- Luftvolumen feststellen
-Temperaturlogger
- Globalstrahlung
- Excel
- Arduino
Ohne Formeln geht ab hier nun nichts mehr.
Nun ja, die Messwerterfassung ist für den Betrieb nicht notwendig.
Wer das nicht braucht oder möchte lässt es einfach weg.
Aber ICH bin neugierig.
Welche Leistung erreicht wird und welche Energie für meine Heizkostenermittlung produziert wurde ist für mich sehr interessant.
Und nur so kann zweifelsfrei ermittelt werden, ob sich so ein Kolli auch wirklich rechnet oder in die Schublade Hobby gehört, siehe 8. Wirtschaftlichkeit.
Luftvolumen feststellen
Mir reicht es vorerst das Lüftervolumen einmal festzustellen (und gegebennen Falls von Zeit zu Zeit zu prüfen) und in meine Berechnungen zu übernehmen. Der Lüfter läuft ja auch nur in einer Geschwindigkeit (volle Pulle). Im Zuge der Arduinosteuerung ist dann das auslesen der Lüftergeschwindigkeit möglich und wird in Echtzeit erfasst und geloggt. So wird auch eine variables Luftvolumen durch Drehzahlreglung erfasst.
Also genügt erst einmal ein Anemometer.
mein Anemometer bei eBay erstanden, Preis 12€
Da die Daten der Lüfter im Datenblatt unbrauchbar für eingebaute Lüfter sind, muss ich erst einmal feststellen, wieviel Luftvolumen aus dem Kolli ins WoZi kommen. So kommen realistische Werte zu Stande (incl. Messfehler *lach*), egal wie hoch der Luftwiederstand im Kolli ist.
Der Lufteinlass ins WoZi ist 12 * 20 cm = 0,024 m2
Formel: Q= v*A,
Luftvolumenstrom (m3/h) = Luftgeschwindigkeit (m/s) * Querschnittsfläche (m2) * 3600
in meinem Fall: 1,8 m/s * 0,024 m2 * 3600 sek = 155 m3/h
durch den Spectre Pro 200 Lüfter im 16 Volt- Betrieb.
Temperaturlogger Conrad
Conrad Temperaturlogger Baustein 7-14 Volt Messbereich -55 bis +125 Grad
Plus:
- Funktioniert mit bis zu 12 digitalen „DS1820“-Temperatursensoren.
- nur 13€!,
- Aufzeichnungsintervall einstellbar
- zeichnet unabhängig vom PC auf
- nur mit Software-Terminal auslesbar
- nur ein DS 1820 - Sensor dabei
- Minustemperaturen unterbrechen die Aufzeichnung ohne das das während des Betriebs angezeigt wird. Ich habe zwar Minustemperaturen aufzeichnen können, aber der Wechsel eines Sensors vom Plus in den Minusbereich oder anders herum unterbricht die Aufzeichnung
- nur ca 32.000 Messwerte speicherbar -> für 4 Sensoren a 1min = 133h (5,5 Tage)!!
- kein Zeitstempel für die Werte, also Startdatum und Zeit merken!
- Programmieradapter USB kostet noch mal 17€ -> funktioniert dafür tadellos
- Kein Auswertprogramm dabei
Ich habe 4 Sensoren ( Kolli1,2 , Wozi und Aussen ) angeschlossen.
Fazit: Der Logger ist unschlagbar günstig wenn auch etwas tricki. Besser wie kein Logger. Da ich Excel mit VBA beherrsche, ist das Aufbereiten und Auswerten von diesen Daten kein Problem, aber nicht für jeden geeignet. Und so habe ich zum ersten Mal verwertbare und realistische Daten!
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Auch hier rückt für mich der Arduino als Steuereinheit, Logger und Server ins Blickfeld.
Globalstrahlung
Was ist Globalstrahlung?
https://de.wikipedia.org/wiki/Globalstrahlung
Globalstrahlung setzt sich aus direkter Strahlung und indirekter Strahlung zusammen.
Das wird später noch mal wichtig!
Wofür braucht man Globalstrahlungswerte?
Um die Effizienz des Kollis zu berrechnen.
E Kolli = E Globalstr. - E Verlust // E Globalstr / E Kolli = Effizienz
Mann könnte auch theoretisch die Leistung des Kollis berechnen und dadurch Vergleiche mit anderen Kollis ziehen.Oder Verbesserungspotiental auf die Spur kommen.
Mann kann aber auch Messfehler (Temperatur, Luftvolumen) auf die Spur kommen. Schliesslich kann ja nicht mehr Wärmeleistung erzeugt werden wie Globalstrahlungsleistung ankommt. Zwangsläufig muss die Wärmeleistung unterhalb 90 % von der Globalleistung liegen. Eher was um die 50-80 %. (beim Abkühlprozess zB gegen Abend wird zwar mehr wie 100 % erzeugt da der Kolli auch etwas Wärme gespeichert hat und diese wieder abgibt, aber die Tagesbilanz sollte bei 50- 80 % liegen) Und das wiederum finde ich sehr interessant! Quasi eine Gegenprüfung.
Das setzt aber vorraus, das die gesammte ankommende Strahlung in Kollektorebene ermittelt wird.
Achtung! Die gleichzeitige Messung in der Waagerechten und Senkrechten ergeben unterschiedliche Werte. Einmal durch Unterschiede in der indirekten Strahlung (Reflexion der Umgebung) und durch den Winkel zu Sonne. Im Winter kann ein Kollektor an der Wand also doppelt so viel Strahlungsenergie empfangen als ein Kollektor in der Waagerechten.
Wie ermittelt man die Globalstrahlung?
Mit einem Pyranometer. Und die Dinger sind einfach schweineteuer!
Oder beim Meteorlogischen Dienst oder zB hier für Hessen (das ist praktisch, da ich in Hessen wohne....): http://www.hlug.de/messwerte/luft/recherche.html
Aber:
Diese Werte sind die gesamte Strahlung in der Waagerechten!
Also die Summe aus direkter und indirekter Strahlung.
Ohne den Anteil der indirekten Strahlung zu kennen ist praktisch kein umrechnen auf eine beliebige geneigte Fläche möglich(zB Fassadenkollektor). Ob der bezahlte Dienst diese Werte anbietet, weis ich zur Zeit nicht, gehe aber davon aus.
In 2014 habe ich einfach die Globalstrahlung *60% Effizienz * Kollifläche als mein Energiegewinn angenommen, weil ich noch kein Logger hatte. Und in Unkenntnis des oben erwähnten Unterschiedes von direkter/ indirekter Strahlung.
2015 zeigte sich, das ich das so nicht nutzen kann. Allenfalls mit 20 % Effizienz.
Hier mal die Aufstellung 2015: Globalstrahlung, daraus errechnete Erwartung und tatsächliche Ausbeute.
In den Monaten Mai bis September habe ich nur teilweise oder gar nicht die Solarheizung genutzt.
Deshalb im Mai und September keine Abweichung.
Wie gesagt, ein direkter Vergleich der Globalstrahlungswerte des HLUG ohne Kenntnis der indirekten Strahlung ist nicht möglich.
Und anschliessend muss noch die Umrechnung auf eine geneigte Fläche erfolgen!
Und es bleibt eine Unschärfe, denn der Kolli beginnt erst zu produzieren bei über 100 W/qm.
Die Hlug- Werte sind aber Durchschnittswerte. Es ist nicht zu sehen, ob im Januar 10 Tage für einige Stunden 500 Watt anlagen (= Kolli produziert) oder 30 Tage kein/ schwacher Sonnenschein mit weniger 100 Watt (= Kolli produziert nicht).
Schade eigentlich :-(
Es gibt zwar die Möglichkeit Globalstrahlung aus einem Photovoltaikmodul zu ermitteln, aber auch das ist mit Fehlern behaftet, da Photovoltaik eine andere Spanne der Globalstrahlung nutzt als der Luftkolli.
Details hierzu: https://www.reinhardt-testsystem.de/_pdf/deutsch/artwetter608.pdf
Und wer noch mehr Theorie braucht (überschneidet sich mit Photovoltaikwissen):
http://www.technik-emden.de/~elmalab/PV_Solar/download/PV_Solar_1.pdf
Nun, eine Solarzelle ist besser wie kein Vergleichswert. Mal sehen....
Excel- Aufbereitung
Aus Temperaturen über 25 Grad (mangels Aufzeichnung, wann der Lüfter anläuft) und Luftvolumen des Lüfters (siehe oben) lasse ich Excel die eingebrachte Heizleistung ins Wohnzimmer berrechnen.
Das Softwareterminal ist in meinem Fall Tera-Term und war kostenlos. Damit läst sich der Conrad-Temperaturlogger per PC bedienen und auslesen und lief bei mir problemlos unter Win7 und 10.
1. Conrad-Logger per USB mit dem PC verbinden und anschliessend Tera-Term starten. Serielle Verbindung auswählen.
2. es erscheint bei mir immer ein leerer Bildschirm. In Einstellungen lassen sich Parameter für den Start des Terminals hinterlegen -> genaueres steht in der Bedienungsanleitung.
3. nun den Logger aus und wieder einschalten. Es erscheint dann ein Menü. Sollte bis jetzt der Logger aufgezeichnet haben, wird die Aufzeichnung beendet. Also zwischendurch mal schauen, was so aufgezeichnet wurde und die Aufzeichnung weiter laufen lassen ist leider nicht möglich. Hier müssen zwingend die Daten gesichert werden (nach Excel oder TXT) sonst sind alle Daten verloren.
Logger zeichnet nur solange auf, wie die Temperatur 0 Grad von einem Sensor nicht über - oder unterschritten wird. Erscheint 85 Grad, ist ein Sensor ausgestiegen (Verbindung unterbrochen, locker), evtl stimmt jetzt die Zuordnung der Sensoren nicht mehr oder es sind nur noch 3 Sensoren!
Wie schon beschrieben, etwas tricki das ganze, manchmal gibt es halt keine Werte aber für das Geld muss man eben mit Unzulänglichkeiten leben. Aber der größte Teil der Messungen lief zufriedenstellend.
Zuerst werden aus TeraTerm- Terminal die Werte ausgelesen und per str+c / str+v in Excel übrtragen. Die liegen dann als Text vor und müssen noch aufgeteilt werden (Excel- Funktion "Text in Spalten"). Ein Macro ist hier behilflich.
Per Macro werden diese Werte in die Tabellen "Analog" bis "Sensor4" eigetragen.
In Tabelle "Sensor2" finden dann die Durchschnittsberechnungen der Temperaturwerte statt.
Das sollte das gleiche Ergebnis bringen, wie die Leistung pro Minute zu errechnen, und dann in der Laufzeit der Kollis zu addieren.
Die benötigten Daten werden dann aus den Tabellen gezogen.
Mit Formeln werden die Kollitemperaturen über 25 Grad zu einem Durchschnittswert zusammengezogen, analog der Laufzeit der Kollis und der dazu gehörenden Wozi- & Aussentemperaturen.
Am 29. April wurden so 434 Minuten Laufzeit (7:14 h), ø Kollitemperatur 32,72 Grad, ø Aussentemperatur 17,29 Grad und ø Raumtemperatur 19,86 Grad mit 121 m3/h Luftvolumen ermittelt. Das sind bei dem 2,6 qm Kolli eine Tages- Leistung von 4048 Wh.
Der 2,4 qm Kolli2 hatte nur 2477 Wh bei 74 m3/h Luftvolumen.
Da war der Lüfter vom Kolli 2 noch mit12 Volt betrieben.
Es wurden max. 42,9 Grad aus dem Kolli1 ins Wozi befördert, das mit 20,8 Grad um 15:24 die höchste Temperatur an diesen Tag erreichte.
Zum nachrechnen hier die Formel: E = m*c*(dT)
Rot unterlegte Werte (21.Apr.) sind Schätzungen aus vorherigen Werten und Globalstrahlung, da der Logger ausgestiegen ist.
Links, grün umrandet sind dann alle Tagesleistungen von Kolli1 & 2 pro Monat zusammengefasst und gehen in meine Verbrauchsdatenerfassung ein.
Und mit einem Doppelklick in Zeile 1485 (per Macro programmiert) kann ich so die schönen Tagesdiagramme mit den Temperaturverläufen in Tabelle "Tag" erstellen.
Arduino
Der Arduino soll dann die Aufgabe des Loggers übernehmen. Die Auswertung/ Sammlung der Daten wir dann weiter in Excel erfolgen. Sicher kann der Arduino auch Leistung erfassen und ausgeben, aber das wird später in Angriff genommen.
weiter mit Arduino gehts dann hier: --> 10. Arduino & ATtiny
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