Problemen met de centrale verwarming

De eerste reden is het ralatief hoog verbruik veroorzaakt onder andere door de traagheid van de installatie (eerst moet het water, de leidingen en de radiatoren opgewarmd worden) maar ook de verliezen. Als ik mijn kamer op de tweede verdiep 's nachts opwarm, dan gaat meer dan de helft van de warmte verloren in muren en in de kelder. 's Morgens vroeg is het warmer in de kelder dan in mijn slaapkamer. Leuk om met een warme auto naar het werk te vertrekken, maar als dat ten koste gaat van het verbruik hoeft het voor mij niet. Een ander probleem is dat als de auto nat binnengereden wordt in de garage, die de dag nadien nog altijd nat is. Toen de centrale verwarming nog werkte had ik een droge (en relatief warme) garage.

Op een weekdag in de winter heb ik een gasverbruik van 4 à 5 meter gas, dus 45 à 55kW per dag om een huis te verwarmen, enkel 's avonds op 19° (3 uur), 's nachts op 16° (9 uur) en als ik weg ben op 12° (12 uur). Het is tot nu toe niet echt koud en ingesteld op 12° start de brander zelfs niet. Een overgedimmensioneerde centrale verwarmingsinstallatie is niet de meest rendabele oplossing voor een rijhuis.

De brander van de centrale verwarming heeft een vermogen van 24kW, maar dat vermogen kan niet effektief gehaald worden (na een 5-tal minuten, als het water op temperatuur is werkt de brander maximaal 50% van de tijd): de radiatoren kunnen het vermogen niet overbrengen naar de ruimte. Dit komt onder andere door het feit dat ik meestal enkel de living of enkel de kamers opwarm. Die 24kW is echter wel nodig om het water, de leidingen en de radiatoren voldoende snel op te warmen.

Ook het electrisch verbruik gaat naar beneden: de kleppen, de circulateur en de brander moeten niet meer aangestuurd worden. Op termijn zal de volledige computerinstallatie stilgelegd worden: het scheelt 28W (computerverbruik) en eveneens ongeveer 28W om de verwarming zelf te sturen (het electrisch verbruik van mijn installatie staat hier). Op een dag valt het verschil niet op tussen de ruis, maar per maand dat de verwarming ingeschakeld is maakt dat een verschil van 22€. Bijna 10% van mijn electrisch verbruik komt van de computersturing van de verwarming.

Nog een reden om over te schakelen is dat ik nog steeds met een windows-98 computer werkt. Dergelijke computers gaan niet ombeperkt mee: in die 20 jaar heb ik 5 computers "versleten". BEEP BEEP BEEP tijdens de POST sequentie en verder geen leven meer te bespeuren. Het wordt echter moeilijker en moeilijker om nog computers te vinden die nog onder windows 98 willen draaien (ik heb windows 98 nodig om de parallele poort direct te kunnen aansturen via de software).

De hele software aanpassen om met een recentere windows versie te werken is heel veel werk (en ik heb geen goesting meer om 7000 lijnen kode te herschrijven). Ik weet zelfs niet of windows 10 zou toelaten dat ik dergelijke software zou draaien. Met windows 98 was alles mogelijk, met XP moest je je pro versie gebruiken en ik vrees dat je tegenwoordig een dure server-versie van windows nodig hebt om eigen services te draaien. Een versie die om de twee weken een update nodig heeft, update die ervoor zorgt dat je software niet meer werkt... Daarom dat het werken met windows 98 zo leuk was! Het werkte en het bleef werken, ik heb nooit de computer moeten herstarten tijdens het stookseizoen. Enkel bij de overgang van zomertijd naar wintertijd en omgekeerd liep de computer vast.

Mijn eerste eigen webserver draaide op windows 98 (ondertussen al meer dan 20 jaar geleden), en had ik het op een moderner operating system moeten leren, dan had ik er waarschijnlijk de brui aan gegeven.

Het voordeel van de gaskachel is evident: de living warmt veel sneller op omdat er eerst geen water opgewarmd moet worden. De gewenste temperatuur wordt in maximaal 20 minuten bereikt (temperatuurstijging van 4° per 30 minuten), tegen dan ben ik gesettled en kan ik van de warmte genieten. Met de centrale verwarming heb ik een initiële temperatuurstijging van 2° per 30 minuten, ook omdat er geen warmte voelbaar is de eerste 10 minuten. De temperatuurstijging blijft beperkt tot 4° per uur omdat de radiatoren niet meer warmte kunnen afgeven.

1: temperatuurregeling centrale verwarming 2: Eerste metingen met gasvuur Eerste ingreep: verplaatsing van de thermostaat 3: metingen met warmteversneller (week) 4: metingen met warmteversneller (weekend) 5: Metingen en berekeningen

Problemen met de gaskachel

De ruimtetemperatuur loopt daardoor zodanig op dat je geneigd bent de thermostaat lager te zetten, om dan 30 minuten later de thermostaat weer te verhogen omdat het koud begint te worden (een temperatuurverschil van 4° is zeer goed te merken).

Grafiek 2
Het tweede grafiek toont de temperatuursevolutie, waarbij je 's morgens het pendelgedrag goed kan zien. Om 6.30 werd de verwarming uitgeschakeld. Het verloop van de temperatuur in de avond is instabiel omdat ik de thermostaat heb verplaatst (warmteversneller). Vanaf 21 uur is alles klaar en wordt er overgeschakeld op de nachtstand (16°). We hebben een oscillatie van 1° wat al heelwat beter is.

In feite is het niet koud genoeg opdat de gaskachel constant zou werken (ik heb een continu-vermogen van 5kW nodig om het huis op nachttemperatuur te houden in de winter). Met de warmere winters had ik misschien beter gekozen voor een kachel van 8kW in plaats van 11kW, maar dan kan het huis niet snel genoeg opwarmen als ik thuis kom.

De eerste stap die ik gedaan heb in afwachting dat mijn project klaar was, is de thermostaat dichter bij de behuizing geplaatst, zodat de thermostaat werkt alsof die een warmteversneller zou hebben. De verplaatsing is van de witte houder naar een plaats half in de behuizing. Door het sterk pendelgedrag te onderdrukken zal straks de externe servoregeling veel beter werken.

Een gasconvector warmt de lucht en veroorzaakt een gelaagdheid. De bovenste luchtlagen zijn goed warm, terwijl de onderste lagen nog koud zijn. De thermostaat is echter laag geplaatst, waardoor die de warmte van de ruimte niet correct kan meten. Als die uiteindelijk uitschakelt, dan is het al te warm in de ruimte. Het systeem had beter gewerkt gewoon door de thermostaat hoger te plaatsen.

Oude mechanische thermostaten hebben een warmteversneller, een klein weerstandje dat warmte produceert als de centrale verwarming ingeschakeld is. Daardoor bereikt de thermostaat sneller de afschakeltemperatuur en is er geen overshoot. Door de thermostaat dichter bij de behuizing te plaatsen bereik ik ongeveer eenzelfde effekt.

Grafiek 3
Het grafiek toont de evolutie van de temperatuur gedurende de week. Het oscillerend gedeelte is bij de ingestelde stand 3 (nacht). De regeling aan-uit is al veel beter, maar het systeem is nog niet optimaal. Als de temperatuur bijna bereikt is, dan gaat de brander minder sterk werken en zelfs vroegtijdig uitschakelen. Dan koelt de behuizing af en schakelt de verwarming weer in. Deze ingreep heeft twee gevolgen: de buitentemperatuur zal een sterkere invloed op de binnentemperatuur hebben en het bereiken van de gewenste temperatuur gaat trager in het laatste gedeelte. Dit is een normaal effekt met een PID regelaar met sterk "D" component.

Grafiek 4
De invloed van de externe factoren is niet echt duidelijk, maar een stijging of daling van de buitentemperatuur is merkbaar binnen. Op deze grafiek hebben we een stijgende buitentemperatuur tot rond de middag, dan hebben we een koud front gekregen.

• Eerst gebeurt er niets.
• Dan schakelt de verwarming in op zijn minimaal vermogen en dit vermogen blijft behouden.
• Als de warmtevraag verder stijgt, dan stijgt het vermogen vanaf een bepaalde waarde van de warmtevraag.
• Als het maximaal vermogen bereikt is, dan zitten we op de bovenste limiet.

Een ander probleem dat opgevangen moet worden, is dat de temperatuurregeling verloopt. De ene dag stel je de temperatuur in op stand 4 en bekom je een gemiddelde temperatuur van 20°, de andere dag bedraagt de temperatuur 19°. De electronische regeling met arduino moet dit oplossen...

Het probleem van de mechanische thermostaat komt duidelijk naar voren in figuur 5. De thermostaat heeft een hysteresis van meer dan een graad, maar wordt ook beinvloedt door de restwarmte van de kachel. De servomotor plaatst de thermostaat op een welbepaalde positie (de originele nummers zijn niet mer zichtbaar). De servomotor van een positie tussen 0 en 180 innemen,wat ongeveer overeenkomt met een cijfer van 0 tot 6. De loppeling tussen servomotor en thermostaat is stevig en er is geen speling.

Horizontaal hebben we rode ku-ijnen die de in- en uitschakelpositie van de thermostaat voor ene welbepaalde temperatuur. Een voorbeeld: bij 18° schakelt de verwarming in op stand 47 en schakelt uit op 62. Deze cijfers op zich hebben, geen nut, maar je kan de hysteresis benaderen: bijvoorbeeld bij een thermostaatpositie van 70 zou de verwarming moeten inschakelen bij 18.6 en uitschakelen bij 19.6° (dat is de blauwe lijn).

Vertikaal geven de groene lijnen aan de effektieve in- en uitschakeltemperatuur voor een welbepaalde thermostaatpositie. Voor een thermostaatpositie van 75 wordt de verwarming ingeschakeld bij 18.35° en uitgeschakeld bij 19.35°

De arduino gebruikt de absolute thermostaatposities enkel als beginwaarde. Als er een bepaalde temperatuur gevraagd wordt, dan gaat de motor naar een vooraf ingestelde positie, bijvoorbeeld 65 voor 18°. Dan wordt de thermostaat stapsgewijs bijgesteld om de 15 of 45 seconden. Wordt de temperatuur niet bereikt, dan wordt de thermostaat met een stap verhoogd. Om de 15 seconden als de convector niet werkt, om de 45 seconden als die wel werkt. Omgekeerd, de temperatuur wordt om de 15 seconden verlaagd als de temperatuur bereikt is en de convector nog aan is.

De waarden boven 85 worden niet gebruikt als beginwaarde, maar worden enkel bereikt door het stappen, on de gewenste temperatuur sneller te bereiken, het vermogen gaan dan van 5.7kW naar 11kW.