

Dafür haben wir uns ein PCB-Board entworfen welches es uns ermöglicht 12 Sensoren gleichzeitig zu testen.

Rahmenparameter für das Design des Boards:

  • Bohrungen für einen Wemos D1 Mini sind vorhanden.
  • Standardwiderstand sind 4,7 KOhm.
  • Standardmäßig werden 3 Sensoren an einem GPIO geprüft.
  • Testweise Einstellungen:
    • Ein Teil der Sensoren kann auf 2,2 KOhm umgeschaltet werden.
    • Es können bis zu 6 Sensoren an einen GPIO geschaltet werden.

Jeder einzelne Sensor wird geprüft, unzuverlässige Sensoren werden aussortiert und Temperaturabweichungen bei Bedarf korrigiert.

Die Messungen werden von uns protokolliert.

Es werden in die Sensorboxen nur Sensoren eingebaut, welche die Qualitätssicherung bestanden haben.