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PROFI
Fachwissen Poolsteuerung
1 Die Hardware: Der
Loxone Miniserver und
diverse Erweiterungen.
2 Die Bedienung: u::LuxSchalter, Tablet-PC, HandSender und i-Button mit
Lesegerät.
1
3 Die Benutzeroberflä-
che: Wichtige Funktionen
und Informationen auf der
Startseite.
3
4 Die Software: Graphi-
sche Programmierung
logischer Verknüpfungen.
2
„Smart Pool“: Die Steuerung des „zEroPool“
Mit seinem Forschungsprojekt „zEroPool“ hat das Institut für Innovatives Design ein Außenschwimmbecken realisiert, das energieneutral und ohne Trinkwasser betrieben werden kann. In dieser Ausgabe
stellen wir nun mit „zEroCon“ die Steuerung der „zEroPool“-Anlage vor, die umfangreiche Aufgaben erfüllt. Die nahtlose Einbindung in die Gebäudetechnik machen aus ihm somit einen „Smart Pool“.
Fotos und Text: Prof. Dr. Ulrich Beerschwinger
Die richtige Poolsteuerung
– die Qual der Wahl?
Zum Erreichen des „Zero“-Ressourcenverbrauchs benötigt der „zEroPool“ eine Reihe an elektromechanischen Komponenten, die schon heute in gut ausgestatteten
und effizienten Pools zu finden sind. Zum
Beispiel die motorische Poolabdeckung,
eine drehzahlveränderliche Filterpumpe,
LED-Scheinwerfer, die Niveauregulierung,
Motorventile für Filterrückspülung, Solarund Wärmepumpenheizung, Dosiergeräte zur Regelung von pH-Wert und Chlor
sowie Attraktionen wie Gegenschwimmanlage, Wasserfall und Soundsystem.
Prinzipiell verfügt jede Komponente über
eine eigene Steuerung, Netzteil und Bedienungseinheit – entweder am Gerät
selbst oder in einem separaten Elektrogehäuse. Schnell beanspruchen all diese Gehäuse eine ganze Installationswand des
Technikraums. Allerdings ist die Kommunikation unter den einzelnen Komponen-
30 SCHWIMMBAD + SAUNA PROFI 11/12-2014
ten ohne eine übergeordnete Poolsteuerung nicht oder nur sehr eingeschränkt
möglich. Poolsteuerungen versuchen,
mehrere Geräte einzubinden und deren
Bedienung komfortabler zu gestalten. Ihre
Auswahl ist groß und reicht von einfachen
über komplexe und fest programmierte
bis hin zu frei programmierbaren Steuerungen. Entsprechend groß ist die Preisspanne von wenigen Hundert bis mehreren Tausend Euro.
Diese Produkte unterliegen auch dem
derzeitigen Entwicklungstrend, die Visualisierung und Bedienung über Smartphone
und Tablet inklusive Fernzugriff auf den
Pool zu erlauben, auch wenn dadurch das
Automatisierungspotenzial keineswegs
ausgenutzt wird. Neidisch blickt daher so
mancher Poolbesitzer auf die Möglichkeiten etablierter „Home Automation Systems“ von sogenannten „Smart Homes“
und stellt sich die Frage, welche Poolsteuerung denn ähnliches zu leisten vermag.
Diese Frage wurde eingehender in unserer Studie untersucht, in der zunächst die
vielschichtigen Anforderungen zusammengetragen und daraufhin unterschiedlichste Poolsteuerungen bewertet wurden. Das Ergebnis kurz gefasst: Einfache
Steuerungen stoßen bereits aufgrund der
begrenzten Anzahl an Ein- und Ausgängen schnell an ihre Grenzen. Komplexere
Steuerungen bieten dagegen einen gu-
Die Partner von „zEroCon“
Mit freundlicher Unterstützung von Loxone
(Steuerung), Wago (Steuerungen, Installationstechnik), Omnio und Eltako (EnOcean-Produkte),
WireGate (Sensoren), Hensel (Elektrogehäuse),
Doepke (Schutzschalter, Verbrauchszähler), JBL
und Teufel (Soundsysteme), Zodiac (Poolkomponenten), Peraqua (Motorventile), Grando (Rohrmotor), D-Link (IP-Kameras), Bayrol (Dosiersystem), AVM (Fritz-Komponenten), Bosch
(Mähroboter), Bürkert (Magnetventile) sowie
u::Lux (Schalter), Lahme, Evaoptik (Lichttechnik).
Allen Unterstützern sei hiermit herzlich gedankt!
ten Funktionsumfang, der oftmals jedoch
an bestimmte Gerätekonfigurationen gebunden ist. Individuellere Anpassungen
sind nicht möglich. Wer dies will, muss
sich für frei programmierbare Systeme
entscheiden und hierfür deutlich tiefer in
die Tasche greifen. Diese bieten die vollkommene Individualisierung, die durch
zusätzlichen Programmieraufwand weitere Kosten verursachen kann.
Auf den Punkt gebracht ist die Hauptanforderung die maximal mögliche Entlastung des Poolbesitzers von routinemäßigen Prozessen durch eine „mitdenkende“
Poolanlage. Weitere Anforderungen sind
die komfortable und intuitive Bedienung,
die übersichtliche Informationsaufbereitung und Bereitstellung relevanter Parameter, erhöhte Sicherheitsfunktionen sowie ein möglichst ressourcenschonender
Poolbetrieb. Und: Änderungen und Erweiterungen sollen mit wenig Aufwand und
geräteunabhängig möglich sein.
Aus diesen Anforderungen ergab sich
bereits die Notwendigkeit einer frei
programmierbaren Steuerung, die sich
zudem auch in eine vorhandene Gebäudeautomatisierung integrieren oder zumindest dahingehend ausbauen lässt.
Doch gerade diese Anforderung konnte
keine der untersuchten Poolsteuerungen
erfüllen. Dabei liegt es auf der Hand, dass
4
Besitzer eines „Smart Home“ auch einen
Pool „smart“ steuern wollen und umgekehrt, ohne mehrere Systeme parallel aufbauen, pflegen und bedienen zu müssen.
Pool und Garten gehören wie auch Sauna,
Heizungs-, Klima-, Lüftungstechnik, Multimedia und Überwachungssystem zum
Gebäude. Erst die intelligente Verknüpfung aller zur Verfügung stehender Informationen mit den Komponenten von
Haus und Pool lässt aus dem normalen
Pool einen „Smart Pool“ werden, der auch
individuellste Steuerungsaufgaben zu erfüllen vermag. Ein von der Gebäudeautomatisierung losgelöster Pool kann daher
kein „Smart Pool“ sein.
Denkbar einfache Bedienung
Konsequenterweise wurde daher für dieses Projekt ein frei programmierbares
„Home Automation System“ ausgewählt,
um eine durchgängige Gebäudeeinbindung sicherzustellen. Herz der Steuerung
ist der „Miniserver“ von Loxone, der bereits
über jeweils zwölf Ein- und Ausgänge verfügt und jederzeit erweitert werden kann.
Angebunden wurde er an einer üblichen
„Fritz!Box“ über einen Powerline-Adapter
(AVM). Mit dem kostenlosen Loxone-Konfigurationsprogramm lassen sich unter
gewohnter Windows-Oberfläche digitale,
analoge und virtuelle Ein- und Ausgänge
über logische Funktionen und fertigen
Programmbausteinen beliebig verknüpfen. Die Programmbedienung per „Drag &
Drop“ ist denkbar einfach: Das Programm
„übersetzt“ sogar die individuelle Visualisierung automatisch in die App oder in
eine Web-Oberfläche. Im Folgenden sind
einige Details der umgesetzten Lösung
und deren logische Verknüpfungen beschrieben.
Neben der Touch-Bedienung über TabletPC oder Smartphone wurde nach wie vor
an einer konventionellen Bedienung über
mechanische Taster festgehalten, mit denen ausgewählte Funktionen auch von
Hand gesteuert werden können. Im Gebäude übernimmt ein festinstallierter, intelligenter Tastschalter mit integriertem
Farbdisplay (u::Lux) diese Aufgabe, der via
Netzwerk mit der Steuerung kommuniziert. Funktion und Displayanzeige der vier
Bedientasten lassen sich frei programmieren. Über die Pooltaste gelangt man in
Untermenüs zur Bedienung von Abdeckung, Pumpen, Beleuchtung und anderen Attraktionen. Wichtige Poolinformationen werden visuell über das Display, die
LED-Taste sowie auch akustisch über den
integrierten Lautsprecher ausgegeben.
Die komfortable Bedienung aus dem Pool
heraus oder in dessen Nähe erfolgt über
eine Funkfernbedienung auf batterieloser
11/12-2014 SCHWIMMBAD + SAUNA PROFI 31
PROFI
Fachwissen Poolsteuerung
Nach der Dämmerung
schaltet sich die Unterwasserbeleuchtung
automatisch ein, wenn
der Pool geöffnet ist.
Fazit des Autors: Frei programmierbare Steuerungen für Poolanlagen erlauben individuellste
Lösungen, die (fast) keine Wünsche offen lassen.
„EnOcean“-Technologie (Eltako, Omnio).
Vier Doppelwipp-Taster steuern dabei bis
zu acht Geräte. Die Steuerung erkennt bei
jeder Tasterbetätigung, ob es sich um eine
Einfach- oder Mehrfach-Betätigung und
deren zeitliche Dauer handelt. Prinzipiell
könnten hier Morse-Codes abgesetzt und
von der Steuerung „verstanden“ werden.
Für den alltäglichen Gebrauch wurde jedoch folgende einfache Tasterlogik festgelegt: Kurze Einfach- und Doppelbetätigungen schalten das jeweilige Gerät ein und
aus. Ist es eingeschaltet, führen weitere
Einfachbetätigungen zum Beispiel zu einem Wechsel der Lichtszene, der Pumpendrehzahl oder des Musiktitels. Länger
anhaltende Betätigungen verändern etwa
die Laut- und Beleuchtungsstärke des
Soundsystems oder der Scheinwerfer. Optional können die Funktionen „Alles-Aus“,
„Not-Aus“ oder sogar eine „Hilfe/Panik“Taste programmiert werden.
Bei all diesen Bedienoptionen muss sich
aber niemand Gedanken über den Gerätestatus machen, da eine programmierte
Autofunktion jedes Gerät nach einer einstellbaren Zeit aus- oder einschaltet. Kritische Vorgänge wie etwa die Beckenentleerung sind nur für bestimmte Nutzer
freigeben und zusätzlich durch eine Passwortabfrage gegen versehentliches Akti-
vieren geschützt. Mit einem Befehl lässt
sich der Betriebsmodus wählen, der den
Pool zum Beispiel in den Modus Eco, Normal, Party, Urlaub, Wartung oder Überwinterung versetzt.
Poolzugang über „i-Button“
Der Zugang zum Pool führt natürlich über
das Öffnen der Rollladenabdeckung, das
hier um Besonderheiten ergänzt wurde:
Anstelle des üblichen Schlüsselschalters
wird ein „intelligenter Knopf“ („i-Button“),
der in seiner Form einer Knopfzelle ähnelt,
in eine Lesehalterung eingelegt. Die Steurung erfasst dessen unverwechselbare
Chipkennung und verbindet damit direkt
den hinterlegten „i-Button“-Besitzer wie
etwa „Poolmaster“, Gast oder Kind. Ist der
jeweilige „i-Button“ für das Öffnen der Abdeckung autorisiert, so schaltet sich das
Netzteil des Rollladenmotors für die Dauer
der Öffnungs- beziehungsweise Schließzeit an und wird danach vom Netz getrennt, was zudem die Standby-Verluste
des Netzteils eliminiert. Nur während dieser kurzzeitigen Netzteilaktivierung kann
der Rollladen also auf Befehle reagieren.
Wird versucht, die Abdeckung mit einem
nicht dafür autorisierten „i-Button“ zu öffnen, sendet die Steuerung eine Pushmail
oder einen „Caller-Service“ auf die hinter-
Der Autor
Prof. Dr. Ulrich Beerschwinger hat 2007 das unabhängige Institut für Innovatives Design gegründet.
Das Institut ist spezialisiert auf die Themenbereiche
Energieeffizienz, Ergonomie und Environmental
Sustainability (Umweltverträglichkeit). Die Tätigkeitsfelder erstrecken sich auf anwendungsbezogene
Forschung, Produktentwicklung, Projektierung sowie
Tests und Zertifizierung von Produkten.
32 SCHWIMMBAD + SAUNA PROFI 11/12-2014
legten Kontaktdaten. Aus der Ferne lässt
sich dann, wie in einem „Smart Home“ üblich, über die pooleigene Kamera mit dem
Benutzer kommunizieren und der Pool
freigeben. Auch lässt sich die Benutzung
von Gegenstromanlage, Soundsystem
und anderer Attraktionen für jeden „i-Button“ und auch in Abhängigkeit von Tageszeit und Wetterlage einschränken oder
sogar sperren.
Während der Rollladenbewegung schalten sich sicherheitshalber Pumpen und
Lautsprecher aus und die Unterwasserbeleuchtung ein. Dabei signalisiert die Beleuchtung in typischen Ampelfarben, ob
sich Poolparameter wie Temperatur, Filterzustand oder Wasserwerte im vorgegebenen Komfortbereich (grün) oder geringfügig außerhalb liegen (gelb) und im Auge
behalten werden sollten oder gar kritische
Grenzwerte überschritten sind (rot), die
einen sofortigen Eingriff erfordern. Nach
der Dämmerung schaltet sich die Unterwasserbeleuchtung automatisch ein,
wenn der Pool geöffnet ist oder, in Verbindung mit der Außenbeleuchtung,
wenn die Überwachungskamera und Mikrofone bei abgedecktem Pool ein bewegtes Objekt in Poolnähe erfasst.
Erweiterte Anwendungen
Sämtliche Sensoren sind kostengünstige
und präzise messende „1-Wire-Sensoren“
(Wiregate). Bis zu 20 dieser Sensoren können dabei an eine zweiadrige Leitung,
dem „1-Wire-Bus“, angeschlossen werden.
Mit geringem Aufwand kann die Steuerung also um zusätzliche Sensoren und
damit Anwendungen mühelos erweitert
werden. So liefert etwa ein Temperaturfeuchtefühler im Außenbereich nützliche
Wetterdaten und regelt aus dem Technikschacht heraus Lüftungsventilator und
Entwässerungspumpe. Die Sensorwerte
können für spätere Auswertungen laufend „mitgeschrieben“ werden.
Exemplarisch für die Vielzahl der Möglichkeiten sei hier die Umsetzung einer
Niveauregulierung beschrieben, die lediglich einen zusätzlichen Temperatursensor
für circa zehn Euro erfordert: Neben dem
Temperatursensor in der Zirkulationsleitung wurde ein zweiter Sensor seitlich im
Rollladenschacht auf Höhe des Sollwasserspiegels angebracht, der ebenfalls die
Poolwassertemperatur messen soll. Sinkt
der Wasserspiegel um fünf Millimeter, liegt
der Wasserspiegelsensor außerhalb des
Wassers und liefert dadurch unterschiedliche Temperaturmesswerte, wodurch sich
das Frischwasserventil für eine eingestellte Zeitdauer öffnet. Um störende Einflüsse
wie eine „kalte“ Zirkulationsleitung, Wasserbewegungen und Solareinstrahlung zu
eliminieren, erfolgt die Vergleichsmessung jeden Morgen zehn Minuten nach
dem Start der Filterpumpe bei geschlossener Abdeckung.
Energieverbrauch überwacht
Während des Tages überwacht der gleiche Wasserspiegelsensor die solare
Wassererwärmung unterhalb der Abdeckung und erhöht gegebenenfalls die
Pumpendrehzahl zur besseren Kühlung.
Bei drohender Materialschädigung durch
etwaige Überhitzung wird eine Warnmeldung abgesetzt und die Abdeckung automatisch aufgefahren. Energieverbrauch
und Energiegewinnung (PV) des Pools
Der „zEroPool“ in
Schwimmbad + Sauna
Das Projekt im Überblick
PROFI 9/10-2011, S. 28 – 29
Wärmebedarf senken
PROFI 11/12-2011, S. 22 – 23
Energieverbrauch optimieren
PROFI 3/4-2012. S. 30 – 31
Restwärmebedarf decken
PROFI 7/8-2012, S. 30 – 31
LED-Beleuchtung
PROFI 9/10-2012, S. 30 – 31
Becken-Reinigung
PROFI 11/12 - 2012, S. 30 – 31
Erneuerbare Ressourcen
PROFI 7/8-2013, S. 12 – 13
„zEroPool“- Bilanz
PROFI 9/10-2013, S. 22 – 24
werden laufend über Verbrauchsmengenzähler an die Steuerung „gepulst“, wohingegen der Wasserverbrauch über die Öffnungsdauer des Frischwasserventils
errechnet und protokolliert wird. Somit
kann der aktuelle Ressourcenverbrauch
jederzeit eingesehen und mit den historisch gespeicherten Werten detailliert
nach Stunden, Tagen, Monaten und Jahren verglichen werden. Etwaige Unregelmäßigkeiten sind also jederzeit nachprüfbar. Auch werden diverse Gerätezustände
und Änderungen gespeichert. Bei Überschreitung festgelegter Grenzen erfolgt
eine Meldung in der App und optional
eine E-Mail-Benachrichtigung. Die App erinnert aber auch, wann etwa die letzte
Rückspülung erfolgte oder wer die Abdeckung öffnete. Wichtige Meldungen lassen sich besonders komfortabel über den
„Caller-Service“ an die hinterlegte Rufnummer verschicken und von einer Computerstimme vorlesen.
verlängert sich automatisch, solange die
Pool integrierten Fotovoltaikmodule eine
festgelegte Leistung liefern – das ist eine
Steigerung des Eigenverbrauchs. Damit ist
die wasserseitige Kühlung der Abdeckung
ebenso gewährleistet wie die optimale
thermische Nutzung der Solarstrahlung.
Während der Pool geöffnet ist, filtert die
Pumpe abwechselnd in den Drehzahlstufen 1 und 2. Einmal täglich wird auch die
Leistungsaufnahme der Filterpumpe gemessen und bei Übersteigen eines Grenzwertes ein Rückspülvorgang je nach Wettervorschau eingeplant. Sollte nach
erfolgter Rückspülung die Leistungsaufnahme nicht auf die historischen Werte
zurückfallen, erfolgt unter anderem die
Meldung „Vorfilter und Skimmer reinigen“.
Ein Ausschalten der Filterpumpe während
der vorgesehenen Filterzeiten bewirkt ein
Autoeinschalten, ein Einschalten außerhalb der Filterzeiten ein Autoausschalten
nach jeweils frei vorgegebenen Zeiten.
Wetterservice inside
Kosten und Fazit
Der Wetterservice stellt lokale Wetterdaten der kommenden 72 Stunden bereit,
die von der Steuerung rechtzeitig in notwendige Maßnahmen umgesetzt werden.
Bei Blitzschlaggefahr werden die Badenden rechtzeitig unter anderem auch visuell über den Scheinwerfer gewarnt oder
das Öffnen der Poolabdeckung von vornherein verhindert. Bei nahendem Unwetter werden Poolabdeckung und Sonnensegel vorzeitig (!) eingefahren; denn sind
die Böen erst einmal da, ist es meist auch
schon zu spät. Ein lokaler Windsensor vermag dies nicht zu leisten, was Versicherungen zu schätzen wissen.
Der Wetterservice wird auch genutzt, um
die automatischen Filterrückspülungen
ressourcenschonend vor Niederschlägen
auszuführen und so unnötige Frischwassernachspeisungen und Gartenbewässerungen, die ebenfalls von der Steuerung
mit übernommen werden, zu unterdrücken. Selbst der in der Poolanlage arbeitende Mähroboter ist wetter- und poolgesteuert und pausiert bei offenem Pool
oder nassem Gras.
Die Filterzeiten wurden optimiert nach
Saison, Poolnutzung, Temperatur und Solareinstrahlung. Die tägliche Grundfilterung von bis vier Stunden wird durch die
jeweiligen Betriebsmodi gesteuert und
Eine Basissteuerung bestehend aus Miniserver, DMX- und „1-Wire-Modul“ inklusive
fünf Sensoren sowie Netzteil liegt bei circa
1 000 Euro. Die „EnOcean“-Erweiterung,
mit der weitere 128 Aktoren per Funk gesteuert werden können und ein passender Mehrfachfunktaster sind für circa 350
Euro erhältlich. Durch geschickte Auswahl
und Integration von Komponenten lassen
sich gegebenenfalls Netzteile, Sensoren
und Steuerungsteile einsparen.
Fazit: Frei programmierbare Steuerungen
für Poolanlagen erlauben individuellste
Lösungen, die (fast) keine Wünsche offen
lassen und leicht für künftige Anforderungen aufgerüstet werden können. Aber erst
die steuerungstechnische Verbindung aller Poolkomponenten mit der vorhandenen Gebäudetechnik ergibt neue Lösungsansätze, die aus herkömmlichen
Pools „Smart Pools“ werden lassen. Aufgrund von Produkthaftung und Gewährleistung werden solche individuellen und
komplexeren Lösungen trotz ihrer Vorteile
es aber schwer haben, konventionelle
Poolsteuerungen zu verdrängen.
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Insitut für Innovatives Design,
Am Westerberg 29, 85055 Ingolstadt,
Tel.: 0841/1387382 · www.zeropool.eu
11/12-2014 SCHWIMMBAD + SAUNA PROFI 33
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