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Effizienzsteigerung im Haushalt durch DigitalSTROM

1. 17 Aufgabe Meilenstein verantwortlich Termin 2008 2009 EE a Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Phase 1 Planung und Vorbereitung 16 05 2008 31 01 2009 Startsitzung Steering Commitee Encontrol 06 06 2008 06 06 2008 Wohneinheiten festlegen Steering Comm 06 06 2008 15 08 2008 Spezifikation Encontrol 16 05 2008 27 06 2008 gt Testbetrieb Encontrol 20 10 2008 24 10 2008 gt Messkonzept HSLU 09 06 2008 18 07 2008 Installationskonzept R B engineering 18 08 2008 26 09 2008 gt 2 Sitzung Steering Commitee Encontrol 21 11 2008 21 11 2008 oO Phase 2 Installation und Inbetriebnahme 05 01 2009 30 01 2009 Bereitstellung Komponenten digitalSTROM 05 01 2009 05 01 2009 gt Installation und IBN in Wohnobjekten R B engineering 05 01 2009 30 01 2009 beem Installation im Home ap R B engineering 05 01 2009 30 01 2009 Installation Messeinrichtungen HSLU 19 01 2009 30 01 2009 gt Instruktion der Bewohner HSLU 26 01 2009 30 01 2009 amp Tagebuch etablieren Encontrol 05 01 2009 30 01 2009 Hotline etablieren HSLU 05 01 2009 30 01 2009 gt Phase 3 Mess und Probebetrieb 01 02 2009 31 03 2010 Beginn Mess und Probebetrieb Encontrol 01 02 2009 01 02 2009 Messungen iHomeLab HSLU 01 11 2009 23 12 2009 gt Stichprobenmessungen Objekt
2. 9 Rn Oe Te EE 10 3 10 1 Zusammenfassung Mit dem vorliegenden Projekt sollte untersucht werden ob die DigitalSTROM Initiative einen wesentlichen Einfluss auf den Strombezug der Schweizer Haushalte haben k nnte Von Interesse w ren insbesondere der zus tzliche Strombezug der Komponenten das Sparpotenzial durch intelligente Steuerungsfunktionen und der Einfluss auf die Verbreitung des intelligenten Wohnens in der Schweiz Drei Wohnobjekte wurden f r eine Versuchsinstallation identifiziert mit 15 Minuten Lastgangmessungen ausger stet und die Installationsplanung f r die digitalSTROM Ausr stung abgeschlossen Auch sind Vereinbarungen ber die Mitarbeit an dieser Studie mit Besitzern und Bewohnern der Objekte ausgearbeitet worden Messungen an den digitalSTROM Komponenten und Installationen bei den Wohnobjekten konnten nicht durchgef hrt werden weil der Hersteller keine entsprechenden digitalSTROM Ger te liefern konnte Der Hersteller der digitalSTROM Komponenten kann voraussichtlich erst im April 2011 marktreife und zertifizierte Komponenten zur Verf gung stellen Der Funktionsumfang der Komponenten d rfte aber nicht dem zum Projektbeginn vorgesehenen Stand entsprechen Daher wurde entschieden dass Projekt abzubrechen Das Bundesamt f r Energie ist aber offen f r einen sp teren Neuanfang unter besseren Voraussetzungen 2 Abstract With the project it should be examined if the DigitalSTROM initiative could
3. 27m belietigelast 0 150W 6 8 Schema_mit_Br cken_am_LMG500 FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur In Abbildung 6 9 sieht man sehr sch n dass man mit dieser Schaltung genauere Werte erh lt auch bei gr sseren Lasten Zu betonen ist dass bei den folgenden Diagrammen wieder die Formel 6 2 anstelle von 6 4 verwendet wurde Leistung an R 45 701KOhm bei 0 110 W Last 1 110 1 105 1 100 D c 1 095 D I 5 1 090 2 1 085 1 080 1 075 III OO OO EIN EIN EIN EINEN III EIN HHH MM T T LINIEN EINEN NET O st OO si si DO si st si D Dm Oh st Cd LD um F oo oo oo ott E oo a GO GO GO o Go GO D mm Cl Cl D P F F st st ON si Cl Cd Dm OU P On On 2 Last W Dimmer und Gl hlampen R 45 701KOhm gt Berechnete Werte 6 9 0 120W_Br cke_R47K Auswirkung der Leiterwiderst nde mit Br cken an Messger t 1 106 1 104 1 102 1 100 1 098 1 096 1 094 1 092 1 090 0 20 40 60 80 100 120 Leistung an Widerstand W Last W Dimmer und Gl hlampen Leistungswerte Linear Leistungswerte 6 10 Beweis_Leiterwiderst nde_mit_Br cke Im Vergleich zu Abbildung 6 4 sieht man in Abbildung 6 10 dass die Abweichung mit steigender Last betr chtlich kleiner ist Es sind nat rlich immer noch Leitungswiderst nde vorhanden aber viel kleinere
4. Dazu wird mittels eines mehrkanaligen Pr zisionsleistungsmessger tes am Ein und Ausgang des Dimmers die Wirkleistung gemessen Die Differenz von den beiden Kan len ist unter Ber cksichtigung m glichst aller St rfaktoren die Leistung welche der Dimmer verbraucht Diese muss auf 25mW genau gemessen werden k nnen Die Genauigkeit des Messger tes wurde allerdings bereits zuvor ermittelt da man mit dem Dimmer keine wirkliche Referenz hat Es ist nicht spezifiziert wieviel Leistung ein solcher Dimmer verbraucht 7 1 2 Verwendete Messger te Zur Ausmessung der Widerst nde Hersteller Metrahit Typ 29S Seriennummer 044323 Zur Leistungsmessung Hersteller ZES Zimmer Deutschland Typ LMG500 Seriennummer 113212 Einstellungen Bereiche 0 1 2A Stromkanal 0 400V Spannungskanal wegen Spannungsspitzen vom Dimmer Genauigkeit Leistungsdifferenzmessung bei 120 W Wert W 0 01 7 1 3 Umgebungsbedingungen Temperatur Raumtemperatur 23 C 1 C Umgebungsfeuchte nicht berwacht FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur 7 2 Messaufbau Schema Leistungsdifferenzmessun ul le WI r P RR elt DICHTEN INS Me II o amp Im Aufbau sieht man zwei Leistungsmesskan le des LMG 500 die zur Messung ben tzte speziell verdrahtete Steckerleiste den Dimm
5. Die Steigung der Kurve ist mit 4 713E 05 rund 4 mal kleiner als bei Abb 6 4 FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Zur Vervollst ndigung sind in Abb 6 11 und Abb 6 12 die Kurven von den anderen beiden Widerst nden ebenfalls abgedruckt 0 200 0 195 0 190 0 185 Leistung an R W 0 180 0 175 Leistung an R 264 870KOhm bei 0 110 W Last R 264 870KOhm Berechnete Werte C IUUHDUUIUDUUUDUUUDUUUIUDUUDUDIDUUDUHUDIDUDUUDUTUUUDUUDIDUHUDUUUDUDUUIUDUUUUUUUDUUUIUUDUUDITDUUUDUHDTD DUU LAUELEELE ALALLA DUDU si OO OO OO vi oO VD si P OO Oh 0 mo DO st Cl Cl E LOD F oo oooooooac moo om d OO o mr rn nn nn naar nr nr F D LOD oO Ch CG si si Cd pm mo UO m mr On OO CH ei Last W 6 11 0 120W_Br cke_R270K 0 120 0 115 0 110 0 105 Leistung an R W 0 100 0 095 Leistung an R 464 080KOhm bei 0 110 W Last R 464 080KOhm Berechnete Werte D ei si D D UO Lu o OH Lass E Ee Last W Dimmer und Gl hlampen Q N Kl LO Hi N 37 0 LO E LO m LO 56 6 m 56 6 Ka 75 8 m 92 8 UI TINNNTNNE TINTEN TEN INNEN Fa KR N en 108 56 108 69 6 12 0 120W_Br cke_R470K FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Zus
6. Mit der geeigneten Konfiguration des Messger tes wurde eine extreme Genauigkeit von 4mW erreicht Bei den anderen Messger ten Metrahit 29s und PM3000 wurde bei der unten aufgezeichneten Schaltung die Leistung aufgrund der Aufl sung der Ger te nicht erkannt Dies ist auch verst ndlich fliesst doch gerade mal ein Strom von 0 5mA Wert aus Widerstandsausmessung im Anhang FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur R1470k sw 5 1 100mW Messung mit 1 Kanal 5 1 2 Leistungsdifferenzmessung In einem weiteren Schritt wurde nun mit Hilfe einer speziell verdrahteten Steckerleiste und 2 LMG 500 Kan len eine Leistungsdifferenzmessung durchgef hrt Mit Kanal 1 wurde die gesamte Leistungsaufnahme der Schaltung gemessen Mit Kanal 2 wurde die Leistungsaufnahme der Gl hlampen gemessen Wenn man nun die Wirkleistung von Kanal 2 von der gemessenen Wirkleistung in Kanal 1 abzieht erh lt man die Differenz sozusagen die Leistung die am Pr fwiderstand abf llt In Abbildung 5 2 ist ersichtlich wie die Messung durchgef hrt wurde Auch in dieser Messung zeigte sich dass das LMGS500 bei einer Last von 120W f hig ist extrem kleine Leistungsdifferenzen zu messen Dazu wurden zuerst einfach die Lampen als Last angeschlossen Ausgenommen von den im n chsten Unterkapitel beschriebenen St rgr ssen zeigten beide Kan le die gleiche Leistung an In einem zweiten Schr
7. dass die gemessene Leistungsdifferenz mit der Zunahme des Stromes proportional ansteigt Dies weil wie zuvor beschrieben die Leiter und Kontaktwiderst nde nicht ber cksichtigt wurden Bei der Abbildung 6 3 sind jedoch die Messkanal Innenwiderst nde welche in Kapitel 5 2 beschrieben wurden bereits ber cksichtigt Auf der x Achse ist die Leistung der Gl hlampen mit dem Dimmer dargestellt und auf der y Achse sind die jeweils dazugeh renden Werte der Leistung die im Widerstand in W rme umgesetzt wird In 6 2 und 6 3 wird gezeigt wie die zwei Kurven zustande kommen HIE 6 2 gemessene Wertel W prau LD P20 LA en 0027 0m Soe HUE 6 3 Berechnete Wertel al Widerstandswert Ohm FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Nachweis Leiter und Kontaktwiderst nde 1 18 2 117 S 1 16 y 1 982E 04x 1 134E 00 3 1 15 K R 45 701KOhm S 1 14 Ei Linear R 45 701KOhm 113 S 1 12 0 20 40 60 80 100 120 Last W Dimmer und Gl hlampen 6 4 Nachweis Leiter und Kontaktwiderst nde Mit obiger Grafik wird gezeigt dass die Abweichung mit zunehmender Last proportional gr sser wird Durch Zeichnen einer linearen Kennlinie mit Excel erh lt man die Steigung der Kurve Die Steigung 1 982E 04 multipliziert mit P2 ist der Faktor welcher von den blauen y Werten in 6 3 abgezogen werden mu
8. dass keine Ge w hr f r die verbleibende Installation bernommen wird die Komponenten befinden sich in einem Prototypenstadium und verf gen nicht ber ein CE Zeichen Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Vereinbarung mit Bewohnern betr Verbleib oder April 2010 digitalSTROM org Demontage der Komponenten Kostenfrage kl ren Komponenten demontieren April 2010 digitalSTROM org T Auswertung Schlussbericht Die Abschlussarbeiten teilen sich in zwei Bereiche einerseits die Auswertung der ber ein Kalen derjahr gesammelten Messdaten und Erfahrungen der Bewohner andererseits die Interpretation dieser Auswertungen und das Formulieren von Schlussfolgerungen und Empfehlungen Die Auswertung der Messdaten erfolgt gem ss Vorgabe der Projektleitung durch die HSLU Die Schlussfolgerungen und Empfehlungen werden von der Encontrol formuliert 7 1 Auswertung der Messungen Nach Abschluss der Messungen werden die angefallenen Daten ausgewertet Dabei sollen die folgenden Aussagen resultieren e Strombezug der Digitalstrom Installation wo sinnvoll aufgeteilt in die Betriebszust nde Nor malbetrieb Bereitschaftsbetrieb und Schein Aus e Genauigkeit der Verbrauchsmessung der Digitalstrom Komponernten e Strombezug aller Haushaltger te aggregiert nach den Kategorien gem ss Abschnitt 3 6 die se Daten resultieren aus dem Digitalstrom System und wenn m glich aufgeteilt in die obigen Betriebszu
9. r den Schlussbericht 4 1 Installation der Digitalstrom Komponenten Installation Konfiguration und Inbetriebnahme der Komponenten erfolgen nach Vorgabe des In stallationskonzeptes durch Vertreter der Digitalstrom Organisation und auf deren Kosten Ebenso die Einbindung des Digitalstrom Servers in die IT Umgebung der auszur stenden Wohnobjekte mit dem Ziel das System von Aussen anzusprechen Achtung e Die Installation erfordert Arbeiten am Hauptverteiler der Objekte und an der 230 V Installation Diese Arbeiten m ssen durch eine Fachperson mit Installationsbewilligung erfolgen e Die Digitalstrom Organisation bernimmt die volle Verantwortung f r die fachgerechte Installa tion und Abnahme aller Komponenten Ziele e Voll funktionsf hige Digitalstrom Installationen in den ausgew hlten Wohnobjekten und im Home ab e Zugriff auf das Digitalstrom System ber das Internet etabliert e Bericht ber Erfahrungen die w hrend der Installation gesammelt wurden notwendige Vorar beiten Voraussetzungen f r eine reibungslose Installation Erfahrungen bei Installation und IBN unter verschiedenen Bedingungen Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Bereitstellung Digitalstrom Komponenten 3 Januar 2009 digitalSTROM org Bereitstellung brige Komponenten z B f r An 3 Januar 2009 digitalSTROM org schluss an Kommunikationsinfrastruktur Z hlerfern auslesung Beginn Installationsarbeiten 3 Januar 2009 R B engineerin
10. Vertreter des Bundesamtes f r Energie BFE dem ewz Stromsparfonds der DigitalSTROM Organisation und der Projektleitung tagte mehrere Male zur Begutachtung der Projektfortschritte und der Ergebnisse Drei reale Wohnobjekte wurden zum Test der digitalSTROM Komponenten ausgew hlt Sie umfassen ein breites Spektrum von Wohnformen und Bev lkerungsschichten Objekt 1 Einfamilienhaus mit vierk pfiger Familie Objekt 2 Doppeleinfamilienhaus mit einer alleinstehenden lteren Person Objekt 3 Wohnung in Mehrfamilienhaus mit zwei jungen Bewohnern Die Projektleitung erstellte Mitte 2008 eine Projektspezifikation und definierte das geplante Vorgehen Anhang 1 Darin enthalten war auch ein Messkonzept Seit der ersten Projektidee im September 2007 ist es zu betr chtlichen Verz gerungen bei der Bereitstellung der DigitalSTROM Komponenten gekommen Urspr nglich war der Beginn des Mess und Probebetriebes auf den 1 Oktober 2008 vorgesehen Im Herbst 2009 hat das Steering Commitee beschlossen das Projekt wegen den andauernden Lieferschwierigkeiten der erforderlichen Komponenten bis auf weiteres zu sistieren Sobald die folgenden Bedingungen erf llt sind w rde das Projekt wieder aufgenommen Es liegen gen gend Komponenten der Chip Serie 11 f r Messungen und Installationen vor welche auch die Strommessung erm glichen 5 10 Die Komponenten sind bez glich Sicherheit zertifiziert oder es liegen mindestens Pr fprotokoll
11. Z hler mit Auswertungssoftware und Fernauslesung 2 4 Komplexe Steuerungsfunktionen Intelligentes Wohnen bietet eine Vielzahl von M glichkeiten zur Energieeinsparung die in den bisher untersuchten Objekten nur selten realisiert waren Einer der Schwerpunkte des vorliegen den Projektes liegt darin das Potenzial der Digitalstrom Technik in dieser Hinsicht festzustellen Es ist daher unabdingbar dass zu mindest die folgenden Funktionen in den Wohnobjekten reali siert werden e Heizung absenken bei Abwesenheit Wiederanhebung von fern vor der R ckkehr e Boiler aus bei Abwesenheit Einschalten von fern vor der R ckkehr e Nachts und bei Abwesenheit alle Standby Verbraucher vom Netz trennen sofern die normale Funktionalit t nicht beeintr chtigt ist z B Verlust von Voreinstellungen Verlust der Zugriffsbe rechtigung bei Settop Boxen etc 2 5 Messkonzept Das Messkonzept basiert auf den folgenden Grund berlegungen e Eine detaillierte Untersuchung der Digitalstrom Komponenten geschieht im IHomeLab der HSLU Dort wird der Eigenbedarf der Komponenten gemessen und die Genauigkeit der inte grierten Energiemessung wird in allen Betriebszust nden berpr ft e In den Wohnobjekten wird in erster Linie der totale Verbrauch und der Lastgang am Hauptz h ler erfasst Der Strombezug der verschiedenen Verbrauchergruppen wird durch die integrier te Messung des Digitalstrom Systems erfasst e Weitere permanente Messpunkte in den Wohnobjekte
12. bei den Wohnobjekten wurden nicht durchgef hrt weil der Hersteller keine digitalSTROM Komponenten liefern konnte 9 Nationale Zusammenarbeit Das Projekt wird vom ewz Stromsparfonds finanziell unterst tzt und auch personell im Rahmen des Steering Committees begleitet Das Swiss Research Center for Smart Living CEESAR der Hochschule Luzern HSLU bernahm Messaufgaben Anh nge 1 und 2 Das CEESAR wurde 2004 gegr ndet und versteht sich als Technologie neutrale Plattform mit dem Schwergewicht auf Eingebettete Systeme in der Geb udeumgebung und im Intelligenten Wohnen Die Firma R B engineering AG plante die Installationen in den drei Wohnobjekten welche mit digital TROM Komponenten ausger stet werden sollten 9 10 10 Anh nge 1 Th Grieder Encontrol AG Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch digitalSTROM Juni 2008 digitalSTROM_spezifikation_v10 pdf 2 Rolf Wettstein Dr Andre Aregger IHomeLab der Hochschule Luzern Messkonzept der digitalSTROM Komponenten Horw 2008 digitalSTROM_iHomeLab_Messkonzep pdf 3 Rolf Wettstein Dr Andr Aregger Homel ab der Hochschule Luzern Voruntersuchung Eigenverbrauchsmessung von digitalSTROM Komponenten Horw 2008 digitalSTROM_iHomeLab_Eigenverbrauch pdf 4 Beispiel einer Installationsplanung R B engineering AG Sargans 2009 digitalSTROM_beispiel_planung pdf 10 10 Telefon 41 56 485 90 44 Encontrol AG Telefax 2471 56 485 90 45 Bremgartenstras
13. dass bei den gemachten Messungen keine konstante Quelle welche 230V AC lieferte zur Verf gung stand Somit hing der Verbrauch immer von dem momentanen Netzzustand ab Die Netzspannung schwankte bei den Messungen zwischen Utrms 224 V bis Utrms 228 V Mit 6 4 ergeben sich f r R 464 080 KOhm die Werte im folgenden Diagramm FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Leistung an R 464 080KOhm bei 0 110 W Last 0 120 Z 0 115 S ep 0 110 SEH eme Eu EEE 2 0 105 RER ER lt R 464 080KOhm 2 gt u Berechnete Werte 0 100 JANINE EN MM rm Cd DO Cl OO Cl Cl st OO D Cl OO F st D Cd F aaaanaaansam oa OO d rr bb bb be Cd d ei FF Fb Vo m OC si Cl Cl mn nF F On oO Last W Dimmer und Gl hlampen 6 7 0 120W_Normal_R470K Zusammenfassung der Messungen Widerstand KOhm Leistung W Unsicherheit mW 45 701 1 133 10 264 870 0 196 10 464 080 0 109 10 6 2 2 Mit Br cken am Messger t Um zu beweisen dass die in 6 4 korrigierte Leistung wirklich mit den Leiter und Kontaktwiderst nden zu begr nden ist wurden in einer weiteren Messung direkt hinten am Messger t die Eing nge Il und DS sowie U1 und U2 mit Laborkabeln verbunden Somit entfallen die Widerst nde in den Kabeln und Leitern von und zum Dimmer In Abb 6 8 sieht man wie das im Schema zur Messung aussieht Fau FAP Le Dj
14. m glich ist den j hrlichen Strombezug auch nur f r die wichtigsten Verbraucher mit einer guten Genauigkeit zu messen Die Anzahl der relevanten Ger te ist zu gross und zudem sind die 1 F r den Haushaltverbrauch relevante Einzelger te und Verbrauchergruppen sind Elektroboiler Koch herd Backofen Geschirrsp ler K hlschrank Gefrierger t Waschmaschine Tumbler Lampen Unterhal tungselektronik und Heimb ro Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom meisten Verbraucher starken saisonalen Schwankungen unterworfen Die Messungen m ssten ber ein Kalenderjahr erfolgen Stattdessen soll der Verbrauch anhand der Energierechnungen wenn m glich ber mehrere Jahre erfasst werden Parallel dazu m ssen wesentliche Anschaffungen oder nderungen im Benutzungsverhalten erfragt werden andere Erwerbst tigkeit Familienzuwachs usw Erhebung e Strom und Brennstoffrechnungen Gas Heiz l von mindestens einem Kalenderjahr besser von 3 Kalenderjahren erfassen e Anschaffung von Ger ten in diesem Zeitraum e nderungen im Benutzerverhalten 3 4 Installationskonzept Das Installationskonzept wird von der R B engineering ag erstellt und soll eine reibungslose In stallation der Digitalstromkomponenten in den Wohnobjekten erm glichen Zugleich werden Er fahrungen bei der Planung von Digitalstrom Installationen gesammelt und dokumentiert Zus tzlich ist f r die Installation im HomeLab der HSLU ein
15. oenssessesssensseserssersrrrssresrrssrrssrrserrseresersserssersereseess 17 E RE EES et re EE 18 D I70 U20wW Br cke RAIOEK 18 II Widerstandsausmessung mit Metrahit 29s Zuerst wurden die Widerst nde w hrend 3 Minuten in die Steckerleiste gesteckt damit sie bei Betriebstemperatur gemessen werden konnten 18 02 2008 10 27 Uhr in B330 mit Metrahit 295 0A4323 270kOhm In fkOhm 264 867 264 870 264 869 264 870 264 873 Mittelwert 264 870 kOhm Leistung bei 230VAC 0 200W FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur 18 02 2008 10 21 Uhr in B330 mit Metrahit 295 0A4323 47kOhm In fkOhm 45 699 45 699 45 700 45 704 45 702 Mittelwert 45 701 kOhm Leistung bei 230VAC 1 158W 18 2 2008 10 17Uhr in B330 mit Metrahit 29s 0A4323 470kOhm In kOhm 464 10 464 06 464 07 464 10 464 08 Mittelwert 464 08 kOhm Leistung bei 230VAC 0 114W FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur IH Fotos Leistungspr fstand um ug SOooOD FH Zentralschweiz IV ER u u en 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Anleitung f r Differenzleistungsmessung Messaufbau nach Schema verdrahten Messger t einschalten und 1h aufw rmen lassen Messger t u
16. so was in der Art nicht Alle gefundenen Dimmer waren entweder handregelbar oder brauchten ein zus tzliches Steuerger t da sie eine Versorgungsspannung von mehr als 5VDC USB brauchen Schlussendlich fiel der Entscheid auf einen DMX angesteuerten Dimmer da dieser mit einem einfachen DMX Modul ber USB angesteuert werden kann Zudem war auch die gesamte Hardware an der Hochschule Luzern Technik amp Architektur bereits vorhanden 4 4 Messwiderst nde Zur berpr fung der Genauigkeit des Messger tes wurden drei verschiedene Widerst nde genau ausgemessen Es handelt sich dabei um Widerst nde mit einem Leistungsverbrauch von ungef hr 100mW 200mW und 1W bei 230VAC Die genauen Werte der Widerst nde finden sich im Anhang dieses Dokumentes 5 Testaufbau Die Grundidee war eine Steckerleiste zu nehmen und intern so zu verdrahten dass eine Gl hlampe und ein Widerstand eingesteckt werden k nnen Dabei sollen alle n tigen Messpunkte U I I an Steckdosen der Steckerleiste mit Laborkabeln abgegriffen und zum Leistungsmessger t gef hrt werden k nnen Ein Bild und ein Schema der Steckerleiste finden sich im Anhang dieses Dokumentes 5 1 Messungen 5 11 100mW Erkennung Zuerst wurde ein Testaufbau erstellt wo sichergestellt wurde dass das LMG 500 Leistungsdifferenzen von 100mW erkennen kann mit der geforderten Genauigkeit Dazu wurde ein Widerstand von 464 080KOhm verwendet an welchem bei 230VAC 114mW Leistung abfallen
17. und Kleinger te e Warmwasser Elektroboiler W rmepumpenboiler e Allf llige Elektroheizung W rmepumpe e Diverses Nicht einer der vorliegenden Kategorien zuzuordnenden Stromverbraucher Heiz l Erdgas Verbrauch monatlich per Handablesung erfassen wenn m glich in das gleiche Tool eintragen Alternative Energiebuchhaltungsprogramm CEBU oder CEBU Web der Encontrol AG 2 3 Vorjahre erfassen 2 Grieder T amp Huser A 2005 VSE Stromverbrauchserhebung 2005 Encontrol GmbH im Auftrag des Ver bands Schweizerischer Elektrizit tsunternehmen VSE Aarau 2005 Resultate publiziert im Bulletin SEV VSE 4 2006 Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom 4 Installations und Inbetriebnahmephase Nach Abschluss der Vorbereitungsphase und mit dem Vorliegen der Digitalstrom Komponenten sind diese gem ss Installationskonzept zu installieren und in Betrieb zu nehmen Diese Leistung wird durch die Firma Aizo AG Schweiz organisiert und auf deren Kosten durchgef hrt Die Installation wird durch die HSLU und die Encontrol begleitet Damit soll die HSLU das not wendige Know How f r die Betreuung der Bewohner w hrend der Betriebsphase aufbauen An dererseits werden die w hrend der Installation gewonnenen Erfahrungen in die Empfehlungen des Schlussberichtes einfliessen Resultate e Funktionsf hige Digitalstrom Installation in den Wohnobjekten und im iHomeLab e Dokumentation zu den Installationen e Erkenntnisse f
18. 5 Watt und er treibt eine Last von ca 150 Watt Der Eigenverbrauch des Dimmers mit einer Genauigkeit von 25 mW bestimmt werden k nnen In der folgenden Abbildung sind die 4 zur Verf gung gestellten Messstellen gekennzeichnet 220 VAC Komponente 4 N In e Dimmer Lost lt 0 220 VAC Out 3 1 Vorgabe Messschaltung Bei dieser geforderten Genauigkeit ist klar dass sicher ein kalibriertes Messger t in der Messeinrichtung verwendet werden muss da andernfalls die geforderte Genauigkeit nicht erreicht werden kann Die Aufgabe umfasst folgende Punkte e Realisierung der Messeinrichtung als Laboraufbau e Validierung e Dokumentation Spezifikationen des Messsystems Bei einer Last von 150 Watt muss eine Leistungsver nderung von 25 mW bestimmt werden k nnen Das heisst es wird eine Genauigkeit des Messger tes von 23 gt mW 150W 0 016 gefordert Da die Messung vor und hinter dem Dimmer unter gleichen Bedingungen stattfinden muss muss an beiden Stellen gleichzeitig gemessen werden und die Daten m ssen irgendwie auf den PC bertragen werden um sie auszuwerten Bei der geforderten Genauigkeit k nnten bereits kleinere Eingangsspannungsschwankungen oder andere sich ver ndernde Faktoren die Messung verf lschen wenn sie vor und hinter dem Dimmer nicht zur gleichen Zeit erfolgt Bei den Messungen in den Privatwohnungen wird dieses Messprinzip nicht angewandt Im Gegensatz zu den Messungen der Protot
19. Alle Datenbl tter auf der CD e Fluke Norma 4000 1 Kanal Voltech PM 3000A 3 Kan le an T amp A vorhanden Voltech PM 6000 3 Kan le Yokogawa WT3000 3 Kan le ZES LMG 95 1 Kanal ZES LMG 450 2 Kan le ZES LMG 500 3 Kan le Das Fluke Norma erreicht die geforderte Genauigkeit nicht Der Fehler bei einer Leistungsmessung im geforderten Bereich liegt bei 0 16 anstatt der geforderten 0 016 Zudem hat es nur einen Kanal Das Problem der Ger te wie dem PM3000 ist dass sie f r gr ssere Leistungen ausgelegt sind Beim PM3000 konnte beispielsweise eine Last von 100mW nicht erkannt werden Zudem hat man bei allen Kan len immer einen gemeinsamen Pol da es f r Dreiphasenmessungen gedacht ist PM 6000 von der Firma Voltech w re genau genug hatte aber sehr grosse Lieferfristen um ein Testger t zur Verf gung zu stellen Der Yokogawa WT3000 ist zu ungenau f r diese Messungen Das LMG 95 von der Firma ZES Zimmer hat die geforderte Genauigkeit jedoch nur einen Kanal f r die Leistungsmessung Das LMG 450 erreicht die geforderte Genauigkeit nicht und kam nicht in Frage Die Firma Tectron konnte innerhalb einer Woche ein LMG 500 zu Testzwecken zur Verf gung stellen wodurch die Wahl des zu ben tzenden Produkts klar war Das LMGS500 ist der Recherche zu Folge eines der Besten seiner Klasse und der Preis liegt im Durchschnitt FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp
20. Architektur 4 2 Leistungsmessger t LMG 500 Crarari Piecisios Pouar 4 1 LMG 500 Frontansicht 4 2 1 Funktionsweise Das LMG 500 hat gegen ber anderen mehrkanaligen Leistungsmessger ten den grossen Vorteil dass die Kan le vollkommen galvanisch voneinander getrennt sind Das heisst man muss kein gemeinsames Potential zwischen den Kan len haben So ist es optimal geeignet f r die Messungen die in diesem Projekt durchgef hrt wurden Das Ger t ist einfach zu bedienen und man kann im sch nen Farbdisplay beliebige Werte von den verschiedenen Kan len anzeigen lassen In diesem Projekt wurden jeweils folgende Werte betrachtet e Effektivwert der Spannung Utrms e Effektivwert des Stromes Itrms e Wirkleistung P e Scheinleistung S e Blindleistung Q Um den Momentanverbrauch der Komponenten zu bestimmen wurde im Ger t eine Zeit von 500ms gew hlt w hrend welcher der Leistungsverbrauch gemittelt wird bevor die Daten an den PC bertragen werden So halten sich die zu bertragenden Daten in Grenzen und man hat dennoch einen guten berblick wie sich der Verbrauch ver ndert In den folgenden Messungen und Formeln bedeutet P2 zum Beispiel die gemessene Wirkleistung in Kanal 2 Analog dazu ist mit Iltrms der Effektivwert des Stromes von Kanal 1 gemeint Da nur die Wirkleistung interessiert wird in allen Berechnungen mit Effektivwerten gerechnet 4 2 2 Software TERM 5L Die Firma ZES Zimmer stellt f r das LMG 500 eine S
21. Conf d ration suisse Umwelt Verkehr Energie und Kommunikation UVEK Confederazione Svizzera Confederaziun svizra ch Schweizerische Eidgenossenschaft Eidgen ssisches Departement f r Bundesamt f r Energie BFE Schlussbericht 31 Dezember 2010 Effizienzsteigerung im Haushalt durch DigitalSTROM Auftraggeber Bundesamt f r Energie BFE Forschungsprogramm Elektrizit tstechnologien amp anwendungen CH 3003 Bern www bfe admin ch Kofinanzierung ewz Stromsparfonds CH 8050 Z rich Auftragnehmer Encontrol AG Bremgartenstrasse 2 CH 5443 Niederrohrdorf www encontrol ch Autoren Alois Huser Encontrol AG alois huser encontrol ch BFE Bereichsleiter Dr Michael Moser BFE Programnnleiter Roland Br niger BFE Vertrags und Projektnummer 153117 102468 F r den Inhalt und die Schlussfolgerungen ist ausschliesslich der Autor dieses Berichts verantwortlich 2 10 Inhaltsverzeichnis 1 Zusammenfassung essen era 4 Pe EE 4 E Ger EE 5 4 Vorgehen und Proiektsteuerung EEN 5 5 Konzept und Aufbau von doltalgT ROM 6 6 Test und Messungen der DotalG ROM komponenten eneee nennen nnne 7 6 1 MESSKONZERE ranee ee ee ee 7 6 2 Eigenverbrauchsmessung rue ee 8 6 3 Verifikation der Messgenauigkeit des DigitalSTROM Systems sneessesneeeeeeeeee 8 6 4 Messungen in Wohnobiekten AAA 9 7 Lastgangmessungen bei Wohnobjekten nenn 9 8 lnstallationsplanung anne ee ie ee ea elle 9 9 Nationale Zusammenarbeit
22. Fehlerbehebung bei St rungen der Datenaufzeichnung e Erste Datenauswertung nach einem Monat e Zweite Auswertung nach einem Quartal e Abschliessende Auswertung nach einem Kalenderjahr e Laufende Betreuung der Bewohner e Laufende Erfassung der Erfahrungen f r den Schlussbericht Der Kontakt zu den Bewohnern erfolgt ausschliesslich ber die Beratungsstelle Diese soll die R ckmeldungen der Bewohner sammeln Ein direkter Kontakt der Bewohner zur Herstellerfirma Aizo ist nicht erw nscht Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Beginn Mess und Probebetrieb 1 Februar 2009 Encontrol Erste Zwischenauswertung der Daten Bericht an 20 M rz 2009 HSLU Encontrol Steering Commitee Fehlerbehebung laufend HSLU Betreuung der Bewohner laufend HSLU 2 Zwischenauswert Bericht an Steering Committee 14 August 2009 HSLU Encontrol Abschluss Mess und Probebetrieb 31 M rz 2010 HSLU Encontrol Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom 5 1 Messungen in den Objekten In den Objekten wird die Genauigkeit der internen Messung des Digitalstrom Systemes mit Stich probenmessungen gem ss Messkonzept berpr ft Die Messdauer pro Verbraucher betr gt ca 1 Woche Aufl sung mindestens 15 Minuten Die Messungen sollen m glichst fr h im Projekt durchgef hrt werden damit die Erkenntnisse bei den ersten Auswertungen der brigen erfassten Daten bereits zur Verf gung stehen Vorrang habe aber die Messungen im iHo
23. Installationskonzept zu erstellen Resultate e Vollst ndige Liste der notwendigen Digitalstrom Komponenten pro Objekt e Vollst ndige Liste der zus tzlich notwendigen Komponenten pro Objekt wie Antriebe f r Heiz k rperventile Elemente zur Anbindung an das Internet PC f r die Visualisierung im Objekt etc e Beschreibung der geplanten Funktionen der Digitalstrom Installation evtl Spezifikation von zus tzlich zu programmierenden oder konfigurierenden Funktionen Zeitschaltuhren Zentral Aus etc e Liste mit Tipps f r die Planung einer Digitalstrom Installation Bei der Erhebung in den Wohnobjekten sind die folgenden Punkte zu beachten e Auf zus tzliche M glichkeiten zur Energieeinsparung durch Intelligente Steuerungsfunktionen achten e Sollen Steckdosen geschaltet werden Alle Abg nge einer Dose oder nur einer Vermeidung von Standby Verbrauch e K nnen Steckdosen einer Verbraucher Kategorie zugeordnet werden Es ist eines der Pro jektziele den Strombezug mit der internen Messung in die folgenden Verbrauchskategorien aufzuteilen o Weisse Ware Beleuchtung o Informations und Kommunikationstechnologie inkl Tv Audio Video o Heizung und Klima o Pflege o Kaffeemaschinen und Kleinger te o Brauchwarmwasser o Elektrische Raumheizung W rmepumpe o Diverses Nicht einer der vorliegenden Kategorien zuzuordnenden Stromverbraucher Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom Vorge
24. ae a 23 E ET E 23 92 Quelleh Referenzen a sien dass aiaa aa aaa ai aa aad l a E ae 24 A Anhang A Messresultate etc n EEEE EE EEN EE EE AE 25 2 Einf hrung 2 1 Zweck des Dokuments Das Vorgehen und die einzelnen Schritte der Voruntersuchung sind hier ersichtlich Im Weiteren sollen die Kapitel 5 Leistungsmessger t LMG500 und Kapitel 7 Report Leistungsmessung mit DMX Dimmer dazu dienen dass die definitive Ausmessung der digitalSTROM Komponenten von einer Drittperson ohne zu grossen Aufwand mit der zur Verf gung gestellten Infrastruktur durchgef hrt werden kann FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur 2 2 G ltigkeitsbereich Das Dokument ist in erster Linie f r die Person gedacht welche im Verlaufe des Jahres die Messung an den digitalSTROM Komponenten machen wird aber auch f r Personen die sich f r Pr zisionsleistungsmessung interessieren 2 3 Definitionen und Abk rzungen CEESAR Center of Excellence for Embedded Systems Applied Research DMX Digital Multiplex digitales Protokoll zur Steuerung von versch Ger ten in der Licht und B hnentechnik digitalSTROM Projekt der ETH Z rich Vernetzung elektrischer Ger te ber Haushaltnetz LMGS500 Pr zisionsleistungsmessger t mit 4 Kan len Hersteller ZES Zimmer Deutschland TERM AL Software f r die Steuerung des LMG500 vom Notebook aus ZES ZIMMER Pr zisionsleistungsmessger te Hers
25. alterplatte Ausschalter Schema 0 e ds BB Rolloklemme IX UNS d H Steckdose T12 3 fach Steckdose T13 3 fach ER Zwischenstecker d 49 Se Ce Wecnselschalter Schema 3 X DS F Y SchalteriSteckgose T12 Gr 1 Lichtklemme g f SchalteriSteckgose T12 Gr 1 1 bi N SchalteriSteckdose T13 Gr 1 1 vi 1 Schnurdimmer Y Y Steckdose T12 je a Steckdose T13 y y ye d Lampend bel Anschluss Decke Deckenleuchte Downngnt Wandleuchte DI Splegeischrankleuchte OT Langfeldieuchte 1 3 mit Wanne Eet S X l RL
26. ammenfassung der Messungen Widerstand KOhm Leistung W Unsicherheit mW 45 701 1 102 12 264 870 0 190 10 464 080 0 108 10 Man sieht in der Zusammenfassung dass mittels der Br cken am Messger t fast die gleiche Genauigkeit erreicht werden kann wie wenn man bei der Messung ohne Br cken die Leiter und Kontaktwiderst nde ber cksichtigt 6 3 Messung Dimmerverlustleistung Die Messung der Dimmerverlustleistung wird in Kapitel 7 genau dokumentiert da Kapitel 7 als Vorlage f r den Report der Digitalstromkomponenten dienen soll Zu bemerken ist dass da wieder die unter 6 2 1 angewendete Methode zum Einsatz kommt da hier ja der Dimmer wieder zwischen die beiden Kan le kommt Somit k nnen Il und U2 beziehungsweise U1 und U2 nicht mehr verbunden werden da dann die Leistung des Vierpols Dimmer nicht mehr korrekt gemessen werden k nnte FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur 7 Report Leistungsmessung mit DMX Dimmer Die Anleitung um die Messung durchzuf hren findet sich im Anhang A Dieser Report soll sp ter im Jahr 2008 wieder gebraucht werden k nnen um die Messung an den digitalSTROM Komponenten zu dokumentieren 7 1 Allgemeines 7 1 1 Aufgabenstellung Es soll der Leistungsverbrauch eines Vierpols in diesem Fall ein Dimmer im Haushaltsnetz 230V AC welcher eine Last von 0 120W steuert gemessen werden
27. ch der DigitalSTROM Komponenten wird bestimmt indem im Labor jede Komponente ausgemessen und anschliessen der Verbrauch pro Haushalt hochgerechnet wird Beide Messungen die Eigenverbrauchsmessung sowie die Verifikation der Messgenauigkeit sind mit gewissen Schwierigkeiten verbunden die im Folgenden umrissen werden 6 2 Eigenverbrauchsmessung Der Eigenverbrauch teilt sich in zwei Komponenten auf dauernde lastunabh ngige Leistungsaufnahme lastabh ngige Leistungsaufnahme bei eingeschalteter Last Die dauernde lastunabh ngige Leistungsaufnahme stellt keine besonderen Anforderungen an die Messausr stung Der Messbereich am Messger t kann so gew hlt werden dass eine gute Aufl sung der Messgr ssen Strom und Spannung m glich ist Der lastabh ngige Anteil stellt dagegen grosse Anforderungen an die Messausr stung einer Differenzmessung Betrachtet man z B einen Dimmer so setzt sich die Leistung am Eingang zusammen aus dem Eigenverbrauch des Dimmers plus der Leistung der angeschlossenen Lampe Am Ausgang wird die Lampenleistung gemessen Bei einer 150 Watt Halogenlampe bedeutet das 150 Watt am Ausgang des Dimmers und ca 150 3 Watt am Eingang 150 Watt plus Eigenverbrauch des Dimmers von 0 3 Watt Damit nun aus der Differenz mit gen gender Genauigkeit der Eigenverbrauch bestimmt werden kann muss jede einzelne Messung mit einer Genauigkeit von ca 0 05 Watt oder bezogen auf den Messbereich von 150 Watt auf weniger als 0 5 P
28. chnisch gel st und gew hrleistet wird 6 1 Messkonzept Es wurde ein Messkonzept erstellt Dabei sind grosse Schwierigkeiten aufgetreten da keine schriftliche Information ber das interne Messprinzip im DigitalSTROM System vorlag Anhang 2 Am Ende des Projektes m ssen f r jedes untersuchte Wohnobjekt die folgenden Informationen zur Verf gung stehen Haushaltstrombezug total sowohl f r die Dauer des Mess und Probebetriebes sowie f r zwei bis drei Vorjahre Haushaltstrombezug f r die Dauer des Mess und Probebetriebes aufgeteilt in die verschiedenen Verbrauchergruppen gem Spezifikation Licht Unterhaltungselektronik Grossger te etc Mehrverbrauch verursacht durch die DigitalSTROM Komponenten Gemessene und berechnete Einsparungen durch intelligente Steuerungsfunktionen des DigitalSTROM Systems 7110 Der totale Haushaltstrombezug kann anhand des normalen Elektroz hlers bestimmt werden Die Aufteilung auf die verschiedenen Verbrauchergruppen sollte anhand der internen Messung im DigitalSTROM System erfolgen Dazu muss vorg ngig die Genauigkeit dieser Messung in den verschiedensten Betriebszust nden berpr ft werden Zum Messkonzept geh rt auch ein Konzept f r das periodische Auslesen Sichern und Plausibilisieren der Daten Dabei sollte insbesondere das Total der vom DigitalSTROM System erfassten Verbrauschwerte mit dem totalen Verbrauch gem ss Z hler verglichen werden Der Eigenverbrau
29. d schalten Verbrauch und Verlauf mit EMU kontrollieren Ausf h rung mit Datenlogger o PC auslasten Normalbetrieb unbelastet Standby Ruhezustand Aus Verbrauch und Verlauf mit EMU kontrollieren Ausf hrung mit Datenlogger o PC und Lampen in verschiedenen Sequenzen schalten Verbrauch und Verlauf an ei nem Verbraucher mit EMU Ausf hrung mit Datenlogger kontrollieren Resultate e Encontrol und HSLU haben erste Erfahrungen im Umgang mit dem Digitalstrom System ge sammelt e Aktueller Stand der Funktionalit t bekannt e Entscheidungsgrundlagen f r Start der einj hrigen Messphase vorhanden e Genauigkeit der internen Messung bekannt Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Bereitstellung Komponenten 20 Okt 2008 digitalSTROM org Messaufbau 22 Okt 2008 Encontrol Tests und Messungen 23 24 Okt 2008 Encontrol HSLU Bericht an das Steering Commitee 21 Nov 2008 Encontrol 3 2 Definition der Wohneinheiten Ziel Festlegung von 1 bis maximal 3 Wohneinheiten f r den Dauerbetrieb Feststellen ob es grunds tzliche Kriterien f r die Eignung des Digitalstrom Systems gibt Die Wohneinheiten werden nach der Startsitzung vom 5 Juni 2008 und nach Vorliegen der ver schiedenen Vorschl ge durch das Steering Commitee festgelegt Kriterien e Nicht zu viele Verbraucher Digitalstrom Komponenten werden immer noch von Hand gefertigt und sind
30. e Zuletzt wurde an Stelle der Widerst nde der Dimmer mit einer von ihm angesteuerten Last von 0 110W vermessen FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur 1 Inhalt Abstratt TEEN 2 DEN EE 3 2 2 E e 3 E ER EE 3 2 2 G ltigkeitsbereich Akemsbsonerrtsersetssenberekeeneninnnesneerkie nern erererer Inne eese Ee eege 4 Ee Ee eet te Le el 4 2A Referenzeneann taugt enee ee Seite ee Seite Ee Fehler Textmarke nicht definiert 3y Aufgabe eebe Ee Eed See See ebe ebe EEE AERENE EHE DERRER 4 3 1 Information dieit lsEROM 0 are rm nme here 4 3 22 HE DetretellOO geet 4 KE S 4 Recherche und Auswahl der Versuchskomponenten ssssssessssssssssrrressssssrrrrrerrrsssrereeeessssserrreeessss 6 4 1 ET Et 6 4 2 keistungsmessger t LMG 500 asa aean an seKin TETEE TETEE EAEE aa aeg 7 KS GER RE 8 4 4 gt Messwiderst nde ee 8 5e dE UI EE 8 oP e E TEE 8 5 2 Eliminierung der St roer esen orn orn A A EE ES 10 6 Messungen mit definitivem Aufbau sssini 10 DJ Messwiderst nde n nen euere 11 6 2 Variable East EE EE 12 6 3 Messung Drmmerverlustleietung nanoni n ie RENEE EENEN NEE 19 7 Report Leistungsmessung mit DMS Dmmer 20 E All emee Snee a R EIER EET IRET 20 RE E E EE 21 dess E EE 21 1 4 Fehlerkorrektur 2 Reegele Eege ee Ee ee enee 21 E EE E 23 7 6 Evaluierung der Res lt ter 22 2 Hin e anean aianei eii ai ane Ee
31. e Organisation der Vernetzung ihrer Mitglieder ber einen direkt in die Ger te in der Steckdose oder in einem Zwischenstecker verbauten Chip dSID k nnen elektrische Ger te miteinander kommunizieren Bild 5 1 Von diesem Chip zum sogenannten digitalSTROM Meter dSM pro Stromkreis ein St ck funktioniert die Kommunikation ber das bestehende 230 V Stromnetz Der dSM bernimmt neben der Kommunikation zum dSID auch die Verbrauchsmessung der elektrischen Verbraucher ber einen 2 Draht Bus sind die digitalSTROM Meter mit einem digitalSTROM Server dSS verbunden Dieser bedient sich offener Protokolle und l sst sich ins Internet einbinden 6 10 TCP IP Anschluss RJ 45 dS485 seneller 2 Draht Bus 230V 4 16A DigitalStrom DigitalStrom DigitalStrom Server Modul Meter max 62 ID max 1008 Eigenverbrauch 2VV Lastmax 3 6kVA Eigenverbrauch lt 0 3 W Eigenverbrauch 3 2W Bild 5 1 bersicht ber den Aufbau der digitalSTROM Komponenten 6 Test und Messungen der DigitalSTROM Komponenten Bei den digitalSTROM Komponenten lagen w hrend der Projektbearbeitung noch keine Zertifikate oder Pr fprotokolle vor Gem ss Stellungnahme des eidgen ssischen Starkstrominspektorats ESTI muss der Hersteller f r die Inverkehrsetzung gem ss der NEV eine Konformit tserkl rung abgeben und Pr fberichte vorlegen Insbesondere konnte nicht gekl rt werden wie der berlastschutz bei den digitalSTROM Komponenten te
32. e HSLU 05 01 2009 31 01 2009 gt 1 Auswertung Messdaten Encontrol 01 03 2009 20 03 2009 gt 1 Gespr chsrunde Encontrol 23 02 2009 26 02 2009 gt 3 Sitzung Steering Commitee Encontrol 20 03 2009 20 03 2009 E 2 Auswertung Messdaten Encontrol 01 06 2009 26 06 2009 gt 2 Gespr chsrunde Encontrol 01 05 2009 31 05 2009 gt 5 Sitzung Steering Commitee Encontrol 14 08 2009 14 08 2009 K Abschlussgespr che Encontrol HSLU 01 03 2010 31 03 2010 Phase 4 Auswertung und Schlussbericht 01 04 2010 31 08 2010 Demontage der Komponenten R B engineering 01 04 2010 30 04 2010 Auswertung der Messungen HSLU Encontrol 01 04 2010 30 05 2010 Schlussbericht mit Empfehlungen Encontrol 01 06 2010 31 08 2010 Abschlusssitzung Steering Commitee Encontrol 16 08 2010 16 08 2010 Abgabe an Stromsparfonds ewz 31 08 2010 31 08 2010 Home Lob Messkonzept der digitalSTROM Komponenten ers on Inhalt I Einleitung EE 2 Ausgangslage ostsee 3 PORAD essen see Ea a EEE EE 4 Leistungsmessger t ELE E 4 1 Funktions EE 4 2 SoftWare KT EE EE 4 3 Eliminierung der St rgr ssen naeh RR ib 3 WMessaulbau ar usa rinnen 6 1 Messunsen In Testobjeklen as es 7 Definition und Abk rzungen ausunsnunssansenisunsealneb Ian SN en ee ee ee une 1 Einleitung Als Partner der digitalSTROM Allianz hat das Kompetenzzenter CEESAR der Hochschule Luzern Technik amp Architektur die Aufgabe den Eigenverbrauch der digitalSTROM Komponente
33. e Messung nicht zur gleichen Zeit stattfinden konnte und sich der Verbrauch des Dimmers aufgrund der ver nderten Netzspannung jeweils nderte Dem entgegen geholfen kann nur werden wenn in k nftigen Messungen eine konstante Spannungsversorgung mit 230V AC verwendet wird 7 6 Evaluierung der Resultate Erstaunlicherweise braucht der Dimmer bei einer Last von 100W 2W mehr an Leistung als wenn er im Leerlauf l uft Vor allem zuviel ist aber die Leistung von 7 75W die der Dimmer im Leerlauf verbraucht Dies ist darauf zur ckzuf hren dass es ein 6 Kanal Dimmer ist der mit DMX angesteuert wird Somit muss er auch noch eine gewisse interne Elektronik und ein Netzteil f r den Mikroprozessor mit Strom versorgen Die Genauigkeit ist insofern mit 25 mW gew hrleistet da zuvor w hrend dem Projekt Referenzmessungen mit den vermessenen Widerst nden und variabler Last durchgef hrt wurden 8 Ausblick Der errichtete Leistungspr fstand f r Leistungsdifferenzmessungen im einphasigen Haushaltsnetz kann in Verbindung mit einem LMG500 im Juni 2008 f r die Vermessung der digitalSTROM Komponenten verwendet werden Die Excel Vorlage und die bereitgestellte Konfigurationsdatei f r das Messger t k nnen dazu verwendet werden Bei den in dieser Arbeit durchgef hrten Messungen schwankte die Netzspannung immer Dies k nnte evtl durch eine USV oder eine Synchronmaschine die als Generator benutzt wird realisiert werden FH Zentralschweiz 9 Quel
34. e vor welche dem ESTI vorgelegt werden k nnen und die das ESTI f r die Installation akzeptiert Die Steuerungs und Auswertsoftware ist zur Anwendung bereit Der Hersteller der digitalSTROM Chips Firma aizo AG hat im Herbst 2010 angek ndigt dass erst im April 2011 marktreife und zertifizierte Komponenten zur Verf gung stehen werden Der Funktionsumfang der Komponenten wird aber nicht dem zum Projektbeginn vorgesehenen Stand entsprechen Daher hat das Bundesamt f r Energie im Herbst 2010 entschieden dass Projekt abzubrechen Das Bundesamt f r Energie ist aber offen f r einen sp teren Neuanfang unter besseren Voraussetzungen 5 Konzept und Aufbau von digitalSTROM Das Ziel von digitalSTROM ist elektrische Ger te auf einfache Art und Weise miteinander zu vernetzen Damit wird der Stromverbrauch sicht und messbar Geleichzeitig k nnen die elektrischen Ger te zentral gesteuert werden ein ausschalten dimmen verschiedene Lichtstimmungen auf Tastendruck abrufen die Jalousien heben und senken usw In der Non Profit Organisation digitalSTROM org die 2007 an der ETH Z rich gegr ndet wurde wird versucht die erfundene Technologie zu einem weltweiten Standard zu entwickeln http www digitalSTROM org Der digitalSTROM org obliegt das Management der technologischen Weiterentwicklung die Zertifizierung von Produkten die Definition der Standards f r Hard und Software sowie Nutzerinteraktion Dar ber hinaus dient di
35. en Im Beispiel des Computers Idle Stand By Volle Auslastung usw Dabei k nnen zwar nicht so viele Zust nde abgebildet werden wie f r eine dimmbare Last aber es gibt eine Vorstellung ber die Thematik Je nach Resultat kann die Messung auch auf andere Lasten bezogen werden falls hnlichkeiten bestehen 6 Messungen in Testobjekten Um den Nutzen in Bezug auf die Energieeffizienz solcher Installationen zu messen werden die digitalSTROM Komponenten in Testobjekten installiert Danach kann man den Stromverbrauch mit und ohne Installation der Komponenten vergleichen Das geplante Vorgehen ist folgendermassen 1 Es werden die Z hlerinformationen der vorangehenden Rechnungsperioden gesammelt und ausgewertet Diese werden am Ende der Messperiode mit den neuen Z hlerinformationen verglichen 2 Punktuell werden Messungen von einzelnen Ger ten durchgef hrt und deren Stromverbrauch bestimmt Dabei sollen z B Ger te im Multimediabereich wie Fernseher Stereoanlage Ger te der weissen und roten Ware aber auch versteckte Ger te wie z B Wasserboiler ausgemessen werden Die erfassten Messwerte werden am Ende der Messperiode ebenfalls mit den neuen Z hlerinformationen verglichen 7 Definition und Abk rzungen DMX Digital Multiplex digitales Protokoll zur Steuerung von versch Ger ten in der Licht und B hnentechnik digitalSTROM Projekt der ETH Z rich Vernetzung elektrischer Ger te ber Haushaltnetz LMGS500 P
36. er t kann zur Verf gung gestellt werden Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Inbetriebnahme Z hlerfernauslesung und Datensi 19 Januar 2009 HSLU cherung Z hlerfernauslesung und Datensicherung in Betrieb 31 Januar 2008 HSLU Bericht an Steering Commitee 20 M rz 2009 Encontrol 4 3 Instruktion der Bewohner Nach erfolgter Installation der Digitalstrom Komponenten werden die Bewohner in der Benutzung des Systems instruiert Dies umfasst e Hinweise zur Sicherheit Prototyp Ger te keine Manipulationen an 230 V Installation e die Benutzung der Automatisierungs Funktionen e die Benutzung des Visualisierungs Tools e Hinzuf gen entfernen neu platzieren von Verbrauchern speziell Lampen e allf llige Hinweise zum Umgang mit den installierten Messkomponenten e Verhalten bei St rungen und Problemen F r die Dauer der Betriebsphase wird eine Beratungsstelle eingerichtet die den Bewohnern bei Problemen zu normalen B rozeiten Montag bis Freitag 08 00 bis 17 00 Uhr telefonisch Hilfestel lung gibt Am Ende des Projektes m ssen die gesammelten Erfahrungen der Bewohner ausgewertet wer den Zu diesem Zweck wird ein Tagebuch zur Verf gung gestellt in dem die Bewohner ihre Er fahrungen festhalten Auch alle Kontakte mit der Betreuungsstelle werden festgehalten zudem besondere Vorkommnisse nennenswerter neuer Verbrauche angeschafft Ger tedefekt K hltru he ausgeschaltet Ferienabwesenheit etc Dazu kommt
37. er und die Gl hlampen Zudem sieht man auch wo die zum Dimmer parallel geschalteten Widerst nde eingesetzt werden k nnen Zur erh hten Sicherheit wurden die Widerst nde in Steckergeh use geschraubt womit sie ohne weiteres w hrend der Messung ein oder ausgesteckt werden k nnen 7 3 Messvorgehen Die Komponenten werden gem ss dem Messaufbau verbunden Die Konfiguration des Messger tes wird richtig eingestellt Danach werden vom Messger t alle 500ms die n tigen Werte f r die Messung an den PC bertragen Der Dimmer wird ber das USB DMX Modul angesteuert so dass die Lampen langsam Intervall 10sec von 0 100W Leistung verbrauchen Danach werden die Messdaten in Excel mit der in Kapitel 7 4 beschriebenen Fehlerkorrektur bearbeitet und eine Grafik erstellt wo erscheint wie sich der Leistungsverbrauch des Dimmers ndert wenn er von 0 100 angesteuert wird 7 4 Fehlerkorrektur in Excel FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Der gesamte Messaufbau bringt drei St rgr ssen mit sich e Innenwiderstand Spannungskanal Channel 2 4 59 MOhm e Innenwiderstand Stromkanal Channel 2 0 027 Ohm e Leitungs und Kontaktwiderst nde hinter Channel 1 bdiebige Last 0 150W In obiger Abbildung sind die St rgr ssen bis auf die Leiter und Kontaktwiderst nde ersichtlich Die Verlustleistung am D
38. esssystems Bei einer Last von 150 Watt muss eine Leistungsver nderung von 25 mW bestimmt werden k nnen Das heisst es wird eine Genauigkeit des Messger tes von 25mW 150W 0 016 gefordert Da die Messung vor und hinter dem Dimmer unter gleichen Bedingungen stattfinden muss muss an beiden Stellen gleichzeitig gemessen werden und die Daten m ssen irgendwie auf den PC bertragen werden um sie auszuwerten Bei der geforderten Genauigkeit k nnten bereits kleinere Eingangsspannungsschwankungen oder andere sich ver ndernde Faktoren die Messung verf lschen wenn sie vor und hinter dem Dimmer nicht zur gleichen Zeit erfolgt 3 3 Ziele Die Messung so genau machen dass die geforderten Anforderungen welche sicherlich sehr hoch sind erreicht werden k nnen Unter Ber cksichtigung von m glichst allen erfassbaren St rfaktoren im Messaufbau soll der Fehler so klein wie nur m glich gehalten werden FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur 4 Recherche und Auswahl der Versuchskomponenten 4 1 Pr zisionsleistungsmessger te Im Gebiet der Pr zisionsleistungsmessung gibt es auf dem Markt nicht allzu viele Ger te Zwei Sachen haben alle verf gbaren Ger te gemeinsam Sie sind teuer und haben oft aufgrund der geringen St ckzahl und Sonderanfertigungen lange Lieferfristen Nach ausgiebiger Recherche im Internet kamen folgende Ger te in die engere Auswahl
39. g ag Installationen und Inbetriebnahme abgeschlossen 31 Januar 2009 R B engineering ag Bericht an Steering Commitee 20 M rz 2009 Encontrol Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom 4 2 Installation der Messeinrichtungen Anschliessend oder gleichzeitig mit der Installation der Chips werden die erforderlichen Messge r te installiert und die Datenerfassung initialisiert Damit ist gew hrleistet dass alle Messdaten f r eine sp tere Auswertung elektronisch zur Verf gung stehen Diese Arbeiten erfolgen durch die HSLU Als permanente Messeinrichtung in den Objekten ist lediglich ein Z hler mit Fernauslesung f r den totalen Strombezug notwendig F r die Stichprobenmessungen ber jeweils eine Woche kommt vorzugsweise ein Energie und Leistungsmessger t des Typs EMU mit Datenlogger zum Einsatz Diese Ger te k nnen ohne Installationsaufwand in die Netzzuleitung einzelner Verbraucher eingeschlauft werden Die Ver braucher m ssen allerdings mit Netzstecker versehen sein die Messung von fest installierten Ger ten wie z B einer Deckenlampe ist nicht m glich Ziele e Der Strombezug der Objekte am Hauptz hler wird l ckenlos aufgezeichnet e Fernauslesung des Z hlers etabliert e Die internen Messdaten des Digitalstrom Systems werden l ckenlos erfasst und gesichert e Messeinrichtung f r Stichprobenmessungen evaluiert und beschafft Hinweis Encontrol ver f gt ber ein EMU mit Datenlogger G
40. h einem Quartal e Drittes Gespr ch nach einem halben Jahr e Abschlussgespr ch nach einem Kalenderjahr Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich 1 Gespr chsrunde Ende Feb 2009 Encontro Bericht an Steering Committee 20 M rz 2009 Encontro 2 Gespr chsrunde Mai 2009 Encontro Bericht an Steering Committee 26 Juni 2009 Encontro 3 Gespr chsrunde September 2009 Encontro Abschlussgespr che M rz 2010 Encontrol HSLU 5 5 Hotline F r die Betreuung der Bewohner richtet die HSLU eine Hotline ein die zu normalen B rozeiten besetzt ist Dies setzt voraus dass die HSLU bei mindestens zwei Personen die notwendige Kompetenz aufbaut Es w re w nschenswerte wenn f r Ausnahmef lle eine Notfallnummer auch abends und an Wochenenden zur Verf gung stehen w rde optional Die Kontakte mit den Be wohnern werden von der Hotline erfasst und protokolliert Dazu kommt vorzugsweise ein Internet basiertes Tagebuch zur Anwendung Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Hotline und Tagebuch einrichten Januar 2009 HSLU Encontrol Hotline in Betrieb 1 Februar 2009 HSLU Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom 6 Demontage Nach Abschluss des Mess und Probebetriebs werden die Komponenten des Digitalstrom Systems durch die Digitalstrom Organisation deinstalliert ausser die Bewohner wollen die Instal lationen in Absprache mit allen Beteiligten behalten Dabei ist aber anzumerken
41. haben hoher Strombezug f r die zentrale Infrastruktur Server Touchpanel hoher Strombezug f r die unterbruchslose Stromversorgung hoher Strombezug f r die Beleuchtungssteuerung Dimmer Bausteine Aktoren M glichkeiten der Steuerung zur Energieeinsparung wenig genutzt Wesentliche Einfl sse von Digitalstrom auf die Verbreitung von Home Automation in der Schweiz 8 Anhang Termin bersicht seiten Aufgabe Meilenstein verantwortlich Termin 2008 2009 een RE Eeer E TT Phase 1 Planung und Vorbereitung 16 05 2008 31 01 2009 Startsitzung Steering Commitee Encontrol 06 06 2008 06 06 2008 Wohneinheiten festlegen Steering Comm 06 06 2008 15 08 2008 Spezifikation Encontrol 16 05 2008 27 06 2008 gt Testbetrieb Encontrol 20 10 2008 24 10 2008 gt Messkonzept HSLU 09 06 2008 18 07 2008 Installationskonzept R B engineering 18 08 2008 26 09 2008 keem 2 Sitzung Steering Commitee Encontrol 21 11 2008 21 11 2008 Phase 2 Installation und Inbetriebnahme 05 01 2009 30 01 2009 Bereitstellung Komponenten digitalSTROM 05 01 2009 05 01 2009 bei Installation und IBN in Wohnobjekten R B engineering 05 01 2009 30 01 2009 em Installation im Home ab R B engineering 05 01 2009 30 01 2009 gt Installation Messein
42. have a substantial influence on the electricity consumption of Swiss households From particular interest are the additional electricity consumption of the components the potential savings by intelligent control functions and the influence on the spreading of intelligent living in Switzerland Three apartments were identified for a trial installation and equipped with 15 minutes power meter reading The installations for the digital equipment had been planned Also agreements with owners and inhabitants were prepared about the cooperation at this study The measurements of the electronic components and installations could not be accomplished because the manufacturer could not supply appropriate electronic devices The manufacturer of the digital electronic components can presumably only provide certified and market ready products in April 2011 The function range of the components might however not correspond to the conditions planned at the start of the project Therefore the responsible decided to cancel the project The Swiss Federal Office of Energy SFOE remains unsettled for a new start under better conditions 4 10 3 Projektziele Mit dem vorliegenden Projekt soll anhand einer Versuchsinstallation untersucht werden ob die DigitalSTROM Initiative einen wesentlichen Einfluss auf den Strombezug der schweizerischen Haushalte haben kann Dabei sind drei Bereiche zu untersuchen Zus tzlicher Strombezug f r die DigitalSTROM Installatio
43. immer ist gem ss dem Messaufbau Wirkleistung Channel1 P1 Wirkleistung Channel2 P2 Von dieser Differenz m ssen nun aufgrund der Innenwiderst nde drei Gr ssen abgezogen werden Die Werte welche wegen den Innenwiderst nden abgezogen werden sind selbsterkl rend Der letzte Subtrahend jedoch entstammt aus einer vorherigen Messung wo der Fehler aufgrund der Leiter und Kontaktwiderst nde in Kap 6 2 1 bestimmt wurde Folgende Formel wird nun also auf jeden Wert Pl in Excel angewendet Leistung an Dimmer w P wW P2 W Lal ns 0 027 Ohm Bus _ T omora P2lWw 19822 4 FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur 7 5 Resultate Leistungsverlust an Dimmer bei 225 V Utrms 11 000 10 500 e gt mit R 47 501KOhm z 10 000 E sei ohne R ZS an 9 000 Max 9 54 W mit R 264 870KOhm 3 8 500 8 000 gt mit R 464 080KOhm Min 7 75 W 7 500 0 20 40 60 80 100 Leistung Last W Gl hlampen Man sieht im obigen Diagramm die Kurven des Dimmerverbrauchs bei ver nderter Last Unser DMX Dimmer verbraucht im Minimum 7 75 W wenn er die Lampen nicht ansteuert und Maximum 9 54 W falls die Lampen voll gl hen Die blaue violette und gr ne Kurve stellen den Verbrauch des Dimmers einem parallel geschalteten Widerstand dar Die anderen Kurven sind aber mit Vorsicht zu geniessen da di
44. ingungen bei gedimmtem Betrieb von Sparlampen und Fluoreszenzleuchten zu untersuchen 3 5 2 Messungen in Wohnobjekten e Hauptz hler an das Digitalstrom System ankoppeln e Stichprobenmessungen von einzelnen Verbrauchern ber je eine Wochen Vergleich mit dem intern erfassten Verbrauch und Lastgang Messung vorzugsweise mit EMU mit Datenlogger Licht je eine Gl hlampe Halogenlampe Sparlampe Leuchtstoffr hre Lampen dimmen o Unterhaltungselektronik je eine R hren TV und ein LCD TV o Wenn m glich eine Settop Box o Audio eine komplette Stereoanlage o ein PC mit Bildschirm Energiemanagemernt in Betrieb ein K hlschrank o ein Tumbler Waschmaschine Backofen oder Herd mit Standby e Innentemperatur pro Objekt in je einem Wohn und einem Schlafraum erfassen Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom Zum Messkonzept geh rt auch ein Konzept f r das periodische Auslesen Sichern und Plausibili sieren der Daten Dabei soll insbesondere das Total der vom Digitalstrom System erfassten Verb rauschwerte mit dem totalen Verbrauch gem ss Z hler verglichen werden Resultate e Konzept f r die Labormessungen e Konzept f r die Messungen in den Objekten e Konzept f r Auslesung Sicherung und Plausibilisierung der Daten Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Abgabe Messkonzept an die Projektleitung 22 August 2008 HSLU 3 6 Anzeige Tool Parallel zu der Erfassung mit zus tzlich i
45. itt wurde ein Widerstand zwischen die beiden Kan le gesteckt und sofort war ersichtlich dass der Kanal 1 eine gr ssere Wirkleistung anzeigte als Kanal 2 Dies funktionierte auch beim 470KOhm Widerstand welcher bei 230V AC nur gerade 114mW Leistung verbraucht ray Pech C e EI 27m r fwiderstand 470k 5 2 Test Differenzmessung Da im Messger t f r diese Anwendung kein Modus programmiert ist bei welchem der Kanal 1 automatisch die Innenwiderst nde des Kanals 2 ber cksichtigt mussten diese in die Messung mit einbezogen werden FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur 5 2 Eliminierung der St rgr ssen Durch die Innenwiderst nde vom Kanal 2 resultieren zwei St rgr ssen Zum einen f llt eine mehr oder weniger abh ngig von der Spannungsversorgung konstante Leistung am Innenwiderstand des Spannungskanals 4 59MOhm ab Bei 230VAC ist dies ungef hr 11 5mW Zudem gibt es eine Verlustleistung die proportional zum Strom w chst N mlich die Verlustleistung am Stromkanalwiderstand Bei einem Bereich von 0 1 2 Ampere ist dieser beim LMG 500 27mOhm Bei kleinen Str men schl gt sich dies nicht gross auf den Messwert in Kanal 1 aus Wenn aber ein Strom von 500mA durch diesen Messwiderstand fliesst misst der Kanal 1 doch schon fast 7mW zuviel Diese Formeln wurden in Excel verwendet um diesen Fehler zu korrigieren F r jeden Messwert
46. len Referenzen Benutzerhandbuch LMG 500 2007 LMG 500 Demo Set Beschrieb des Messger tes 2007 Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur A Anhang A Messresultate etc I Abbildungsverzeichnis E E ET 5 4 1 LMG 500 Frontansicht u20sssssessseessseenssnnnesssnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnsnnnennnnennn 7 5 1 100mW Messung mit 1 Kanal 9 5 2 Test DifferenzmesSsunn EE 9 6 1 definitiver Aufbau EE 10 6 2 Verkabeluns mit Steckerleiste nr ae Eege nen A RE 11 6 3 0 120W_Normal_ohneKont Wid _RATK 2022220sssseeesseennssennsnnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnennenennn 13 6 4 Nachweis Leiter und Kontaktwiderst nde 00 00eeseesoeesoeesseesesseersresscrrsressrrsrrsscrssreserssrrsseeseeeseee 14 D 30 U20wW Normal RA 14 6 6 0 120W_Normal_R2TOR uu22ussneeesseeennssennssnnnssnnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 15 6 7 0 120WEN0rmal RA70R re ee een een ie nensneneereien 16 6 8 Schema_mit_Br cken_am_LMGS500 uuu2uusesseennssnsnssnnnennnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnennnnnnnn 16 6 9 0 120W_Br cke_RATK 2uussseeeseeessssennssnnnssnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnennnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnennn 17 6 10 Beweis Leterwiderst nde mut Br cke
47. ls n chste Messung wurde die Messung welche von den Leistungsgr ssen her am ehesten die digitalSTROM Komponenten simuliert durchgef hrt Das Kabel welches normalerweise vom Dimmerausgang kommt wurde in der Steckerleiste in die Steckdose Dimmer gesteckt Der Dimmer wurde mit den Lampen in Serie geschaltet ber die Steckdose Last angeschlossen In die Steckdose Widerstand wurden die verschiedenen Widerst nde eingesetzt Der Dimmer wird mit dem USB DMX Modul vom Notebook aus gesteuert wobei der DMX Wert von 0 alle 10 Sekunden um 25 erh ht wird bis der Wert 255 100 erreicht W hrend dieser Zeit wurden die gew nschten Messwerte alle 500ms vom LMG 500 auf den PC bertragen 6 2 1 Normal FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Leistung an R 45 701KOhm bei 0 110 W Last ohne Ber cksichtigung der Leiter und Kontaktwiderst nde 1 170 1 165 1 160 1 155 1 150 1 145 1 140 1 135 1 130 1 125 1 120 HUOT R 45 701KOhm Leistung an R W Berechnete Werte 109 27 N Hi N 93 42 78 16 7 92 7 94 12 23 76 54 7 92 7 88 7 92 7 90 22 00 21 95 37 32 57 20 57 17 Last W Dimmer in Serie mit Gl hlampen 6 3 0 120W_Normal_ohneKont Wid _R47K An den so durchgef hrten Messungen ist hier Abb 6 3 exemplarisch mit dem 45 701 KOhm Widerstand gezeigt
48. meLab Der Energiebezug f r Heizung und evtl BWW wird von den Bewohnern monatlich erfasst und in ein geeignetes SW Tool eingetragen Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Stichprobenmessungen in den Objekten Januar 2009 HSLU Verbrauch Heiz l oder Erdgas monatlich erfassen laufend Bewohner Bericht an Steering Committee 20 M rz 2009 Encontrol 5 2 Daten bertragung und Sicherung Die Daten werden von der HSLU periodisch ausgelesen plausibilisiert und geeignet archiviert sodass sie nach Abschluss des Mess und Probebetriebes vollst ndig zur Verf gung stehen Die Plausibilisierung muss gew hrleisten dass St rungen in der Datenerhebung zuverl ssig er kannt werden Sinnvolle Kontrollen e Summe der Verbrauchswerte pro Kategorie wie sie das Digitalstrom System erfasst ist iden tisch mit dem Verbrauch gem ss Hauptz hler e Hauptz hler Vergleich mit Vorperiode Abweichung muss plausibel sein jahreszeitliche Schwankungen Ferienabwesenheit F r die Archivierung sollen die Daten Files mit einem geeignete Schl ssel im Dateinamen ge kennzeichnet werden Der Schl ssel soll enthalten e Wohnobjekt e Messperiode e Messpunkt resp erfasste Messpunkte e Version wenn in einer Periode mehrfach ausgelesen wird Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Datensicherung Plausibilisierung und Archivierung Jan 08 bis M rz 09 HSLU Intervall noch festzulegen 5 3 Messungen im Labo
49. n Wesentliche Einfl sse von DigitalSTROM auf die Verbreitung von Home Automation in der Schweiz Sparpotenzial durch die intelligenten Steuerungsfunktionen von DigitalSTROM Um Aussagen zu diesen Themen zu erhalten werden maximal drei Wohnungen komplett mit DigitalSTROM Chips ausger stet und ber ein vollst ndiges Kalenderjahr von den Bewohnern betrieben Aus der Installation und dem Betrieb der Einrichtungen ergeben sich folgende Teilziele Sammeln von Erfahrungen bei der Planung f r den Einsatz des DigitalSTROM Chips Erkennen der f r die Installation erforderlichen Vorbereitungsarbeiten resp identifizieren der f r einen zweckm ssigen Einsatz erforderlichen Voraussetzungen Sammeln von Erfahrungen bei der Installation und Inbetriebnahme des DigitalS TROM Chips unter verschiedenen Umst nden und unter verschiedenen Installationsbedingungen Erkennen der m glichen Funktionen des DigitalSTROM Chips f r die Energieeffizienz Betreiben der gesamten Infrastruktur ber mindestens 1 Jahr Messen des Stromverbrauchs aller f r den Einsatz des DigitalSTROM Chips erforderlichen Systemkomponenten um darzulegen welcher Strommehrverbrauch durch den Einsatz des DigitalSTROM Chips verursacht wird Identifikation von allf lligen Inputs f r die Weiterentwicklung des DigitalSTROM Chips speziell im Hinblick auf die Energieeffizienz 4 Vorgehen und Projektsteuerung Das leitendes Organ Steering Committee aus je einem
50. n auszumessen und zu dokumentieren Es ist geplant diese Messungen im Herbst 2008 im CEESAR durchgef hrt Zus tzlich dazu haben sich einige Mitarbeiter und Bekannte als Betatester der dS Komponenten beworben Dabei werden die Komponenten in deren Wohnungen bzw H usern installiert und den Nutzen in Bezug auf Energieeffizienz gemessen In diesem Dokument wird das Konzept dieser Messungen beschrieben 2 Ausgangslage Im Rahmen einer Voruntersuchung schon einige Vorarbeit bzgl Eigenverbrauchsmessungen durchgef hrt Die Dokumentation dieses Projektes dient als Grundlage f r das vorliegende Dokument 3 Prinzip Ziel des Industrieprojekts war eine Messeinrichtung zur hochpr zisen Messung des Energieverbrauchs von 230V AC digitalSTROM Komponenten zu finden und aufzubauen Die Lasten sollen auch induktiv oder nichtlinear sein k nnen Ein Beispiel einer solchen Komponente kann ein Dimmer sein Da die digitalSTROM Komponenten noch nicht zur Verf gung stehen wurde in diesem Projekt ein handels blicher Dimmer verwendet welcher vorzugsweise mit dem PC angesteuert werden kann da dies am ehesten der digitalSTROM Komponente entspricht Ziel ist es dass durch verschiedene Phasenanschnitte des Dimmers eine Kurve erstellt werden kann wo genau ersichtlich ist bei welcher Einstellung 0 100 der Dimmer wie viel Energie verbraucht Zur Genauigkeit und zur Last sind folgende Vorgaben gegeben Der Eigenverbrauch des Dimmers ist ca 0
51. n der Niederspannungsverord nung NIV vom 7 November 2001 Installationsarbeiten in Wohnr umen d rfen nur von Personen ausgef hrt werden die ber eine Installationsbewilligung verf gen Art 6 NIV Ausgenommen sind einzig Arbeiten an einphasigen Lampen und Steckdosenkreisen mit vorgeschalteten ber strom und Fehlerstromschutzeinrichtungen Art 16 NIV in selbst bewohnten Wohnr umen Alle am Projekt beteiligten Personen m ssen mit diesem Sachverhalt bekannt gemacht werden Mit der vorliegenden Spezifikation werden die Verantwortlichen der Hochschule Luzern Prof A Klapproth und der Digitalstrom Organisation Prof Hovestadt informiert die ihrerseits die Betei ligten ihrer Organisationen unterrichten Die eingesetzten Digitalstromkomponenten werden nicht ber eine CE Zertifizierung verf gen Stattdessen soll die Aizo AG eine Konformit tserkl rung erstellen die angibt nach welchen Nor men die Komponenten entwickelt wurden Bei den Bewohnern resp den Eigent mern muss die Einwilligung eingeholt werden dass nicht zertifizierte Komponenten eingesetzt werden Es muss sichergestellt werden dass die kantonalen Geb udeversicherungen ihre Leistungen auch mit diesen Komponenten erbringen und die Elekt rizit tsversorgungsunternehmen m ssen informiert werden 2 2 Kostenaufteilung Das Bundesamt f r Energie BFE finanziert die Arbeiten der Hochschule Luzern und der Encon trol GmbH Die Aufwendungen der Digitalstrom Organisati
52. n sind nicht notwendig evtl Ausnahme Messf hler f r Temperatur Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom 3 Planungs und Vorbereitungsphase 3 1 Testbetrieb Ziel Feststellen ob die Funktionalit t der Digitalstrom Komponenten den Anforderungen des Pro jektes gen gen Ort HHomeLab der HSLU Messaufbau e 1 St ck dSS Server e 1 St ck dSM Koppler e 2 St ck dSID Chip gelb f r Beleuchtung 1 x Schalter 1 x Lampe e 2 St ck dSID Chip blau f r Heizungssteuerung 1 x F hler 1 x Ventilsteuerung e 1 2 St ck dSID Chip als Schaltpunkt 1 x geschaltete Steckdose 1 x Schalter e 1 Messf hler f r Heizungssteuerung Typ Spezifikation e PC mit Ethernet Schnittstelle f r Visualisierungs und Auswertungssoftware Die Visualisierungs SW von Yello soll ebenfalls getestet werden Lasten e Gl hlampe 60 W Halogenlampe 200 W Sparlampe 15 W e Zweiter PC mit Bildschirm als Last Tests e Aufbau in Betrieb nehmen konfigurieren e Lampen ber Taster ein und ausschalten e PC Last ber Taster Zeitprogramm Internet ein und ausschalten e Funktion Heizungssteuerung Messungen e Leistungsaufnahme der Digitastrom Komponenten mit Momentanmessung bestimmen e Genauigkeit der Energiemessung des Digitalstrom Systems berpr fen mit EMU Messung von Halogen und Sparlampe sowie PC mit Bildschirm Messung jeweils ber ca 1 Stunde e Erfassung Lastverl ufe berpr fen Lampen dimmen un
53. nd DMX Modul mit Notebook verbinden DMX Modul mit Dimmer verbinden Software TERM L5 2 starten Mit Messger t Verbindung aufnehmen Wenn die Verbindung zustande gekommen ist die Konfigurationsdatei Lmin50_400V_1 2A t15 ins Messger t laden dabei bei Aufforderung der Software den Pfad f r das txt File angeben in welchem die Messwerte gespeichert werden Initialise LMG 500 dr cken LMG 500 wird konfiguriert Software DMX demo starten und mit File Open Show das File Show Dimmer O 255_25erSchritt_20s txt ffnen Im TERM L5 Fenster nun den Start Knopf dr cken Gleich danach auch im DMX demo Play dr cken Nun sollte TERM L5 Messwerte auslesen und das DMX Signal an den Dimmer wird alle 10 Sekunden um 25 erh ht Warten bis die Messung zu Ende ist ca 1min 50 sec Danach k nnen die beiden Programme geschlossen werden Microsoft Excel Vorlage Vorlage_DigitalSstromKomponenten xlIs ffnen In Feld F3 klicken und Daten externe Daten abrufen aus Text w hlen Den Pfad des txt Files mit den Messwerten angeben alle Messwerte sollten nun importiert sein wichtig ist nun da die Messwerte ber 500ms gemittelt sind nach bergangswerten zu suchen und diese zu l schen In dem Diagramm sollte nun die gew nschte Kurve sichtbar sein FH Zentralschweiz CC e ISS Wohnen d ds IX D X ds be Ge KL ds EE Gruppe 3 SEX O ge Sch
54. nd zur Last sind folgende Vorgaben gegeben Der Eigenverbrauch des Dimmers ist ca 0 5 Watt und er treibt eine Last von ca 150 Watt Der Eigenverbrauch des Dimmers mit einer Genauigkeit von 25 mW bestimmt werden k nnen In der Abbildung sind die 4 zur Verf gung gestellten Messstellen gekennzeichnet Quelle Aufgabenstellung_ds EVM_MartinSteiger doc FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur e N 220 VAC Komponente alas In Dimmer D SG 4 ss 0 220 VAC Out 3 1 Vorgabe Messschaltung Bei dieser geforderten Genauigkeit ist klar dass sicher ein kalibriertes Messger t in der Messeinrichtung verwendet werden muss da andernfalls die geforderte Genauigkeit nicht erreicht werden kann Die Aufgabe umfasst folgende Punkte e Spezifizierung der Anforderungen an das Mess System e Recherche ber verf gbare Pr zisions Leistungsmessger te oder Komponenten dazu die f r diese Anwendung in Frage kommen e Falls keine geeigneten Systeme verf gbar sind Recherche ber geeignete Mess und Schaltungskonzepte zum Selbstbau der Messeinrichtung unter Einbezug verf gbarer oder k uflicher Einrichtungen e Spezifikation der L sung Aufstellung der ben tigten Komponenten Erstellung eines Schaltplans Anschlussplans e Realisierung der Messeinrichtung als Laboraufbau e Validierung e Dokumentation Spezifikationen des M
55. nstallierten Messger ten wird von Digitalstrom ein einfa ches Tool zur Verf gung gestellt mit dem der Verbrauch auf Stufe Einzelverbraucher und auch aggregiert graphisch und in Zahlen ablesbar ist Dazu geh rt nicht nur ein Online Wert sondern auch die graphische Darstellung der Vergangenheit Vorzugsweise erfolgt diese Darstellung ber einen Web Browser die Daten sollen nicht nur von den Bewohnern sondern auch ber das f fentliche Netz durch Dritte mit Passwort abrufbar sein Gem ss Prof Hovestadt kann daf r ein Tool der Fa Yello Deutschland verwendet werden Es wird vorausgesetzt dass das Tool neben der Darstellung der einzelnen Verbraucher die M g lichkeit bietet die Verbrauchswerte analog der VSE Studie von 2005 in die folgenden Hauptka tegorien zusammenzufassen e Weisse Ware Kochherd Backofen Steamer Mikrowellenger t K hlschrank Gefrierer Waschmaschine Trockner Geschirrsp lmaschine e Beleuchtung Dies umfasst die gesamten Einrichtungen zur Erzeugung von k nstlichem Licht e IKT Informations und Kommunikationstechnologien Fernseher Videoger t Audioger te DVD PC Server Drucker Homegateway und oder Set Top Box Telefon mit Netzger t allf lli ge USV etc e Heizung und Klima Elektro feli Luftbefeuchter Heizungshilfsbetriebe Heizstrahler etc e Pflege F n Staubsauger Zentralstaubsauger Closomat Sauna Schwimmbad Fitness Was serbett Whirlpool etc e Kaffeemaschinen
56. oftware mit Namen TERM SL zur Verf gung Mit Hilfe dieser einfach aufgebauten Software kann das LMG 500 nach erfolgter Verkabelung einfach und m helos vom PC oder Notebook aus bedient werden Angesteuert wird es ber eine serielle Schnittstelle Einmal eingestellte Konfigurationen k nnen in einem TL5 File abgespeichert und sp ter wieder geladen werden In der Software kann unter anderem die Periode der Abfrage der Messdaten vom Messger t festgelegt werden Zudem kann f r jeden Leistungsmesskanal einzeln eingestellt werden welche Messwerte U I P Q etc ausgelesen werden sollen Die einmal ausgelesenen Werte werden in einem txt File abgespeichert Dies erm glicht ein einfaches Einf gen in Microsoft Excel wo die Werte danach weiter verarbeitet werden k nnen In diesem Projekt FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur wurde in Excel die Fehlerkorrektur an den Leistungsmesswerten des einen Kanals vorgenommen genauere Beschreibung des Problems im Kapitel Testaufbau 4 3 Dimmer Da die Digitalstromkomponenten noch nicht zur Verf gung stehen ist beschlossen worden dass f r dieses Projekt irgendein handels blicher Dimmer verwendet wird Im Internet wurde eine Recherche nach verschiedenen Dimmern durchgef hrt Dabei war das Ziel einen Dimmer zu finden welcher direkt ber USB angesteuert werden kann Die Suche verlief erfolglos Anscheinend gibt es
57. on insbesondere die ganze Installation in den Wohnobjekten und im iHomeLab inklusive der notwenigen Komponenten f r eine Anbin dung an das Internet und f r eine Z hlerfernauslesung sowie f r eine vorschriftsm ssige Abnah me der Installationen werden durch die Digitalstrom Organisation bernommen Sollten im Verlauf des Projektes Software und oder Hardware Anpassungen an den bereits instal lierten Komponenten notwendig sein so werden diese mit der Projektleitung abgesprochen und ebenfalls von der Digitalstrom Organisation auf deren Kosten durchgef hrt und dokumentiert Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom Weitere Messger te f r Messungen in den Objekten und im Home ab werden von der HSLU und der Encontrol GmbH zur Verf gung gestellt beschafft oder gemietet 2 3 Verf gbarkeit der Komponenten Im heutigen Zeitpunkt muss davon ausgegangen werden dass f r den Dauerbetrieb noch nicht die volle Funktionalit t des Digitalstrom Systems zur Verf gung stehen wird Nur die folgenden Farb Codes der Steuer Chips dSID werden bereitstehen e Gelb Beleuchtung f r Leuchten und dazugeh rige Bedienelemente e Grau Beschattung f r Jalousiemotoren und dazugeh rige Bedienelemente e Blau Heizung Verstellantriebe f r Heizk rperventile und Temperaturf hler e Gr n Zugang T r ffner e Zus tzlich werden Schaltpunkte zur Verf gung stehen e Weiss Weisse Ware im Verlauf des Jahres 2009 e Smart Meter
58. r Achtung e Die Messungen beinhalten auch Arbeiten an einer 230 V Installation Diese Arbeiten d rfen nur von instruierten Personen ausgef hrt werden e Die HSLU bernimmt die volle Verantwortung f r fachgerechtes Arbeiten an der 230 V Installation Ziele Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom e Genauigkeit der internen Messung des Digitalstrom Systems mit verschiedenen Lasten ber pr fen e Eigenbedarf der Digitalstrom Komponenten mit verschiedenen Lasten messen Die Anforderungen an die Messungen werden im Messkonzept festgelegt Die Messungen sollen so fr h wie m glich im Projekt stattfinden damit die Erkenntnisse bei der Auswertung der brigen erfassten Daten zur Verf gung stehen Aus dem gemessenen Eigenbedarf pro Komponente kann unmittelbar der von den Digitalstrom Installationen verursachte Mehrverbrauch in den Wohnob jekten berechnet werden Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Messungen iHomeLab Nov Dez 2008 HSLU Bericht an das Steering Commitee 20 M rz 2009 Encontrol 5 4 Interaktion mit den Bewohnern In ausgiebigen Gespr chen mit der Bewohnern werden die St rken und Schw chen des Systems aus Anwendersicht in Erfahrung gebracht Es sind drei Gespr chsrunden geplant die ersten Gespr che werden von der Projektleitung gef hrt bei den Abschlussgespr chen ist auch die HSLU beteiligt e Erstes Gespr ch nach einem Monat e Zweites Gespr ch nac
59. r zisionsleistungsmessger t mit 4 Kan len Hersteller ZES Zimmer Deutschland TERM S5SL Software f r die Steuerung des LMG500 vom Notebook aus ZES ZIMMER Pr zisionsleistungsmessger te Hersteller 8 Referenzen Voruntersuchung_Eigenverbrauch_Digitalstrom_redWER pdf Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Eigenverbrauchsmessung von digitalSTROM Komponenten Voruntersuchung FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Abstract In dieser Voruntersuchung wurden Leistungsmessungen mit einem mehrkanaligen Leistungsmessger t durchgef hrt Zur einfacheren Bedienung wurde ein Leistungspr fstand hergestellt mit welchem die verschiedenen Messungen durchgef hrt wurden Die geforderte Genauigkeit einen Dimmer mit einer Last von ca 150 W auf 25mW auszumessen wurde erreicht Zuvor mussten jedoch verschiedene Fehlerursachen Innenwiderst nde Messger t Kontakt und Leiterwiderst nde und Widerstandswert nderung bei Erw rmung erkannt und bei den Messwerten ber cksichtigt werden Diese Probleme werden im Text n her erl utert Um das Messger t zu testen wurden zuerst Widerst nde welche bei 230VAC eine Leistung von 100mW bis 1W verbrauchen ausgemessen Danach wurden die ersten Differenzmessungen gemacht indem parallel zu den Widerst nden eine variable Last von 0 120W geh ngt wurd
60. richtungen 19 01 2009 30 01 2009 gt Instruktion der Bewohner 26 01 2009 30 01 2009 Tagebuch etablieren Encontrol 05 01 2009 30 01 2009 Hotline etablieren HSLU 05 01 2009 30 01 2009 gt Phase 3 Mess und Probebetrieb 01 02 2009 31 03 2010 Beginn Mess und Probebetrieb Encontrol 01 02 2009 01 02 2009 Messungen iHomeLab 01 11 2009 23 12 2009 Stichprobenmessungen Objekte 05 01 2009 31 01 2009 gt 1 Auswertung Messdaten Encontrol 01 03 2009 20 03 2009 gt 1 Gespr chsrunde Encontrol 23 02 2009 26 02 2009 gt 3 Sitzung Steering Commitee Encontrol 20 03 2009 20 03 2009 K 2 Auswertung Messdaten Encontrol 01 06 2009 26 06 2009 2 Gespr chsrunde Encontrol 01 05 2009 31 05 2009 gt 5 Sitzung Steering Commitee Encontrol 14 08 2009 14 08 2009 Abschlussgespr che Encontrol HSLU 01 03 2010 31 03 2010 Phase 4 Auswertung und Schlussbericht 01 04 2010 31 08 2010 Demontage der Komponenten R B engineering 01 04 2010 30 04 2010 Auswertung der Messungen HSLU Encontrol 01 04 2010 30 05 2010 Schlussbericht mit Empfehlungen Encontrol 01 06 2010 31 08 2010 Abschlusssitzung Steering Commitee Encontrol 16 08 2010 16 08 2010 Abgabe an Stromsparfonds ewz 31 08 2010 31 08 2010 16 Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom
61. romille Genauigkeit gemessen werden In einer Voruntersuchung der Hochschule Luzern wurden Leistungsmessungen mit einem mehrkanaligen Leistungsmessger t durchgef hrt Anhang 3 Zur einfacheren Bedienung wurde ein Leistungspr fstand hergestellt mit welchem die verschiedenen Messungen durchgef hrt wurden Die geforderte Genauigkeit einen Dimmer mit einer Last von ca 150 W auf 253mW auszumessen wurde erreicht 6 3 Verifikation der Messgenauigkeit des DigitalSTROM Systems Das Datenblatt des dSM Bausteines enthielt nur sehr wenige Angaben Insbesondere fehlten die folgenden Informationen Wo erfolgt die Zuordnung von gemessenen Verbrauchswerten zu den angeschlossenen Ger ten Wo werden die Momentanmessungen zu fortlaufenden Z hlerst nden summiert Wie reagiert das System auf komplexe Situationen mehrere Ger te schalten kurz nacheinander Wie genau ist die Messung bei grossen Lastver nderungen Grossger t ausschalten Sprung von 1 000 Watt auf 5 Watt Standby Ein detailliertes Messkonzept h tte erst erstellt werden k nnen wenn die Funktionsweise der internen digitalSTROM Messung uns bekannt gegeben worden w re 8 10 6 4 Messungen in Wohnobjekten Es war vorgesehen in den Wohnobjekten die interne Messung weiter zu verifizieren speziell auch mit Verbrauchern die im Labor nur schwer zu beschaffen w hren Es sollten Stichprobenmessungen von einzelnen Verbrauchern ber je eine Woche erfolgen und mi
62. s ungef hr 11 5mW Zudem gibt es eine Verlustleistung die proportional zum Strom w chst N mlich die Verlustleistung am Stromkanalwiderstand Bei einem Bereich von 0 1 2 Ampere ist dieser beim LMG 500 27mOhm Bei kleinen Str men schl gt sich dies nicht gross auf den Messwert in Kanal 1 aus Wenn aber ein Strom von 500mA durch diesen Messwiderstand fliesst misst der Kanal 1 doch schon fast 7mW zuviel Diese Formeln wurden in Excel verwendet um diesen Fehler zu korrigieren F r jeden Messwert wurden dabei die aktuellen Effektivwerte des Stromes und der Spannung in die Formel eingesetzt 5 1 Verlustleistung im Stromkanal Potromkanat W I2trms 4 0 027 Ohm Vztrms W 5 2 Verlustleistung im Spannungskanal 2 EEE gskanal W Sege Dar ber hinaus wurden auch die Leiter sowie die Kontaktwiderst nde miteinbezogen welche durch den Aufbau zustande kommen Genauere Informationen zur Eliminierung der St rgr ssen sowie der Messgenauigkeit ist der Projektdokumentation zum Eigenverbrauchsmessung von digitalSTROM Komponenten zu entnehmen Vom Hersteller wird eine Messungenauigkeit 0 036 veranschlagt Durch die Eliminierung der St rgr ssen kann jedoch eine Messungenauigkeit von 0 01 herausgeholt werden Dieser Wert wurde von Martin Steiger verifiziert 5 Messaufbau Martin Steiger hat in seinem Industrieprojekt einen Messaufbau in einer Steckerleiste integriert Mit diesem Aufbau kann die Messung eines Leistung
63. schlagene Hilfsmittel e Erfassungsliste f r Lampen Steckdosen Schaltpunkte etc vorbereiten e Foto Hauptverteiler machen Termine Das Installationskonzept wird nach festlegen der Wohneinheiten durch die HSLU erstellt Arbeitsschritt Termin verantwortlich Abgabe Installationskonzept an die Projektleitung 26 Sept 2008 R B engineering ag 3 5 Messkonzept Das Messkonzept wird von der HSLU erstellt Es soll sicherstellen dass bei der Installation der Komponenten alle notwendigen Messeinrichtungen eingebaut werden die f r das Erreichen der Projektziele notwendig sind 3 5 1 Labormessungen Im iHomeLab wird der Eigenbedarf aller Komponenten des Digitalstrom Systems gemessen Der Einfluss verschiedener Lasten auf den Eigenverbrauch soll ebenfalls untersucht werden induktive Last kapazitive Last einfache Netzteile Schaltnetzteile Bei den Dimmern wird der Eigenver brauch in Abh ngigkeit von der angeschlossenen Last gemessen Im zweiten Schritt wird die Genauigkeit der integrierten Verbrauchsmessung unter verschiedens ten Bedingungen untersucht e Genauigkeit bei verschiedenen Lasten induktiv kapazitiv einfache Netzteile Schaltnetzteile e Korrekte Erfassung bei mehreren Verbrauchern an einem dSM unterschiedliche Schaltse qauenzen e Korrekte Erfassung von tiefen Standby Verbrauchswerten bei Grossger ten z B Tumbler Backofen Option nicht im Rahmen des Angebotes Es w re von Interesse die Brennbed
64. se 2 E Mail info encontrol ch CH 5443 Niederrohrdorf Internet www encontrol ch Dienstleistungen f r energiewirtschaftliche Optimierungen Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch digitalSTROM Datum 30 06 2008 Verfasser in Thomas Grieder Revision Versions Datum Autor Haupts chliche nderungen Nr 0 0 23 Mai T Grieder Entwurf 2008 1 0 30 Juni T Grieder Terminverschiebung um 3 Monate 2008 Encontrol AG Inhaltsverzeichnis 1 Zweck ee Le E 2 E ue DT 2 3 Planungs und Vorbereitungsphase nnsaeeee en 4 4 Installations und Inbetrtebnahmenhase nennen 9 5 Msss nd ProbebeirieB s nenne ere 11 dene ul nenne nee 14 T Auswertung Schlussbericht 82er 14 8 Anhang Termin bersicht 2 Seiten bene 16 Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom 1 Zweck der Spezifikation Im vorliegenden Dokument wird das Projekt im Detail spezifiziert und f r alle am Projekt beteilig ten verbindlich festgelegt Die Spezifikation legt f r jede Projektphase die folgenden Punkte fest e bergeordnete Zielsetzung pro Phase e Zu erbringende Leistungen e Erwartete Resultate e Ben tigte Mittel e Zeitplan pro Phase Eine Termin bersicht ist im Anhang beigef gt 2 Voraussetzung 2 1 Sicherheit Im Verlauf des vorliegenden Projektes werden Eingriffe an der 230 V Installation von Wohnobjek ten vorgenommen F r solche Arbeiten gelten die Bestimmunge
65. spiel die gemessene Wirkleistung in Kanal 2 gemeint Analog dazu ist mit Iltrms der Effektivwert des Stromes von Kanal 1 gemeint Da nur die Wirkleistung interessiert wird in allen Berechnungen mit Effektivwerten gerechnet 4 2 Software TERM 5L Die Firma ZES Zimmer stellt f r das LMG 500 eine Software mit Namen TERM SL zur Verf gung Mit Hilfe dieser einfach aufgebauten Software kann das LMG 500 nach erfolgter Verkabelung einfach und m helos vom PC oder Notebook aus bedient werden Angesteuert wird ber eine serielle Schnittstelle Einmal eingestellte Konfigurationen k nnen in einem TLS5 File abgespeichert und sp ter wieder geladen werden In der Software kann unter anderem die Periode der Abfrage der Messdaten vom Messger t festgelegt werden Zudem kann f r jeden Leistungsmesskanal einzeln eingestellt werden welche Messwerte U I P Q etc ausgelesen werden sollen Die einmal ausgelesenen Werte werden in einem txt File abgespeichert Dies erm glicht ein einfaches Einf gen in Microsoft Excel wo die Werte danach weiter verarbeitet werden k nnen In diesem Projekt wurde in Excel die Fehlerkorrektur an den Leistungsmesswerten des einen Kanals vorgenommen 4 3 Eliminierung der St rgr ssen Durch die Innenwiderst nde vom Kanal 2 resultieren zwei St rgr ssen Zum einen f llt eine mehr oder weniger abh ngig von der Spannungsversorgung konstante Leistung am Innenwiderstand des Spannungskanals 4 59MOhm ab Bei 230V AC ist die
66. ss Die Formel f r die Leistung an der blauen Kurve sieht nun wie folgt aus 64 Leistung an R W P1 w P2 WT IA EA 0 027 Ohm Ba P2 w 1 982E 4 4 59 MOrm Wird dies gemacht erh lt man folgendes Diagramm Leistung an R 45 701KOhm bei 0 110 W Last R 45 701KOhm Leistung an R W Berechnete Werte III IT OI HIT OT OTT OI OT OI IT OI IT TEN T T MITTEN N CH CO Do oo On pr TF Last W Dimmer und Gl hlampen 6 5 0 120W_Normal_R47K FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur Im obigen Diagramm ist eine klare Verbesserung gegen ber der Kurve in 6 3 zu erkennen Nun musste aber die gleiche Formel auch auf die Leistungskurven der anderen Widerst nde angewendet werden Mit 6 4 ergeben sich f r R 264 087 KOhm die Werte im folgendem Diagramm Leistung an R 264 870KOhm bei 0 110 W Last 0 200 _ 0 198 ZS 0 196 c 0 194 S 0 192 7 R x 0 188 Berechnete Werte 0 186 DEIN ENENNEIFHEN HIHI EIN EINHEITEN AI HI EN HI C T NOON st ei d Om Ob Fu i st VO F asaaaaaam naa ootd Oo bb bb bb d Cd ei ei be bb Du ro CO C e EE I a Last W Dimmer und Gl hlampen 6 6 0 120W_Normal_R270K Wie man sieht sind die Abweichungen minimal jedoch gibt es auch bei den berechneten Werten hier einen Sprung Dieser kommt daher
67. st nde e Realisierte Einsparungen durch das Digitalstrom System sowohl beim Elektrizit ts wie auch bei Brennstoffbezug 7 2 _Hochrechnung Aufgrund der Auswertungen wird die Auswirkungen von Digitalstrom auf die Energieeffizienz der Schweizerischen Haushalte abgesch tzt 7 3 _Schlussfolgerungen Der Zielsetzung entsprechend werden die Schlussfolgerungen aus den Messungen und dem Betrieb der Objekte gezogen Auch ist ein Vergleich mit bestehenden zur Verf gung gestellten Messungen von anderen Home Automation Systemen durchzuf hren Die Erkenntnisse und die sich daraus ergebenden Schlussfolgerungen werden in strukturierten Empfehlungen zusammengefasst Dabei sind folgende Empf ngerkategorien vorgesehen Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom Empfehlungen an die Entwickler von Digitalstrom Chips resp generell an die Industrie von Home Automation Komponenten und Systemen bez glich Technik Funktionen Ergonomie Ef fizienz der Komponenten etc Empfehlungen zu Handen des Bundes f r weitere Forschungsarbeiten und oder anderweitige Anregungen Darstellung der bestgeeigneten und weniger geeigneten Einsatzm glichkeiten des Digi talstrom Chips Einbau in EVU Z hler etc Die Schlussfolgerungen sollen unter anderem die folgenden Aspekte ber cksichtigen die sich in der Vergangenheit als zentrale Punkte bei der Verbreitung und der Energieeffizienz im Zusam menhang mit dem Intelligenten Wohnen erwiesen
68. sverbrauchs mit wenig Aufwand realisiert werden Im Folgenden ist die Messung eines Dimmers abgebildet PA 3 2m gt gt 2Z30VAC 5 D WO To 2 KE balieiige Last 0 150W U U 5 1 definitiver Aufbau Schema Schema Leistungsdifferenzmessun SWL Zu III 5 2 Verkabelung mit Steckerleiste Die Messung der digitalSTROM Komponenten k nnen in hnlicher Weise durchgef hrt werden Der genaue Messaufbau ist noch nicht erstellt worden da noch keine Informationen ber die Prototypen zur Verf gung stehen In der Projektdokumentation von Martin Steiger ist ebenfalls ersichtlich dass Schwankungen im 230V AC Netz zu Messungenauigkeiten f hren Aus diesem Grund sollen die Messungen der digitalSTROM Komponenten mithilfe einer USV gemessen werden 1 Messungen der Komponenten Um den Eigenverbrauch der Komponenten unter verschiedenen Bedingungen zu testen werden auch unterschiedliche Lasten verwendet Unter dem Gesichtspunk einiger blicher Haushaltsger te werden folgende Lasten gemessen werden Art des Verbrauchers Spezifisches Ger t Ohmscher Verbraucher Gl hlampe Verbraucher mit Schaltnetzteil Computer Kapazitiver Verbraucher Fluoreszenzlampe Da ein Verbraucher mit Schaltnetzteil nicht gedimmt werden kann soll hier der Stromverbrauch in verschiedenen Aktivit tszust nden bestimmt werd
69. t dem intern erfassten Verbrauch und Lastgang Messung vorzugsweise mit EMU mit Datenlogger verglichen werden Licht je eine Gl hlampe Halogenlampe Sparlampe Leuchtstoffr hre Lampen dimmen Uhnterhaltungselektronik je eine R hren TV und ein LCD TV Wenn m glich eine Settop Box Audio eine komplette Stereoanlage ein PC mit Bildschirm Energiemanagement in Betrieb ein K hlschrank ein W schetrockner Waschmaschine Backofen oder Herd mit Standby Der Hauptz hler sollte an das DigitalSTROM System angekoppelt werden Die Innentemperatur w rde pro Objekt in je einem Wohn und einem Schlafraum erfasst 7 _Lastgangmessungen bei Wohnobjekten W hrend anderthalb Jahren wurden bei den drei Wohnobjekten der Lastgang des Strombezugs 15 Minuten Intervall gemessen Diese Daten sollten als Vergleichswerte dienen wenn am Ende des einj hrigen Messbetriebes die Einsparungen die sich allenfalls durch das DigitalSTROM System ergeben beurteilt werden Bei einem Wohnobjekt konnte als Nebeneffekt im Sommer 2009 dank diesen Messresultaten bereits eine Effizienzverbesserung bei einer Heizanlage realisiert werden 8 Installationsplanung Die Installationsplanung f r die digitalSTROM Ausr stung wurde f r alle 3 Wohnobjekte abgeschlossen Anhang 4 Mit den Besitzern und Bewohnern wurden auch Vereinbarungen f r den Betrieb der digitalSTROM Ausr stung erarbeitet Messungen an den digitalSTROM Komponenten und Installationen
70. teller 3 Aufgabe 3 1 Information digitalSTROM digitalSTROM ist eine von der ETH Z rich gegr ndete Non Profit Organisation An diesem Projekt beteiligen sich verschiedene Firmen Organisationen und Forschungseinrichtungen Das Ziel von digitalSTROM besteht darin elektrische Ger te ber das vorhandene Stromversorgungsnetz zu vernetzen Dabei wird Energie eingespart dem Nutzer werden verschiedene Funktionen wie Zentralaus angeboten und mit digitalSTROM kann k nftig auch ein Sicherheitssystem in einem Geb ude realisiert und berwacht werden Da die digitalSTROM Komponenten dem Energiesparen dienen sollen ist es wichtig auch den Energieverbrauch der Komponenten selbst zu kennen 3 2 Aufgabenstellung Es soll eine Messeinrichtung zur hochpr zisen Messung des Energieverbrauchs von 230V AC digitalSTROM Komponenten gefunden oder erstellt werden Die Lasten sollen auch induktiv oder nichtlinear sein k nnen Ein Beispiel einer solchen Komponente kann ein Dimmer sein Da die digitalSTROM Komponenten noch nicht zur Verf gung stehen soll in diesem Projekt ein handels blicher Dimmer verwendet werden welcher vorzugsweise mit dem PC angesteuert werden kann da dies am ehesten der digitalSTROM Komponente gleicht Ziel ist es dass durch verschiedene Phasenanschnitte des Dimmers eine Kurve erstellt werden kann wo genau ersichtlich ist bei welcher Einstellung 0 100 der Dimmer wie viel Energie verbraucht Zur Genauigkeit u
71. teuer daher eher Wohnung und nicht Villa oder grosses Einfamilienhaus e Breitband Internetanschluss und PC vorhanden e Gen gend Platz im Hauptverteiler o Pro Sicherungsautomat ein zus tzlicher Signalkoppler dSM o Zus tzlicher Platz f r den Server dSS oder aufgesteckt auf den Z hler o Hauptz hler mit Steckplatz f r dSS oder zus tzlich neuen Z hler einbauen e Bereitschaft der Bewohner f r Mitarbeit minimales technisches Verst ndnis z B notwendige Konfiguration beim Einstecken einer neuen Lampe eines neuen Ger tes Toleranz f r gewis se Unannehmlichkeiten Messungen im Haus SW Update evtl Fehlfunktionen e Bereitschaft f r Arbeiten am Hauptverteiler vollumf ngliche Kosten bernahme f r Material Arbeit und Abnahme durch digitalSTROM org e Anbindung von Heizung und Brauchwarmwasser BWW m glich o Einbau von Antrieben bei der W rmeverteilung m glich Heizk rper mit Thermostatventi le Bodenheizungsverteiler zug nglich und gen gend gross o Heizungssteuerung mit potentialfreiem Eingang f r Absenkbetrieb o Steuersch tz f r BWW Erw rmung elektrische BWW Erw rmung oder potentialfreier Kontakt f r Sperrung BWW Erw rmung BWW Erw rmung ber Heizung Vorzugsweise ein Altbau und ein Neubau 3 3 Istaufnahme In den ausgew hlten Wohnobjekten soll vor dem Projektstart die energetische Istsituation erfasst werden Allerdings muss einschr nkend erw hnt werden dass es im Rahmen dieses Projektes nicht
72. usgang eingesteckt werden kann siehe Abbildung 6 2 Nun konnte mit weniger Laborkabeln gearbeitet werden als dies zuvor der Fall war Da nun in der Steckerleiste intern bereits alles richtig verdrahtet ist braucht man lediglich 8 Laborkabel f r den Anschluss der beiden Kan le des LMG 500 Jedoch vergr sserten sich dabei die Leiter und Kontaktwiderst nde N heres zu diesem zus tzlichen St rfaktor und dessen Ber cksichtigung in den Messungen wird in Kapitel 6 2 beschrieben 6 1 Messwiderst nde Die drei im Anhang spezifizierten Widerst nde wurden ben tigt um die Genauigkeit des LMG 500 zu bestimmen Je ein Widerstand wurde in die Steckerleiste gesteckt und die Leistung gemessen Dabei wurden alle 500ms Werte vom LMG 500 auf den PC bertragen Das wurde w hrend 15 Sekunden gemacht und die so erhaltenen Werte mit den berechneten Werten nach untenstehender Formel verglichen Utrms 6 Ab Widerstand Rwriderstand F r den 464 080 KOhm und den 264 870 KOhm Widerstand wichen die gemessenen von den gerechneten Werten nur gerade um 5 mW ab Beim 45 701 KOhm Widerstand war die Abweichung mit 15 mW etwas gr sser jedoch immer noch im geforderten Bereich von 25 mW Die Daten zu den Messungen sind der Excel Datei Daten_Leistung_an_R s xls zu entnehmen FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur 6 2 Variable Last 0 120Watt A
73. vorzugsweise ein Internet basiertes Werkzeug zum Einsatz 10 Spezifikation Effizienzsteigerung im Haushalt durch Digitalstrom W hrend der Instruktion der Bewohner wird das Tagebuch eingef hrt Die Bewohner werden ebenfalls in der monatlichen Erfassung des Heiz l und Erdgas Verbrauches instruiert Termine Arbeitsschritt Termin verantwortlich Tagebuch etablieren 26 Januar 2009 Encontrol Instruktion der Bewohner 26 30 Jan 2009 HSLU Encontrol Beratungsstelle in Betrieb 2 Februar 2009 HSLU 5 Mess und Probebetrieb Nachdem die ausgew hlten Haushalte ausger stet wurden und die Messungen gem ss Konzept laufen beginnt der eigentliche Mess und Probebetrieb W hrend dieser Phase werden die Mes sungen periodisch auf Plausibilit t berwacht und die Bewohner zu Ihren Erfahrungen befragt Die Messdauer umfasst mindestens einen zusammenh ngenden Sommer April bis September und einen zusammenh ngenden Winter Oktober bis M rz Ziele e Betreiben der gesamten Infrastruktur ber mindestens 1 Jahr e Erkennen der m glichen Funktionen des Digitalstrom Chips f r die Energieeffizienz e Erkennen von Hindernissen Chancen f r eine grossfl chige Verbreitung des Digitalstrom Systems e Identifikation von allf lligen Inputs f r die Weiterentwicklung des Digitalstrom Chips Arbeiten e Periodische Datensicherung t glich w chentlich monatlich e Stichprobenmessungen in den Objekten gem ss Messkonzept e
74. wurden dabei die aktuellen Effektivwerte des Stromes und der Spannung in die Formel eingesetzt 5 1 Verlustleistung im Stromkanal EES W f2trms A 0 027 0 hm Uztrms v 5 2 Verlustleistung im Spannungskanal gegen gskanal WW E 2 59 MOhm 6 Messungen mit definitivem Aufbau Hier werden zwei Schemas abgebildet die zeigen wie der Aufbau aussieht Fotos dazu befinden sich im Anhang Die hier abgebildeten Schemas gelten nur wenn die Stromkan le der beiden Messkan le auf den Bereich 0 1 2A eingestellt werden Folglich wurden alle folgenden Messungen mit dieser Einstellung gemacht KP Kb Vierpd Dimmer undoder R IR OH S amp bdiebige Last 0 150W U 6 1 definitiver Aufbau Schema FH Zentralschweiz Lucerne University of Applied Sciences and Arts HOCHSCHULE LUZERN Technik amp Architektur VER i UP KAE v di Dimmer Wie un Wie Wu C d Ju e un Ga O Mi dl ei De DR HE momig Me J T e sm cam Schema Leistungsdifferenzmessun 6 2 Verkabelung mit Steckerleiste Als klar war dass das LMG 500 aufgrund der Testmessungen alle Anforderungen erf llt wurde der Leistungspr fstand bestehend aus der umgebauten Steckerleiste verbessert und fest auf einem Brett montiert Zus tzlich wurde noch ein zweites Kabel aus der Steckerleiste gef hrt das direkt am Dimmera
75. ypen wird hier nur der Stromverbrauch der vergangenen Rechnungsperiode mit dem neuen Verbrauch mit den eingebauten Komponenten verglichen 4 Leistungsmessger t LMG 500 Martin Steiger hat in einer Evaluation folgendes Messger t ausgesucht In diesem Kapitel sind einige Informationen dazu zusammengetragen Finsisien Power reg L trrEE 4 1 LMG 500 Frontansicht 4 1 Funktionsweise Das LMG 500 hat gegen ber anderen mehrkanaligen Leistungsmessger ten den grossen Vorteil dass die Kan le vollkommen galvanisch voneinander getrennt sind Das heisst man muss kein gemeinsames Potential zwischen den Kan len haben So ist es optimal geeignet f r die Messungen die in diesem Projekt durchgef hrt wurden Das Ger t ist einfach zu bedienen und man kann im sch nen Farbdisplay beliebige Werte von den verschiedenen Kan len anzeigen lassen In diesem Projekt wurden jeweils folgende Werte betrachtet e Effektivwert der Spannung Utrms e Fffektivwert des Stromes Itrms e Wirkleistung P e Scheinleistung S e Blindleistung Q Um den Momentanverbrauch der Komponenten zu bestimmen wurde im Ger t eine Zeit von 500ms gew hlt w hrend welcher der Leistungsverbrauch gemittelt wird bevor die Daten an den PC bertragen werden So halten sich die zu bertragenden Daten in Grenzen und man hat dennoch einen guten berblick wie sich der Verbrauch ver ndert In den folgenden Messungen und Formeln bedeutet P2 zum Bei

Effizienzsteigerung im Haushalt durch DigitalSTROM

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