Das Mutantenproblem

Irgendwer konnte sich nicht mehr genau erinnern, wie es zu diesem Namen gekommen war, der sich inzwischen tief in der Siedlersprache verwurzelt hatte.

Aber er konnte sich sehr gut vorstellen, dass dieses Problem bereits mit der Mutation des Affen zum Menschen und der damit verbundenen Verwendung von Werkzeugen entstanden war. Das Mutantenproblem begegnete ihm quer durch alle Lebensbereiche und Gesellschaftschichten inzwischen so häufig, dass er zum Schluss gekommen war, dass eine bestimmte Gen-Sequenz dafür verantwortlich sein musste…

Ein Mutantenproblem liegt dann vor, wenn von genau zwei Möglichkeiten genau die falsche gewählt wird.

EIN statt AUS, AUF statt ZU, LINKS statt RECHTS, IM statt GEGEN den Uhrzeigersinn, VORLAUF statt RÜCKLAUF, aber auch NORMAL statt INVERS.

Die Wahrscheinlichkeit, das Falsche zu machen, ist beim Mutantenproblem zwar ’nur‘ 50%, die Auswirkung ist aber fatal (‚doppelt falsch‘), weil man nämlich exakt das Gegenteil davon erreicht, was man eigentlich will.

Die Heizungstechnik ist ein Eldorado für Mutantenprobleme.

MP-Feuer

Am Anfang war das Feuer: Es brannte oder nicht, was in einem unmittelbaren untrennbaren Zusammenhang mit WARM und KALT stand – Irrtum ausgeschlossen. Da war die Welt noch in Ordnung:

  • Feuer brennt =  WARM

Dann kam die ‚Zentralheizung‘.

MP-Kessel

Das Feuer brannte im Kessel und Heizungswasser wurde WARM über den VORLAUF in den Heizkreis transportiert und kam KALT über den RÜCKLAUF zurück. Wenn VORLAUF und RÜCKLAUF vertauscht wurden, war das noch nicht wirklich schlimm, weil der Heizkörper am anderen Ende auch so irgendwie seinen Dienst tat.

Doch dann kam der Mischer. Mit ihm die Regelung der Vorlauftemperatur und die Explosion der potenziellen Mutantenprobleme:

(1) Hydraulik: AUF / ZU.

MP-Mischer

AUF bedeutet für den Mischer, dass die Verbindung zwischen Kessel und Heizkreis OFFEN, also der Vorlauf WARM ist:

  • Hydraulik: Mischer = AUF
  • Vorlauf = WARM

(2) Stellmotor Drehsinn: IM / GEGEN den Uhrzeigersinn.

MP-Stellmotor

Die hydraulischen Positionen AUF / ZU werden durch den Stellmotor des Mischers automatisch angefahren, indem der Motor den Drehschieber im Mischer nach RECHTS (IM Uhrzeigersinn = CW (Clockwise)) oder LINKS (GEGEN den Uhrzeigersinn = CCW (Counter Clockwise)) dreht. Also:

  • Stellmotor Drehrichtung  = CW
  • Hydraulik: Mischer = AUF
  • Vorlauf = WARM

(3) Stellmotor: elektrischer Anschluss

MP-Spannung

Der Stellmotor braucht Strom, wobei jede der beiden Drehrichtungen ihren eigenen elektrischen Anschluss (EIN / AUS) hat:

  • Stellmotor Anschluss CW = SPANNUNG EIN
  • Stellmotor Drehrichung = CW
  • Hydraulik: Mischer = AUF
  • Vorlauf = WARM.

(4) Regler Ausgang: EIN / AUS.

MP-Regler

Der Stellmotor ist elektrisch mit zwei Reglerausgängen verbunden (einer für AUF und einer für ZU). Der Regler versorgt einen Ausgang mit Spannung, indem er den Ausgang auf EIN schaltet. Manche Reglerausgänge haben aber zwei Möglichkeiten, das Kabel anzukemmen: NO (= Normal Open = SCHLIESSER) und NC (Normal Closed = ÖFFNER). Also, für den Fall NO:

  • Reglerausgang A1 = EIN  (A2 = AUS)
  • Ausgang A1 NO = SPANNUNG EIN
  • Stellmotor Anschluss CW = SPANNUNG EIN
  • Stellmotor Drehrichung = CW
  • Hydraulik: Mischer = AUF
  • Vorlauf = WARM.

(5) Regelungslogik: NORMAL / INVERS.

MP-Reglerlogik

Der Regler schaltet die Ausgänge gemäß der im Regler programmierten Logik, wobei es (zumindest bei der UVR16x2) für die Mischersteuerung die Möglichkeit gibt, über den ‚Modus‘ die Regelungslogik noch einmal umzudrehen. Also:

  • Regelungslogik: Modus = NORMAL
  • Reglerausgang A1 = EIN  (A2 = AUS)
  • Ausgang A1 NO = SPANNUNG EIN
  • Stellmotor Anschluss CW = SPANNUNG EIN
  • Stellmotor Drehrichung = CW
  • Hydraulik: Mischer = AUF
  • Vorlauf = WARM.

Damit gibt es nur für dieses klitzekleine Beispiel eine besorgniserregende Anzahl von Möglichkeiten, in ein Mutantenproblem zu laufen. Man stelle sich nur vor, der WARME VORLAUF ist LINKS (statt RECHTS) vom KALTEN RÜCKLAUF. Oder: die Leitungen vom Kessel kommen von OBEN statt von UNTEN zum Mischer. Wie muss dann der Mischer eingebaut werden? Und wie muss dann die Drehrichtung des Stellmotors sein?

So wird die Wahrscheinlichkeit verschwindend klein, auf Anhieb wirklich alles richtig zu machen. Das dürfte wohl der wahre Grund dafür sein, warum man am Ende der Mutanenproblem-Kaskade ohne großem Aufwand in der Regelungslogik noch einmal von NORMAL auf INVERS umschalten kann 😉 .

Wer aber glaubt, das war jetzt schon alles – weit gefehlt!

Denn dann kam die Wärmepumpe!

MP-Waermepumpe

Und mit ihr zerbröselte der Glauben, dass VORLAUF immer gleich WARM bedeutet. Denn Wärmepumpen haben auch einen Solekreis, der sich genau umgekehrt zum Heizkreis verhält. Und: Wärmepumpensysteme können auch kühlen, was den HEIZKREIS zeitweise in einen KÜHLKREIS verwandeln kann, sodass:

  • Hydraulik: Mischer = AUF
  • Vorlauf = KALT (!)

Ihr müsst jetzt stark sein! Die Welt ist voller Mutantenprobleme und keiner ist davor gefeit!

Alte Heizung – Neue Regelung: Phase 2 – Programmierung

Die Rahmenbedingungen waren abgesteckt. Nun galt es, der bestehenden Heizungsanlage eine neue Intelligenz einzuhauchen, also zuallererst einmal alle Sensorsignale richtig zu verstehen.

Sensor

Irgendwem erschien es manchmal so, als wäre es eine Frage der Ehre für jeden Heizungshersteller, seinen eigenen Sensortyp zu verwenden. Umsomehr wusste er es zu schätzen, dass er auch diesen Exoten (NTC 5kOhm) in der Auswahlliste für mögliche UVR16x2-Sensoren wiederfand.

Sensor-Eingang-NTC

Aber auch das Ansteuern der Anlage, stellte ihn vor keine großen Schwierigkeiten:

Da noch keine hochgezüchteten elektronisch geregelten Pumpen eingebaut waren, war es neben einem simplen EIN/AUS auch möglich, TRIAC-Ausgänge der UVR16x2 für die Drehzahlregelung zu verwenden.

Auch die eingebauten automatischen Ventile und Heizungsmischer hörten – wie es sich gehört – auf Ein/Aus Signale mit 230V.

Einbindung-Mischer-Bestand

Einbindung und Ansteuerung des bestehenden Heizungsmischers

Und obwohl schon etwas betagt, hatte der Heizkessel einen potentialfreien externen Anforderungskontakt, über den er von der UVR16x2 direkt ein- und ausgeschaltet werden konnte.

Einzig der elektrische Heizstab, der im Warmwasserspeicher eingebaut war, erforderte ein zusätzliches Schütz, das über 230V von der UVR angesteuert werden konnte und das Schalten der hohen elektrischen Leistung übernahm.

Etwas kniffliger wurde es schon mit der Regelungslogik. Denn neben der Steuerung der nicht ganz alltäglichen Hydraulik sollten auch die Schwächen der alten Regelung ausgebügelt werden. Und um spezielle Anforderungen zu erfüllen, musste Irgendwer manchmal schon recht tief in seine Trickkiste greifen …

Regelungslogik

Die grafische Darstellung der Verknüpfung von Funktionsbausteinen im Programmiertool TAPPS war überaus hilfreich, um den Überblick über die Regelungslogik nicht zu verlieren…

Parallel zur Programmierung hielt Irgendwer alle relevanten Einzelheiten vom Hydraulikschema, über die Belegung der Ein-/Ausgänge, die Verdrahtung der Komponenten bis zur Regelungslogik in einem Handbuch fest. Denn der Besitzer sollte ja am Ende in der Lage sein, seine neue Regelung vollständig selbst zu verkabeln und in Betrieb zu nehmen.

Handbuch

Unverzichtbar: Das individuelle Siedler-Handbuch …

Damit wären wohl viele zufrieden gewesen. Nicht aber Irgendwer, der genau wusste, dass der wichtigste Teil erst nach der Inbetriebnahme wartete, nämlich die Optimierung der Regelung und die Anpassung an das tatsächliche Anlagenverhalten.

Daher war es aus seiner Sicht unverzichtbar, zu jeder Zeit – für ihn auch aus der Ferne – einen Überblick über die Anlage zu behalten und ein bestimmtes Regelungsverhalten auch im Nachhinein analysieren zu können.

Daher baute er mit Hilfe des TA-Designer ein Onlineschema, das den aktuellen Anlagenzustand auf eine Blick darstellte…

TA-Designer

Erstellen des Onlineschemas im TA-Designer

… und selektierte kritische Messwerte und Regelparameter, die er in die  Datenaufzeichnung aufnahm.

Konfiguration Datenlogging

Konfiguration des Datenloggings in TAPPS

Jetzt musste er nur noch warten, bis der Siedler seine neue UVR16x2 beschafft, über das CMI erfolgreich mit dem Internet verbunden, und ihm Fernwartungszugang gestattet hatte.

CMI-Fernwartung

Fernwartung über CMI und das Webportal der Technischen Alternative

Dann folgten noch einige Standard-Fernwartungs-Handgriffe: Firmware von CMI und Regler aktualisieren, Funktionsdaten und Onlineschema aufspielen, Abruf der Messdatenaufzeichnung über Winsol konfigurieren.

Und damit war alles bereit für die Inbetriebnahme …

Alte Heizung – Neue Regelung: Phase 1 – Konzept

Es soll ja Heizungen geben, die klaglos funktionieren.

happy

Bei vielen lernt man aber über die Zeit ‚kleine Mätzchen‘ kennen und lieben, die man als ’normal‘ akzeptiert, die man mit ‚gewissen Handgriffen‘ aber relativ problemlos beheben kann.

Aber dann gibt es Anlagen, deren Verhalten immer wieder überrascht, und die ohne permanente Aufsicht keinen zufriedenstellenden Komfort liefern können.

so sad

So wusste auch jener Siedler eine lange Leidensgeschichte zu erzählen, als er sich an Irgendwen wandte. Was hatte er nicht schon alles versucht, um nach jenem Einbau der thermischen Solaranlage eine akzeptable Anlagenperformance zu erreichen. Erfolglos. Diverse Untersuchungen und Schlussfolgerungen hatten nur ergeben, dass

‚… die Hydraulik soweit in Ordnung und das Problem wohl in der Regelung zu suchen sei …‘.

Aber für diese nicht mehr ganz zeitgemäße Regelung, die aus mehreren Modulen mit beschränkten analogen Einstellmöglichkeiten bestand, erschien eine systematische Analyse und Optimierung aussichtslos.

Regelung-Bestand

Das hatten selbst die herbeigerufenen Techniker des Herstellers eindrucksvoll bewiesen.

Also war der einzige Vorschlag, den Irgendwer machen konnte, den Ersatz dieses Urgesteins durch eine frei programmierbare Universalregelung UVR16x2 zu prüfen.

UVR16x2

Da dieser Siedler bereit uns willens war, bei Irgendwessen Fernanalyse tatkräftig zu unterstützen und bei der Umsetzung der Lösung auch selbst Hand anzulegen, war man sich schnell über eine weitere Vorgehensweise einig.

Bestandsaufnahme. Neben zwei nicht mehr ganz aktuellen Hydraulikschemen, fanden sich diverse Handbücher und Datenblätter, die in einem gemeinsamen Online-Ordner gesammelt wurden. Ein Erfahrungsbericht und eine Foto-Safari durch den Heizraum komplettierten die Aufnahme des Ist-Zustandes.

Hydraulik-Bestand

Ja, und dann gab es natürlich noch die ‚Wunschliste‘, die sich in diesem Fall schon zu einem kleinen Konzept ausgewachsen hatte, in dem sich der Siedler schon ausführlich seine eigenen Gedanken über eine mögliche Optimierung der Anlage gemacht hatte.

Analyse. Jetzt lag der Ball einmal bei Irgendwem, der sich durch die Informationen wühlte und daraus ein aktuelles Hydraulikschema kondensierte, in das alle Regelungskomponenten – vom Temperatursensor über Pumpen und Umschaltventile bis zum Sicherheitsthermostat – eingezeichnet wurden.

Hydraulik-Neu

Das ging nicht ganz ohne die Mithilfe des Siedlers, der in der einen oder anderen Heizraum-Expedition auch noch die letzten Details der Anlagenkomponenten in den hintersten Winkeln ablichtete.

Umschaltventil

Fragen und Details wurden über E-Mails abgestimmt – was auch zum Tüfteln und zum ‚in Ruhe Nachlesen‘ eine große Hilfe war.

Konzept. Aus den Analyseergebnissen und der Wunschliste des Siedlers konzipierte Irgendwer einen Lösungsvorschlag basierend auf der UVR16x2 und einem CMI.

Innerhalb der Grenzen der Hydraulik war die gewünschte Regelungslogik mit der UVR umsetzbar. Und es konnten praktisch alle bestehenden Komponenten eingebunden werden.

Einbindung-Ventil

Zusätzlich sollte aber endlich auch das Rätselraten über das tatsächliche Anlagenverhalten der Vergangenheit angehören. Der Momantanzustand sollte in einem Online-Schema dargestellt und sämtliche Sensorwerte und Schaltzusände aufgezeichnet werden.

Nachdem das Konzept mit dem Siedler besprochen und verfeinert worden war, war die Phase 2 startklar: die Reglerprogrammierung. – Aber das ist eine andere Geschichte

Ingenieurssoftware-Archäologie

Ingenieurssoftware hat oft eine kleine aber feine Zielgruppe – ein Grüppchen, das globale Softwarekonzerne nicht unbedingt im Visier haben. Dementsprechend atmet die Benutzeroberfläche oft nolstalgisch-spartanischen Charme.

Aber auch in den Tiefen solcher Software gibt es aufsehenerregende Funde aus dem Software-Paläozoikum – genau das richtige für das Elkement, das diese Bugs versteckten Features unerbittlich erschnüffelt. Von einem Paradebeispiel aus der täglichen Schnüffelpraxis soll diese Geschichte handeln! Wie der prähistorische Schnüffler aus Ice Age ist das Elkement beharrlich … und wird aber am Ende ausgetrickst.

Was man hätte sehen sollen (in jener Software): Ein Bild der Bedienelemente einer Regelung und darüber schwebende Zahlen. Mit Rumspielen an den abgebildeten Knöpfchen hätte man das echte Gerät simulieren können.

Was man sah: Eine Fehlermeldung in einem mutmaßlich fernöstlichen Zeichensatz.

Natürlich fragt der geübte Sniffer als Erstes Google Translate um Hilfe:

Die [XY]-Gerätedatei kann nicht gelesen werden.

… und es gibt tatsächlich eine Datei xydevice.xls … die sich aber mit Excel lesen lässt (?!) … also zumindest lassen sich die überwiegend fernöstlichen Zeichen in den Tabellen darin betrachten.

Nächster Schritt: Wahlloses Durchtesten der üblichen Fallstricke für Software aus vergangenen Epochen? 32bit versus 64bit? Administrator-Rechte? Dateiberechtigungen? Muss eine alte Windows-7-Maschine wiederbelebt werden? … und tatsächlich: Ein einziges Mal sieht der erschöpfte Schnüffler ganz kurz die Animation der XY-Regelung: Beim ersten Test auf einer paläozoischen Maschine (Windows 7 und 32bit). Leider ist der Test nicht reproduzierbar, also wird unerschrocken weitergeforscht.

Ein professionelles Schnüffelwerkzeug – Microsoft Sysinternals Process Monitor – zeigt, dass die Software erfolgreich auf die rätselhafte Datei zugreift:

Process Monitor: Prüfung Zugriff auf xls-Datei durch Anwendung

Kurz vor dem Zugriff arbeitet sich die Software durch Datenbanktreiber (‚JET‘) für Office-Dateien – die letzte davon ist msexcl40.dll – damit kann eine XLS-Datei wie eine Datenbank abgefragt werden.

Aber in dieser Schnüffelspur sieht man keine Fehlermeldung: Die xls-Datei wird geschlossen, bevor das Popupfenster mit Fehlermeldung erscheint … also ist die Anwendung halbwegs kontrolliert mit dem Fehler fertig geworden und hat ihn richtig ‚gehandled‘.

Das Elkement bzw. die Datenkrake haben langjährige einschlägige Erfahrung im wilden Basteln mit Konstrukten aus Excel- / Access- und Textdateien, die zu fragilen Datenbanken vereinigt werden. D.h. im Programmierer aus der fernen Zeitzone erkannte das Elkement eine verwandte Seele. Es versuchte, sich in diesem Lao Tse der Office-Programmierung hineinzufühlen. Beim einzig erfolgreichen Start des Programms waren einige XML-Dateien erzeugt worden. Soweit erahnbar durch Zeichenvergleich, wurden aus der xls-‚Datenbank‘ Einträge zu einem Gerät bestimmten Typs gelesen und in die XML-Datei geschrieben.

Aber was ging schief? Der Schnüffler der nächsten Tiefe wird gestartet – der Windows Debugger WinDbg (Teil der Debugging tools for Windows). Mit Reverse-Engineering-Halbwissen stolpert das Elkement zur nächsten unhandled oder handled exception – und wieder fällt msexec40.dll unangenehm auf:

Output Windows Debugger - Fehler bei Datenbankzugriff - msexec40.dll

Und da war sie endlich – die google-bare Fehlermeldung im Microsoft-O-Ton:

Unexpected error from external database driver (1).

So richtig optimistisch machte dieser eher generisch und schlicht gehaltene Text ja nicht. Aber man glaubt es kaum – es gab tatsächlich einen relativ neuen Microsoft-Artikel, der exakt diesen Fehler im genau passenden Kontext auflistet. In einem Überblick über  Betriebssystem-Updates von Herbst 2017 wird über ein Problem mit älteren JET-Datenbanktreibern für xls-Dateien brichtet – über einen neuer Fehler, der genau seit diesem Windows-Updates auftritt:

Microsoft-Artikel - Problem mit JET-Treiber / xls-Dateien nach Update

Damit kann endlich eine plausible Erklärung für den einzig erfolgreichen Test formuliert werden: Die Software wurde auf diesem länger nicht gestarteten Windows-7-Computer getestet – exakt als die Updates der letzten Monate noch nicht installiert worden waren, inklusive dem in diesem Artikel erwähnten Update.

Auch der dezente Hinweis von Microsoft, doch einen neueren Datenbanktreiber zu verwenden – neuer als Stand Office 2007 – passt dazu: Die ausführbaren Dateien der prähistorischen Softwaren waren alle ca. 10 Jahre alt.

Wie der possierlich-zappelige Schnüffler aus Ice Age wurde das Elkement damit mit einem Dilemma konfroniert und ausgetrickst: Um die Sicherheit nicht zu gefährden [Bitte Buzz Words passend einsetzen: Cyber Security – Internet of Things] wurde das unerbittliche Windows Update nicht mehr deinstalliert. Damit bleibt nur zu hoffen, dass entweder Lao Tse den Datenbanktreiber austauscht oder dass Microsoft, wie im Artikel angekündigt, das prähistorische Feature wieder aktiviert.

Aus BUSO wird LEO

Und so begab es sich, dass ein Siedler gedankenverloren seinen Blick über die schon in die Jahre gekommene Heizungsanlage schweifen ließ. Fast jede der Komponenten weckte eine kleine Erinnerung in ihm. Besonders diese große „Kiste“, wie er sie nannte, die in einer Ecke seines Kellers stand und zwei hervorragend gedämmte 1000-Liter Pufferspeicher verbarg.

BUSO-Kiste

Dazu gehörten ursprünglich 45m2BUSO-Solardach‚-Fläche auf seinem Schuppen, die er zusätzlich zu seiner ‚klassischen‘ Solaranlage vor mehr als einem Jahrzehnt montiert, aber inzwischen wieder stillgelegt hatte.

BUSO-Schuppen

Mit den Solaranlagen hatten sich auch schon einige Regelungen angesammelt: Neben einer UVR1611 aus BUSO-Zeiten, hing da auch noch eine RESOL-Regelung an der Wand. Und beide regelten ganz individuell ihren Teil der Anlage.

BUSO-Regelung-alt

Ja, und nicht zu vergessen: der Kombi-Speicher! Das war ein Husarenstück gewesen, ihn auf die Decke des Heizraums zu stellen. Alles sauber verrohrt und isoliert.

BUSO-Kombispeicher

Der alte Gaskessel mit seinen mehr als 25 Jahren auf dem Buckel tat zwar noch ganz brav seinen Dienst, aber wie lange wohl noch?

BUSO-Gaskessel

Längere Zeit hatte er schon hin- und her überlegt, wie er das Ganze konsolidieren und auf zukunftssichere Beine stellen konnte. Bis er in den Weiten des Internetz auf die pannonischen Tüftler und LEO_2 gestoßen war, und er sich an noch etwas erinnerte, das sich im hintersten Winkel seines Gartens befand:

BUSO-Becken

Das was vom Erfinder einmal als Schwimmbecken vorgesehen worden war, diente nun schon seit geraumer Zeit als Regenwasserspeicher. Aber was sprach eigentlich dagegen, es nun zum Eisspeicher umzubauen?

„Das ist sicher eine treffliche Tüftelei für Irgendwen!“, dachte sich der Siedler als er frischen Mutes elektronische Post nach Pannonien schickte.

Seine Ideen wurden mit Irgendwessen Ratschlägen verfeinert und in ein Konzept gegossen. Und als sich dann auch noch ein Freund namens BAFA bereit erklärte, sein Vorhaben zu unterstützen, steckte er auch schon mitten in seinem LEO_2-Projekt …

Zuerst musste er dem Regenwasserbecken einen etwas stabileren Deckel verpassen, der auch in der Lage war, später den Auftrieb des Eises im gefrierenden Wasser aufzunehmen. Seine Wahl fiel auf eine Holzbalkendecke, die er einfach selbst zusammenzimmern konnte und die für diesen Fall die kostengünstigste Lösung war.

Den gesamten Innenraum legte er mit Teichfolie aus um jedes Risiko hinsichtlich Undichtigkeiten von vorne herein auszuschließen und das verfügbare Volumen zu maximieren.

Die ovale Beckenform war zwar eine kleine Herausforderung. Aber auch dafür hatte Irgendwer einen passenden Wärmetauscher samt Trägergestell ausgetüftelt. Dafür konnte sogar einen Haufen altes PVC-Rohr, der noch irgendwo herumlag,  wiederverwertet werden…

BUSO-PVC-Rohrmaterial

Nachdem er den Eisspeicherdeckel mit Rasensamen begrünt hatte, ließ nur noch der längliche Einstieg in der Mitte vermuten, dass sich da noch mehr darunter befand als nur Erde…

BUSO-Eisspeicher-Deckel

Eine Ecke im Schuppen wurde zum idealen Platz für den ‚Soleverteiler‘ …

BUSO-Soleverteiler

… und der alte BUSO-Kollektor wurde komplett auseinander genommen und neu, möglichst luftig auf dem Schuppendach arrangiert, um ihn LEO_2-tauglich zu machen.

BUSO-Kollektor

Dann wurden noch ‚einige‘ Meter Sole-Leitung verlegt und die Wärmepumpe angeschlossen.

BUSO-Wärmepumpe

Das Kommando über die Regelung übernahm fortan eine UVR16x2, die sich über den CAN-Bus vortrefflich mit der bestehenden UVR1611 und über ein CMI mit dem Internet unterhalten konnte.

BUSO-Regelung

Die UVR1611 behielt zwar ihren Platz auf dem Brettchen und ihre Ein- und Ausgänge, wurde aber fast sämtlicher ‚Intelligenz‘ beraubt, die sie an die UVR16x2 abgeben musste. Für die RESOL-Regelung war der letzte Weg alles Irdischen gekommen. Ihre überschaubare Regelungslogik fand ebenfalls in der UVR16x2 ihre neue Heimat.

Als LEO_2 dann seinen Betrieb aufnahm, war die Hydraulik auf der Heizungsseite noch nahezu unverändert. Wie sich später herausstellen sollte, waren aber auch dort Altlasten verborgen, die die Tüftler noch vor die eine oder andere Herausforderung stellen sollten.

Aber das ist eine andere Geschichte 😉 …

Irgendwo im hohen Norden: Der Große Tag!

Mit Hingabe und höchster Sorgfalt hatte der verwegene Siedler im hohen Norden oft noch zu später Stunde an der Fertigstellung der Anlage gearbeitet.

IIHN-Verwegen

Alle Warnungen hatte er in den Wind geschlagen und mutig die Herausforderungen angenommen.

Nach der erfolgreichen Wärmepumpenexpedition galt es jetzt noch, die letzten Rohre und Ventile in die Installation einzufügen.

IIHN-Hydraulik-1

Zu manch später Stunde saß der Siedler grübelnd über den Skizzen von Irgendwem, und übersetzte I-Diagramme in handfeste Installateurskunst …

Ja, und fast hätte er es vergessen, da fehlte ja auch noch dieses Außenteil – ‚Kollektor‘ nannte das Irgendwer. Lange hatte er es hinausgezögert, aber nun galt es auch diese letzte Hürde in Angriff zu nehmen und in die Wanten zu steigen …

IIHN-In-die-Wanten

‚In die Wanten!‘ – so mussten sich die Matrosen auf den Segelschiffen vergangener Jahrhunderte gefühlt haben …

Schließlich betrachtete er zufrieden sein Werk: ein durchaus attraktiver Blickfang – in massivem Lärchenholzdesign an seine Burgmauer gelehnt. Schön langsam entwickelte sich das Ganze zu einem Gesamtkunstwerk.

IIHN-Kollektor

Wurde auch Zeit. Denn erstens nahte der Winter und zweitens wollte auch der frisch gelegte Estrich ausgeheizt werden.

Wie schön war doch der Anblick, als sich die Adern des Solekreises endlich mit dem grünen Frostschutzgemisch füllten.

IIHN-Solefüllung

Und dann ging es an die letzten Prüfungen. Nachdem er gemeinsam mit Irgendwem die Checkliste des Inbetriebnahme-Protokolls durchgegangen war, war er letztendlich da, der große Moment!

Wie ein Film lief das ‚Abenteuer Eisspeicher‘ noch einmal vor seinem inneren Auge ab – mit all den Höhen und Tiefen, die er in den letzten Monaten durchlebt hatte. Nicht ohne Stolz ließ er seinen Blick noch einmal über die Installation schweifen, die er mit eignen Händen und etwas Hilfe von den pannonischen Siedlern geschaffen hatte.

Das Herz schlug ihm bis zum Hals, als er – der Kapitän auf der Brücke – an der Regelung den letzten Schalter umlegte und die Wärmepumpe damit ‚freigab‘:

‚Energie !‘

 

Die Wärmepumpe sprang an, und gespannt beobachtete er die Anzeigen an der Regelung und im Online-Schema. Alles innerhalb normaler Parameter. Bis nach exakt 3 Minuten die Wärmepumpe mit einem ‚Indoor Flow Alarm‘ trotzig ihren Dienst verweigerte.

IIHN-Durchflusswächter

Dieser eigenwillige Durchflusswächter im Herzen der exotischen Wärmepumpe signalisierte einen ‚Indoor Flow Alarm‘ …

Es wäre kein richtiges Abenteuer gewesen, wenn nicht im letzten Moment noch ein ‚Alarm‘ den Adrenalinspiegel an den Anschlag geführt hätte. Wie schon so oft, lag aber die Lösung in den schier unendlichen Tiefen des Wärmepumpen-Manuals verborgen, für das man ’nur‘ den passenden Universalübersetzer benötigte.

IIHN-Manual-1

Alles klar, oder? Diese  Zeilen enthielten für Irgendwen den entscheidenden Hinweis …

Ein Parameter der Wärmepumpenregelung wurde umgestellt. Die Wärmepumpe sprang wieder an und – lief durch!

Nach anfänglichem ‚Herzflimmern‘ stellte sich nun ein ruhiger, regelmäßiger und kräftiger Herzschlag ein, der begann die Siedlerhütte im hohen Norden zu wärmen …

IIHN-Herzschlag

Irgendwo im hohen Norden: Expedition Wärmepumpe

Irgendwer hatte sich schon Sorgen gemacht, ob der langen Sendepause vom unerschrockenen Siedler im hohen Norden. Aber er wusste ja, dass dieser mit jeder Sekunde seiner Zeit haushalten musste. Denn schließlich machte doch eine LEO_2 Wärmepumpenheizung nur dann richtig Spaß, wenn man auch eine Siedlerhütte zum Beheizen hatte – und die wollte erst gebaut werden …

So war es dann soweit, dass dieselbe Gestalt angenommen hatte, und angesichts der langsam hereinbrechenden kälteren Jahreszeit das Thema Heizung wieder an Bedeutung gewann.

Das Dasein der ‚Dummen Wärmepumpe‘ in ihrer Holzkiste hatte ein Ende und sie wurde an ihren endgültigen Aufstellungsplatz gebracht. Und nicht nur das. Nach Kiste und Schutzfolie wurden auch die Abdeckbleche entfernt, wodurch ein überraschend sauber verarbeitetes und aufgeräumtes Inneres offenbar wurde.

IIHN-Waermepumpe-Innereien

Eine spannende Expedition in diese weitgereiste exotische Maschine stand bevor, um ihr auch noch die letzten Geheimnisse zu entreißen, die das in etwas gewöhnungsbedürftigem Englisch verfasste Handbuch noch nicht preisgegeben hatte. Besonders diese kryptische Schatzkarte, die sie im Handbuch gefunden hatten, sollte dabei den Weg weisen:

IIHN-Schatzkarte

Der unerschrockene Siedler bewaffnete sich mit festem Schuhwerk, Stirnlampe, Schraubenzieher, Fotoapparat und ausreichend Proviant, bevor er sich auf den Weg machte, um akribisch jeden noch so entlegenen Winkel zu erforschen und zu dokumentieren.

IIHN-Waermepumpe-E-Anschluesse

Irgendwer war besonders  an den elektrischen Anschlüssen interessiert. War es doch der Plan, einige der eingebauten Komponenten – z.B. den elektrischen Heizstab – über die Universalregelung UVR16x2 anzusteuern. Denn die im Handbuch beschriebene Regelungslogik entsprach – wie von einer ‚Dummen Wärmepumpe‘ auch nicht anders zu erwarten – noch nicht ganz seinen Vorstellungen.

IIHN-Kabelbeschriftungen

Es war fast enttäuschend. Noch vor der ersten Übernachtung in der Wärmepumpe, ja sogar noch bevor das erste Proviant-Paket geknackt werden musste, war die Expedition auch schon wieder zu Ende. Alle offenen Rätsel waren gelöst. Denn sämtliche Kabel und Anschlüsse waren von einem Spielverderber mit Wegweisern beschriftet worden, die genau der Schatzkarte entsprachen.

Jetzt war Irgendwer wieder am Zug, um die ‚Dumme Wärmepumpe‘ in die Regelungslogik der UVR16x2 einzubinden. Aber auch das hatte er schon im Vorfeld ausgetüftelt und die Umsetzung war nur noch Formsache …

IIHN-UVR16x2-Regelungslogik

Die Bezwingung des K9

Das Ganze hatte relativ harmlos begonnen. Damals hatte Irgendwer folgendes Ereignis penibel im Anlagenlogbuch vermerkt:

„Logbucheintrag 30.11.2016 04:59: Wärmepumpe zeigt Störung HOCHDRUCK an. Keine Ursache / kein besonderer Temperaturverlauf erkennbar. Nach Reset der Wärmepumpe arbeitet diese wieder normal. – Ursache für die Hochdruckstörung vorerst unbekannt.“

Störmeldung: HOCHDRUCK bei der Stiebel-Eltron WPF-7-Basic

Störmeldung: HOCHDRUCK bei der Stiebel-Eltron WPF-7-Basic

Dieser Eintrag war schon fast wieder in Vergessenheit geraten. Bis es Irgendwem irgendwann mitten im kältesten Jänner seit 30 Jahren kurz nach dem Aufstehen etwas frisch in der Siedlerhütte vorkam.

Als er noch etwas schlaftrunken einer alten Gewohnheit folgend an den Heizkörper griff, war er plötzlich hellwach: KALT!!! – eine schlimme Vorahnung beschlich Irgendwen. Und so führte ihn sein erster Weg in den Maschinenraum, wo er feststellen musste, dass die Wärmepumpe mit einer trotzigen Störmeldung ihren Dienst versagt hatte:

Störmeldung: SCHÜTZ KLEBT bei der Stiebel-Eltron WPF-7-Basic

Störmeldung: SCHÜTZ KLEBT bei der Stiebel-Eltron WPF-7-Basic

„Logbucheintrag 14.01.2017 23:12: Fehlermeldung SCHÜTZ KLEBT. Laut Logging-Daten wurde ein Heizzyklus normal beendet. Danach ist die WP nicht mehr angelaufen. Nach Reset läuft die Wärmepumpe wieder normal.“

Die Hoffnung, dass sich die Wärmepumpe wie vor fast zwei Monaten nur ‚verschluckt‘ hatte und ein Reset das Problem lösen würde, zerschlug sich leider nur wenige Stunden später mit einem erneuten ‚SCHÜTZ KLEBT‘.

So bewaffnete sich Irgendwer mit Schraubenzieher und Taschenlampe und unternahm eine Expedition in die Wärmepumpe. Neben den Schützen K1 und K2, die zumindest während seiner Beobachtungen sauber zu schalten schienen, erweckten eher die filigranen, aufgesteckten Hilfskontakte seinen Argwohn.

Schütz K1 und K2 in der WPF-7-Basic

Im Kabel-Dschungel machte Irgendwer diese Verdächtigen aus: Schütze K1 und K2 und die beiden aufgesteckten Hilfskontakte, die der Regelung den Schaltzustand der Schütze signalisierten.

Und während er noch überlegte, ob er nur die Hilfskontakte oder gleich die Schützen austauschen sollte, verwirrte ihn die Wärmepumpe vollends mit einer weiteren Störmeldung ‚HOCHDRUCK‘. Auch dieses Mal war diese Störung beim besten Willen nicht mit einer Überhitzung des Verflüssigers der Wärmepumpe in Zusammenhang zu bringen.

Was war denn plötzlich in die Wärmepumpe gefahren, dass sie scheinbar zusammenhanglose Fehlermeldungen produzierte, dann aber wieder einen halben Tag vollkommen normal funktionierte?!

Irgendwessen Verdacht, dass der ‚el(k)ementare‘ Hackerangriff auf die Wärmepumpe die ‚Aussetzer‘ der Wärmepumpenregelung verursacht haben könnten, waren vom Wissenschaftsoffizier zunächst vehement bestritten und kurz danach auch experimentell widerlegt worden.

So wurde es nun höchste Zeit, den Stiebel-Eltron Kundendienst mit diesem Verhalten zu konfrontieren! Nachdem er dessen erste Verteidigungslinie überwunden hatte, meldete sich ein Techniker, der die WPF-Basic in- und auswendig zu kennen schien. Dieser stellte einige sehr präzise Fragen über das Alter der Wärmepumpe und die Farbe (!?) der eingebauten Relais.

k9-relais-k9

Das schwarze(!) Relais K9, das sich in der hintersten Ecke des Schaltfeldes unter einem Gedärm aus Drähten verbarg, schien in der ganzen Affäre eine wesentliche Rolle zu spielen …

Nach einer kurzen Fachsimpelei war der Lösungsvorschlag des Technikers eindeutig. Dieser hörte sich im vertrauten oberösterreichischen Idiom ungefähr so an:

„Des schwoaze K9-Relais gheat tauscht! Gaunz hinten am Schoitföd. Weu des hängt do ois zaum, de Hüfskontakte von de Schütz und da Hochdruckwächta!“

Und so machte sich Irgendwer umgehend auf die Suche nach einem Ersatz für das Relais K9. Aber bis der geliefert und auch eingebaut war, galt es noch einige Tage zu überstehen, in denen die Wärmepumpe zu allen Tages- und Nachtzeiten eine erhöhte Aufmerksamkeit erforderte.

k9-onlineschema-handy

Mit dem Online-Schema auf seinem Smartphone hatte Irgendwer die Anlage immer im Blickfeld, um sofort auf Störungen reagieren zu können …

Denn wie zwei Lausbuben wechselten sich die Störmeldungen ‚SCHÜTZ KLEBT‘ und ‚HOCHDRUCK‘ ab. Scheinbar nur um Irgendwen auf Trab zu halten, der mehrmals täglich  brav in den Maschinenraum trabte, um einen Reset der Wärmepumpe durchzuführen.

Endlich war das heiß ersehnte Paket eingetroffen. Mit dem neuen, weißen 😉 Relais.

Finder 66.82.8.230.0000

Schließlich war das neue Relais K9 in die Wärmepumpe eingebaut.

Und tatsächlich: nach dem Einbau der Ersatz-Relais war der Spuk genauso schnell wieder vorüber, wie er begonnen hatte…

Die UVR16x2. Und ihr soziales Umfeld.

Kaum zu glauben. Es ist jetzt auch schon wieder fast 2 Jahre her, seit die UVR16x2 der Technischen Alternative das Licht der Welt erblickt hatte und in seiner Urversion ausgeliefert worden war.

Auch wenn Irgendwer gewusst hatte, dass die ’neue UVR‘ zu diesem Zeitpunkt noch nicht ‚ganz fertig‘ gewesen war, hatten sich doch der Spieltrieb und der Forscherdrang hinterlistig gegen die Vernunft verbündet und nach einem kurzen Widerstreit die Oberhand gewonnen. Sodass die UVR16x2 bald darauf im Maschinenraum der Siedler – so wie ihre älteren Schwester UVR1611 – einen festen Platz auf einem hübschen Holzbrettchen gefunden hatte…

UVR16x2-am Brettchen

Die UVR16x2 am rechten Brettchen und ihre ältere Schwester die UVR1611 (links).

Irgendwen hatte von Beginn an die konsequente Philosophie der TA begeistert, die sich im herben Charm des Designs, der lieb gewonnenen Logik der Bedienoberfläche und der klassischen Stift-Bedienung des Touch Screens widerspiegelte. Er war fast enttäuscht, als er das erste Mal den Regler-Teil aus seinem Sockel zog und sich dieser problemlos(!) ohne minutenlangem Rütteln und Zerren (wie bei der 1611) entfernen ließ.

UVR16x2-Aus-dem-Gehäuse-nehmen

Unglaublich! Ohne Spezialwerkzeug mit bloßen Händen ließ sich die UVR16x2 vom Sockel abziehen und aus dem Gehäuse nehmen …

Ja, in einer modernen Welt muss man auch lernen, sich von lieb gewonnenen Gewohnheiten zu verabschieden. 😉

Am Anfang war die UVR16x2 – was will man von einem Teenager erwarten – noch etwas unreif und bockig gewesen. Und die Kommunikation mit ihrem sozialen Umfeld, wie etwa dem CMI, hatte sie konsequent verweigert. Daher konnte sie von Irgendwem nur mit unkritischen Mess- und Regelungsaufgaben betraut werden und war lange Zeit zu einem Schattendasein verurteilt.

Aber glücklicherweise war sie – ebenso wie ihr soziales Umfeld – lernfähig. Eine Reihe von ‚Firmware- und Software-Upgrades‘ waren notwendig, bis sie alle sozialen Umgangsformen beherrschte, die für die Steuerung von LEO_2 unverzichtbar waren:

TAPPS2

Das begann mit der Programmierung der UVR16x2 in TAPPS2. Es gab eine Reihe überarbeiteter und neuer, interessanter Funktionsbausteine, wie z.B. eine ‚Kennlinienfunktion‘ oder das unscheinbare ‚Sample&Hold‘, die sich beide für die Forschung der Siedler noch als echte Bereicherung herausstellen sollten. Aber es war vor allem die von der UVR1611 bekannte Konfiguration des Datenloggings, die Irgendwer für die UVR16x2 am Anfang vergeblich in TAPPS2  gesucht hatte.

Aber nachdem sich Irgendwer etwas in Geduld geübt hatte, war er für das anfängliche Fehlen inzwischen mit deutlich umfangreicheren Konfigurationsmöglichkeiten für das Datenlogging entschädigt worden. Viele Funktionsparameter waren nun als ‚Ausgangsvariable‘ der jeweiligen Funktionsbausteine und damit für das Logging verfügbar geworden.

UVR16x2-Datenlogging

Die ‚Ausgangsvariablen‘ und damit die verfügbaren Parameter für das Datenlogging waren für die UVR16x2 deutlich umfangreicher geworden. Die besten Voraussetzungen um die Anlage eingehend zu analysieren …

C.M.I.

Abgeschnitten vom CMI (und damit vom Internet) hatte die UVR16x2 auf ihrem Holzbrettchen lange Zeit ein einsames Dasein fristen müssen, hätte sie nicht Irgendwer zu regelmäßigen Firmware-Updates besucht. Diese mussten – wie in alten Zeiten – auf einer SD-Karte zwischen PC und UVR hin und her transportiert werden.

UVR16x2-SD-Karte

Firmware-Update mittels altertümlichem Datentransport …

Aber inzwischen hatte auch die Kommunikation mit dem CMI ein Niveau erreicht, das (fast) keine Wünsche mehr offen ließ: Irgendwer musste seine Kommandozentrale nicht mehr verlassen, um die UVR16x2 zu bedienen …

UVR16x2-CMI-Fernbedienung

Über das CMI -Webinterface ließ sich die UVR16x2 vollständig fernbedienen.

oder Updates von Firmware und Funktionsdaten einzuspielen …

UVR16x2-CMI-Datenverwaltung

In der ‚Datenverwaltung‘ des CMI-Webinterfaces war es nun möglich, Updates für Firmware und Funktionsdaten mittels ‚Drag & Drop‘ auf die UVR16x2 zu übertragen.

TA-Designer

Kein LEO_2 ohne Online-Schema. Aber auch die Erstellung eines solchen war zu den Anfängen von der UVR16x2 noch nicht möglich gewesen.

Aber die Zeit heilt ja bekanntlich alle Wunden. Inzwischen verstand der TA-Designer auch die Funktionsdaten der UVR16x2, womit Irgendwessen Anforderungen an die Gestaltung eines vernünftiges Onlineschemas mehr als erfüllt wurden.

UVR16x2-TA-Designer

Umfangreiche Möglichkeiten bei der Gestaltung eines Online-Schemas im TA-Designer.

Und ein kleines aber wichtiges Detail gefiel Irgendwem beim TA-Designer besonders gut: Er war sehr häufig ‚Erfolgreich‘!

UVR16x2-Erfolgreich

Photovoltaik und Wärmepumpe: Tagesverläufe

… aber den Strom, den kann ich mir auch selber machen – im Gegensatz zu Pellets, Holz, Gas oder Öl  …

So ähnlich begründen viele Siedler und Wärmepumpenfreaks die Wahl ihrer PV-Anlage. Auch auf diesem Blog wurde zu diesem Thema schon berichtet und philosophiert – mit der gebotenen Vorsicht: Die täglichen Energiebilanzen zeigten, dass es ohne Batterie nur schwer gelingt, Eigenverbrauch und ‚Autarkie‘ deutlich zu steigern gegenüber einem Haushalt ohne Wärmepumpe – trotz des Energiehungers der Wärmepumpe, der Optimierung des Warmwasserprogrammes und der obsessiven Beschäftigung mit den Eigenheiten sämtlicher Stromverbraucher.

Die folgenden Bildchen aus dem ersten Betriebsjahr sollen das an einigen täglichen ‚Leistungskurven‘ im Lauf eines Jahres zeigen. Uhrzeiten werden ohne Berücksichtigung der Sommerzeit dargestellt.

Verglichen wird jeweils der tägliche Verlauf …

  • … der vom PV-Generator gelieferten elektrischen Leistung (Geloggt am Fronius-Symo-Wechselrichter)
  • … der benötigten Leistung für den Kompressor der Wärmepumpe (Gemessen mittels Energiezähler CAN-EZ an der Steuerung UVR1611)
  • … dem Nettostromverbrauch des gesamten Hauses inklusive Wärmepumpe, wobei die Überschusseinspeisung positiv gezählt wird (Smart Meter EM210, direkt hinter dem Siemens-AMIS-Zähler des Netzbetreibers angebracht).

Eine (nicht modulierende) Wärmepumpe liefert immer die nominelle Heizleistung und benötigt daher als Input ca. 1/4 dieser Energie. Die Siedler verwenden eine 7kW-Wärmepumpe. Damit muss der PV-Wechselrichter – je nach aktuell benötigter Heizungs- oder Warmwasservorlauftemperatur – zwischen 1,5 und 2,5kW liefern. Je mehr Heizenergie benötigt wird, umso länger / öfter läuft die Wärmepumpe. Der PV-Generator muss also genau zum richtigen Zeitpunkt eine relativ hohe Leistung zur Verfügung stellen.

Das bestmögliche Ergebnis im tiefsten Winter

An einem sonnigen Tag nahe der Wintersonnenwende kann im besten Fall zwischen 10:00 und 14:00 durch Sonnenenergie alleine geheizt werden:

2015-12-31: Stromzeugung Photovoltaik, Energieverbrauch Komporessor waermepumpe, gesamter Stromverbrauch (Smart Meter)

Diese Tage sind aber selten und in der kalten und langen Nacht wird ein wesentlicher Teil der Heizenergie benötigt.

Sommerlicher Überschuss

Im Sommer liefert die PV-Anlage untertags genug Energie um den Haushaltsstrombedarf zu decken und sogar zweimal Warmwasser aufzuheizen – in der Früh und am Nachmittag:

2015-07-01: Stromzeugung Photovoltaik, Energieverbrauch Komporessor waermepumpe, gesamter Stromverbrauch (Smart Meter)

Aber selbst wenn die Spitzen wolkenbedingt abgeschnitten würden, würde es an der gesamten Tagesbilanz gar nicht so viel ändern: Die Wärmepumpe benötigt im Sommer nur einen Bruchteil der gesamten verbrauchten Energie – 1-2kWh von 10-11kWh pro Tag.

Fette Ernte im Frühling

An einem ebenso schönen Frühlingstag ist der PV-Output aufgrund der geringeren Außentemperatur höher als an einem heißen Sommertag. Da noch geheizt wird, können neben der Warmwasserbereitung auch weitere Heizintervalle abgedeckt werden – die optimale Situation.

2016-04-29: Stromzeugung Photovoltaik, Energieverbrauch Komporessor waermepumpe, gesamter Stromverbrauch (Smart Meter)

Die elektrischen Leistungen für den Kompressor der Wärmepumpe liegen in der gleichen Größenordnung wie die Leistungsspitzen von Haushaltsgeräten wie Herd oder Wasserkocher zum Erhitzen benötigt werden. Kochen während eines Heizintervalls könnte man ’stromautark‘ mit der 5kW-PV-Anlage der Siedler nur zu Mittag an solchen Tagen.

Der Normalfall: Schlechtes Timing

An einem typischen Tag in der Übergangszeit wechseln Wolken und Sonnenschein rasch ab. In diesem Beispiel passt das Timing der Warmwasserbereitung genau nicht zu den optimalen Ernteintervallen.

2016-03-29: Stromzeugung Photovoltaik, Energieverbrauch Komporessor waermepumpe, gesamter Stromverbrauch (Smart Meter)

Zu Mittag wurden an dem Tag mehr als 3,5kW verbraucht (negative blaue Spitze) – hier siegte das unkontrollierbare Bedürfnis nach Kaffee oder Tee über die Energiespar-Begeisterung. Auch die smarteste Regelung könnte diesen raschen Wechsel von Sonne und Wolken nicht vorhersehen (außer man verfolgt einzelne Wolken…). Aus diesem Grund sind die Siedler auch etwas skeptisch, was das Anfordern der Wärmepumpe durch ein Signal der PV-Anlage betrifft.