Mijn plan om van losse apparaten één energiesysteem te maken

In het vorige artikel schreef ik waarom ik kritischer ben gaan kijken naar het energiegebruik in onze woning.

Niet alleen naar hoeveel we gebruiken, maar vooral naar het moment waarop apparaten energie vragen en de manier waarop ze met elkaar samenwerken.

Of beter gezegd: nog niet goed genoeg samenwerkten.

De airco’s hadden al een eigen thermostaatregeling in Home Assistant. De boiler had wifi en tijdschema’s. De zonnepanelen gaven hun productie door en verschillende apparaten konden worden gemeten of geschakeld.

Ieder onderdeel deed op zichzelf ongeveer wat ik ervan vroeg.

Alleen wist de boiler niet wat de zonnepanelen deden. De klimaatregeling wist niet dat de wasmachine binnenkort moest starten. De ventilatie reageerde oorspronkelijk niet automatisch op douchen en grote verbruikers konden tegelijkertijd om stroom vragen.

Daarom ben ik niet begonnen met één nieuwe automatisering, maar met een plan voor de complete woning.

Geen allesomvattende automatisering

Ik wil niet één gigantische automatisering bouwen die ieder apparaat rechtstreeks probeert aan te sturen.

Dat wordt al snel onoverzichtelijk. Een kleine aanpassing aan de boiler kan dan onverwacht gevolgen hebben voor de airco’s, ventilatie of andere apparaten.

Daarom deel ik de regeling op in verschillende onderdelen.

De klimaatregeling bepaalt of een verdieping moet worden gekoeld of verwarmd. De boilerregeling bewaakt de watertemperatuur. De ventilatieregeling kijkt naar gebruik en luchtvochtigheid. Een centrale Energy Manager houdt vervolgens in de gaten hoeveel elektrisch vermogen beschikbaar is en welke apparaten eventueel kunnen wachten.

Elk onderdeel heeft dus een eigen taak, maar kan wel informatie delen met de rest.

Stap 1: eerst betrouwbaar meten

Een regeling kan alleen goede beslissingen nemen wanneer de informatie waarop die beslissing is gebaseerd betrouwbaar genoeg is.

Daarom kijk ik niet alleen naar de status die een apparaat zelf doorgeeft.

Bij de airco’s gebruik ik losse temperatuursensoren in de ruimtes. De interne sensoren hangen hoog aan de wand en geven niet altijd een goed beeld van de temperatuur op de plek waar wij daadwerkelijk zitten.

In de woonkamer en keuken wil ik meerdere metingen combineren. De gemiddelde temperatuur van de leefzone is vaak representatiever dan één meting op één vaste plek.

Bij de boiler kijk ik niet alleen of er een opdracht is gegeven om te verwarmen. Een energiemeter kan controleren of het verwarmingselement daadwerkelijk stroom gebruikt.

Voor de complete woning combineer ik onder andere:

• de actuele zonneproductie;
• de hoeveelheid stroom die van of naar het net gaat;
• het werkelijke verbruik van grote apparaten;
• temperaturen in verschillende ruimtes;
• luchtvochtigheid;
• buitentemperatuur;
• aanwezigheid;
• de actuele toestand van klimaat, boiler en ventilatie.

Dat betekent niet dat iedere meting automatisch tot een actie leidt. Eerst moet duidelijk zijn wat de waarde betekent en of deze betrouwbaar genoeg is.

Stap 2: comfortgrenzen bepalen

De laagste energierekening is niet het enige doel.

Het huis moet prettig blijven en er moet voldoende warm water beschikbaar zijn. Een wasprogramma moet gewoon kunnen worden afgerond en de klimaatregeling mag niet voortdurend aan en uit schakelen omdat het vermogen op de aansluiting even verandert.

Daarom krijgt ieder onderdeel duidelijke grenzen.

Voor de klimaatregeling zijn er gewenste temperaturen en marges waarbinnen tijdelijk kan worden teruggeschakeld.

Voor de boiler zijn er verschillende temperatuurdoelen. Er is een normaal doel, een hoger doel voor het benutten van zonne-energie en een minimum waaronder de warmwatervoorraad niet zomaar mag zakken.

Ook minimale draai- en pauzetijden zijn belangrijk. Ik wil niet dat een apparaat door iedere kleine verandering direct wordt in- of uitgeschakeld.

De Energy Manager mag straks dus best besluiten dat de boiler even moet wachten, maar alleen wanneer de watertemperatuur dat toelaat.

Hetzelfde geldt voor de airco’s. Tijdelijk minder vermogen gebruiken kan interessant zijn, maar niet wanneer een ruimte daardoor merkbaar oncomfortabel wordt.

Stap 3: bestaande apparaten afzonderlijk verbeteren

Voordat apparaten goed kunnen samenwerken, moeten de afzonderlijke regelingen betrouwbaar zijn.

Bij de airco’s betekent dit onder andere:

• regelen op externe ruimtesensoren;
• meerdere sensoren kunnen combineren;
• automatisch onderscheid maken tussen koelen en verwarmen;
• een minimale draaitijd respecteren;
• voorkomen dat de regeling steeds van richting verandert;
• actieve draaiuren bijhouden voor onderhoud.

Dat laatste zat eerder niet in mijn systeem. Inmiddels loopt er per airco een teller en krijg ik een melding wanneer het tijd is om de filters schoon te maken.

Bij de boiler betekent het:

• de actuele watertemperatuur bewaken;
• verschillende temperatuurdoelen gebruiken;
• verwarmen bij gunstige zonneproductie;
• korte schakelacties bij wisselende bewolking voorkomen;
• meten hoe snel het water opwarmt en afkoelt.

De mechanische ventilatie is technisch gezien nog steeds oude meuk. Door hem automatisch te laten reageren op douchen, aanwezigheid en luchtvochtigheid wordt hij wel een stuk beter gebruikt.

Sinds die regeling actief is, heb ik geen beslagen spiegel meer gehad.

Dat is uiteindelijk waar automatisering voor mij om draait: niet alleen iets technisch interessants bouwen, maar een zichtbaar probleem oplossen.

Stap 4: een centrale Energy Manager

De centrale Energy Manager wordt de verkeersregelaar van het geheel.

Een apparaat kan aangeven dat het wil draaien, maar dat betekent niet automatisch dat het direct toestemming krijgt.

De Energy Manager kijkt onder andere naar:

• de actuele zonneproductie;
• de belasting op de netaansluiting;
• hoeveel flexibel vermogen beschikbaar is;
• comfortgrenzen;
• de warmwatervoorraad;
• apparaten die al actief zijn;
• minimale draai- en pauzetijden;
• ingestelde deadlines.

Daarbij maak ik een belangrijk onderscheid tussen een apparaat dat nog wacht en een apparaat waarvan het programma al loopt.

Een wasmachine of vaatwasser kan vóór de start wachten op een gunstig moment. Zodra het programma werkelijk begonnen is, mag de stroom niet meer worden onderbroken.

Vanaf dat moment moet de rest van de woning zich aanpassen.

De boiler kan eventueel tijdelijk wachten. Een infraroodpaneel kan worden uitgeschakeld wanneer het alleen aanvullende warmte levert. De klimaatregeling kan binnen ingestelde of later geleerde marges tijdelijk terugschakelen.

Een lopend programma krijgt dus een tijdelijke bescherming.

Stap 5: plannen op basis van een eindtijd

Alleen starten zodra de zon schijnt is nog geen slimme planning.

Stel dat de vaatwasser uiterlijk om 18.00 uur klaar moet zijn. De regeling moet dan rekening houden met:

• de verwachte programmaduur;
• de verwachte zonneproductie;
• andere geplande verbruikers;
• de actuele netbelasting;
• het laatst mogelijke startmoment.

Wanneer rond het middaguur veel zon wordt verwacht, kan de vaatwasser daarop wachten.

Wanneer de voorspelling tegenvalt, moet hij alsnog op tijd starten. Het programma op tijd afronden is belangrijker dan eindeloos wachten op het perfecte energiemoment.

Hetzelfde principe kan later worden toegepast op de wasmachine en andere apparaten die flexibel kunnen worden ingepland.

Niet ieder apparaat hoeft daarvoor zelf slim te zijn.

In ons geval hervatten de wasmachine en vaatwasser hun programma nadat de stroom is weggeweest. Daardoor kan ik het programma instellen, het apparaat laten wachten en de Energy Manager later toestemming geven om daadwerkelijk te starten.

Zodra het verbruik laat zien dat het programma loopt, wordt het apparaat vergrendeld tot het klaar is.

Stap 6: leren van de woning

Een woning gedraagt zich niet iedere dag hetzelfde.

Een ruimte koelt sneller af wanneer het buiten koud is. Zonlicht kan de temperatuur beïnvloeden. De boiler verliest warmte en warmwatergebruik zorgt voor snellere temperatuurdalingen.

Daarom verzamel ik praktijkdata.

Voor de klimaatregeling wil ik onder andere leren:

• hoe snel iedere verdieping opwarmt;
• hoe snel een ruimte afkoelt;
• wat de invloed van de buitentemperatuur is;
• hoelang het duurt om een gewenst temperatuurdoel te bereiken;
• hoeveel ruimte er is om tijdelijk terug te schakelen.

Voor de boiler wil ik leren:

• hoe snel het water opwarmt;
• hoeveel vermogen daarvoor werkelijk wordt gebruikt;
• hoe snel de boiler vanzelf afkoelt;
• hoelang de temperatuur boven het minimum blijft;
• wanneer er waarschijnlijk warm water is gebruikt.

De boiler zelf is niet zelflerend. De leerlaag bouw ik er met Home Assistant en Node-RED omheen.

Dat betekent ook niet dat Home Assistant straks precies weet wat wij gaan doen. Het kan op basis van historie, actuele waarden en ingestelde voorwaarden wel een steeds betere inschatting maken.

Stap 7: lokaal comfort slimmer verwarmen

De infraroodpanelen krijgen uiteindelijk ook een duidelijke plek binnen het plan.

De airco’s zijn voor structurele ruimteverwarming meestal efficiënter. Als warmtepomp kunnen ze uit één kWh elektriciteit meerdere kWh warmte halen.

Een infraroodpaneel zet de gebruikte elektriciteit vrijwel volledig om in warmte, maar levert geen warmtepompwinst. Het interessante voordeel zit vooral in lokale verwarming.

Wanneer iemand kort aan de eettafel zit, hoeft misschien niet de volledige benedenverdieping warmer te worden. Een paneel kan dan gericht comfort geven op de plek waar iemand werkelijk zit.

De regeling moet daarbij gaan kijken naar:

• aanwezigheid bij de betreffende plek;
• de lokale temperatuur;
• de temperatuur van de volledige ruimte;
• de toestand van de airco;
• beschikbare zonneproductie;
• de actuele belasting;
• de verwachte gebruiksduur.

Bij langdurige warmtevraag ligt de airco waarschijnlijk meer voor de hand. Voor korte, lokale comfortvraag kan infrarood juist interessant zijn.

Ik wil dat uiteindelijk met praktijkdata vergelijken, in plaats van vooraf te bepalen welke techniek altijd de beste is.

Stap 8: zorgen dat het systeem uitlegbaar blijft

Een automatisering die niet kan uitleggen wat zij doet, wordt vroeg of laat moeilijk te beheren.

Daarom wil ik op de dashboards niet alleen zien dat een apparaat aan of uit staat.

Ik wil ook kunnen zien waarom.

Bijvoorbeeld:

• de boiler wacht vanwege onvoldoende zonne-overschot;
• de wasmachine heeft toestemming gekregen en mag niet meer worden onderbroken;
• de airco schakelt tijdelijk terug omdat de temperatuur binnen de comfortmarge blijft;
• de ventilatie draait harder vanwege een stijgende luchtvochtigheid;
• een infraroodpaneel blijft uit omdat de ruimte niet bezet is.

Dat helpt tijdens het ontwikkelen, maar ook wanneer de regeling maandenlang zonder aandacht heeft gedraaid en ineens iets anders doet dan verwacht.

Wat draait al en wat komt later?

Niet alles uit dit plan is al volledig actief.

Wat nu al draait

• klimaatregeling voor de verschillende verdiepingen;
• externe temperatuursensoren;
• slimme boilerregeling;
• centrale vermogensinformatie;
• automatische ventilatiesturing;
• onderhoudstellers voor de airco’s;
• dashboards en diagnose;
• het verzamelen van leerdata.

Wat nog wordt uitgebreid of getest

• gemiddelde temperatuur over meerdere sensoren;
• nauwkeurigere voorspellingen voor klimaat en boiler;
• het automatisch inplannen van witgoed;
• tijdelijke vermogensruil tussen apparaten;
• slimme aansturing van de infraroodpanelen;
• watergebruik beter herkennen;
• dynamische energieprijzen;
• verdere monitoring en predictive maintenance.

Ik wil daarbij niet doen alsof iedere voorspelling al betrouwbaar is. De basisregeling draait, maar de woning moet eerst voldoende bruikbare praktijkdata verzamelen.

Van losse apparaten naar samenwerking

Het einddoel is niet dat ieder apparaat zoveel mogelijk automatisch doet.

Het doel is dat de woning als geheel betere keuzes kan maken.

Een boiler hoeft niet direct te verwarmen wanneer wachten gunstiger is. Een wasmachine hoeft niet meteen te starten wanneer hij later nog ruim op tijd klaar kan zijn. Een infraroodpaneel hoeft niet aan wanneer niemand op die plek zit.

Tegelijkertijd moet de regeling weten wanneer wachten niet langer verstandig is.

Juist die combinatie van meten, grenzen stellen, plannen en controleren maakt het voor mij interessant.

In het volgende artikel laat ik zien hoe onze woning na het verwijderen van gas wordt verwarmd en van warm water wordt voorzien, en waarom airco’s, infraroodpanelen, zonnepanelen en een elektrische boiler ieder een andere rol hebben.

Dit is een persoonlijk praktijkproject. Vanuit Floor-IT pas ik dezelfde manier van denken toe op IT, automatisering en slimme integraties voor bedrijven.