Slimme Centrale Verwarmingsketel Besturingsbox – Efficiënt Energiemanagement

Onderdelen en Benodigdheden

Over dit Project

Inleiding

Als je een centrale verwarming met een gasketel in huis hebt, met een kamerthemostat in de woonkamer, schakelt de thermostaat de ketel uit zodra de woonkamer warm genoeg is. De ketel wordt dan voor het hele huis uitgeschakeld, waardoor het onmogelijk is om andere kamers te verwarmen. Als je een open haard of houtkachel in de woonkamer hebt, is de rest van het huis koud wanneer je die gebruikt. Je ketelleverancier lost dit normaal op door een weer-afhankelijke regeling of climatische regeling te installeren. Dergelijke systemen hebben echter nadelen, zoals een hoge gasrekening. En ze werken slecht in combinatie met vloerverwarming. De ketelbesturingsbox is een betere en goedkopere oplossing.

Kenmerken

• Geeft de mogelijkheid om andere kamers in het huis te verwarmen, zelfs als de woonkamerthermostaat de CV-ketel aangeeft uit te schakelen (override-functie).
• Heeft schakelaars op het frontpaneel voor zowel tijdelijke als permanente override.
• Maximale ketelwatertemperatuur instelbaar op het frontpaneel.
• Frontpaneel LCD (4 x 20) toont gemeten keteltemperatuur, ingestelde maximum keteltemperatuur, override aan/uit met resterende tijd of 'permanente override', klepbeschermingsprogramma als actief (met resterende tijd), aantal keren dat het klepbeschermingsprogramma heeft gedraaid, REBOOT als er een herstart heeft plaatsgevonden.
• 'Fail-safe': als de Ketelbesturingsbox (KBB) stroomloos is, bedient de kamerthemostaat de CV-ketel op de normale manier en werkt de verwarming normaal.
• Watchdog die de KBB herstart in het onwaarschijnlijke geval van een softwarecrash.
• Het systeem heeft een elektrische klep (gemotoriseerde klep) nodig in de vloerverwarmings aanvoer. Als er al een weer-afhankelijk regelsysteem in de huidige CV-installatie zit, is deze klep al aanwezig.
• Het ingebouwde Klepbeschermingsprogramma voorkomt dat de gemotoriseerde klep vastzit door hem ongeveer elke 24 uur een keer te sluiten en openen.
• Optimale watertemperatuur in vloerverwarmingspijpen, in tegenstelling tot een traditioneel weer-afhankelijk regelsysteem. Watertemperatuur in vloerverwarming is onafhankelijk van de buitentemperatuur.
• Geen pendelen van de ketel.

Voordelen

• Verwarming van alle kamers in het huis is mogelijk en onafhankelijk van de woonkamertemperatuur.
• Comfortabele woonkamertemperatuur door optimale watertemperatuur in vloerverwarmingspijpen. Volledige controle over watertemperatuur in vloerverwarmingspijpen (in tegenstelling tot een conventioneel climataatregelsysteem / weer-afhankelijk regelsysteem).
• Lagere gasrekening dan met een traditioneel weer-afhankelijk regelsysteem.
• Langere levensduur van je ketel en minder reparaties aan ketelonderdelen zoals pomp en ventilator.

Hoe het Werkt

De KBB is verbonden met (de thermostaatcontacten van) de ketel, de woonkamerthermostaat en een elektrische klep (gemotoriseerde klep) in de vloerverwarmings aanvoer. De KBB is ook verbonden met een NTC op de warmwater uitvoerpijp van de ketel, die de temperatuur van het uitgaande warm water meet.

Op het frontpaneel van de KBB zit een display dat de temperatuur van het uitgaande warm water (Tgemeten), de ingestelde maximum watertemperatuur als "override" actief is (Tingesteld), override aan, uit of permanente override en het aantal keren dat het klepbeschermingsprogramma heeft gedraaid toont.

Als de KBB niet in de "override" modus is, of als de KBB stroomloos is, is de woonkamerthermostaat verbonden met de ketel en is de vloerverwarmingsklep open. De woonkamerthermostaat stuurt de CV-ketel nu direct. Alsof de KBB er niet was. De LED op het frontpaneel is uit en het display zegt: "Override: UIT." Als de woonkamerthermostaat de ketel aangeeft uit te schakelen, is hij uit ongeacht de temperatuur in andere kamers.

Als we verwarming willen in een van de andere kamers, kunnen we de woonkamerthermostaat "overrulen" door een van de twee knoppen op de voorkant van de KBB te gebruiken. De wipschakelaar kan gebruikt worden voor permanente override. De drukknop kan gebruikt worden voor een tijdelijke override. Als deze wordt ingedrukt, kan een tijdelijke override van één tot acht uur worden gekozen zoals op het display getoond (0-1-2-3-4-5-6-7-8-0... uur). Als de KBB in de override-modus is, staat dat op het display en brandt de LED op het frontpaneel.

In de override-modus neemt de KBB de controle over de CV-ketel over. Hij schakelt de ketel uit als de gemeten temperatuur van het keteluitgangswater de ingestelde maximumtemperatuur Tset overschrijdt (op de afbeelding 59 °C). Hij schakelt de ketel aan als de gemeten temperatuur daalt onder (Tset - h), waarbij h de hysterese van 20 °C is. In ons geval schakelt de KBB de ketel aan als de uitgaande watertemperatuur onder 39 °C daalt. De hysterese h kan in de sketch gewijzigd worden indien gewenst. De KBB houdt nu de watertemperatuur van de CV tussen 39 °C en 59 °C. Elke kamer kan nu onafhankelijk van de woonkamerthermostaat worden verwarmd. Kamertemperaturen kunnen, indien gewenst, worden geregeld door thermostatische kraanventielen op de radiatoren.

De woonkamertemperatuur wordt nu geregeld door de woonkamerthermostaat door de elektrische klep in de vloerverwarming open of dicht te doen.

Hoe het te Bouwen

Het bouwen is redelijk rechttoe rechtaan. Verbind de componenten zoals getoond in het schema. De 5V uitgang van de Arduino Uno moet verbonden worden met alle +5V verbindingen (pijlen). Ook alle ground pins met elkaar verbinden.

De KBB wordt gevoed door een externe 12V DC voeding aangesloten op de Arduino. De +5V uitgang van de Arduino is niet krachtig genoeg om zowel het LCD als de relaismodule te voeden, dus de relaiscircuitry op de laatste wordt gevoed door een aparte 5V geschakelde voeding, de LM2596. De LM2596 krijgt zijn stroom direct van de externe 12V voeding. De jumper op de relaismodule, die Vcc en JD-Vcc verbindt, moet verwijderd worden. Volg het schema zorgvuldig.

Download de sketch en upload hem naar je Arduino en je bent klaar.

Wat je nodig hebt:

• Arduino Uno
• 8-Relay Module
• LCD display 2004A
• LM2596 5V geschakelde voedingsmodule
• 12V DC externe voeding
• B+B Thermo Technik TS-NTC-103 (10kΩ)
• Metalfilm weerstand 10kΩ, 0,1% tolerantie
• Potmeter 10kΩ lineair (chassis)
• Trim potmeter 10kΩ
• Weerstand 820 Ω (tolerantie niet belangrijk, 10%, 5% of beter)
• Weerstand 1500 Ω (tolerantie niet belangrijk, 10%, 5% of beter)
• Weerstand 10 kΩ, tolerantie niet belangrijk (2 stuks)
• Condensator 0,1 uF (=100nF) 16V (2 stuks)
• Elco 470 uF 16V
• Drukknop (normaal uit)
• Wipschakelaar
• 4 connectoren 2,5mm (chassis)
• 1 stekker (chassis)
• 4 losse connectoren 2,5 mm
• LED, lage stroom, bv. Kingsbright L53 LYD geel
• Behuizing

Installatie

Steek de connectoren van de elektrische klep, de woonkamerthermostaat en de CV-ketel in de juiste connectoren van de KBB. Zorg dat de draden van de NTC goed geïsoleerd zijn, bv. met krimpkousen. Monteer de NTC op de warmwater uitlaatklep van de ketel met tyraps. Steek de connector van de NTC in de juiste connector van de KBB. Steek de 12V voeding in de stekker van de KBB en de voedingsstekker in het stopcontact.

De KBB in Gebruik Nemen

Na het insteken van de voedingsconnector in het stopcontact toont de KBB een bericht dat hij opstart. Ook de versie van de sketch wordt getoond.

Als de wipschakelaar voor permanente override in de uit-positie staat, verschijnt het volgende scherm na het opstarten. Het scherm toont de gemeten temperatuur van het keteluitgangswater (Tgemeten), de ingestelde maximumtemperatuur van het keteluitgangswater (Tingesteld), de overridestatus (uit) en dat de KBB is opgestart.

Om het bericht "OPGESTART" te wissen, zet de wipschakelaar in permanente override positie en druk de tijdelijke override knop. De LED zal branden. De ketel kan door de KBB worden ingeschakeld tijdens deze handeling.

In het display is het bericht "OPGESTART" nu vervangen door "#VP=0" wat aangeeft dat het Klepbeschermingsprogramma (#VP) 0 keer heeft gedraaid sinds de KBB opgestart is (zie Klepbeschermingsprogramma).

Zet de permanente override wipschakelaar terug in de uit-positie. De LED gaat uit.

Klepbeschermingsprogramma

Het Klepbeschermingsprogramma draait ongeveer elke 24 uur. Het sluit de elektrische klep en opent hem weer om te voorkomen dat hij vastzit. Elke keer dat het VPP draait, wordt de teller #VP verhoogd. Na #VP=99 gaat het terug naar nul. Tijdens het draaien toont het VPP de resterende tijd in het display van de KBB. Totale duur van het programma is 15 minuten. Dit kan lang lijken, maar veel elektrische klepen hebben meerdere minuten nodig om te reageren. Als de override-functie is gebruikt, zal de eerste VPP-uitvoering ongeveer 24 uur na uitschakelen van de override-functie plaatsvinden.

Watchdog

In het onwaarschijnlijke geval van een softwarecrash zal de ingebouwde watchdog de KBB herstarten. Tijdens het herstarten wordt het bericht "HERSTART BEZIG" getoond op het LCD. Na de herstart functioneert de KBB normaal. Het bericht "#VP=.." wordt vervangen door "HERSTART" om de gebruiker te informeren dat een herstart heeft plaatsgevonden. Het bericht kan gewist worden zoals beschreven onder "De KBB in gebruik nemen".

Code

Ketelbesturingsbox Sketch v 1.3

De code is beschikbaar als download.

Schema's

Schema's zijn beschikbaar in de projectdocumentatie.