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Do-It-Yourself Heizenergie-Optimierung mit einem Neuronalen Netzwerk

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    RC3-Vorspann-Musik
  • 0:17 - 0:21
    Herald: Aber und damit herzlich willkommen
    wieder an diesem Morgen zur About-Future-
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    Stage. Wir haben jetzt hier einen ganz
    interessanten Talk über DIY-Heizenergie-
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    Optimierung mit einem neuronalen Netzwerk
    von Jens Dorfmüller hier zu meiner
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    Rechten. Jens hat auch die Folien unter
    seiner Website wwwjens.dorfmüller.de, mit
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    ü oder mit u ist egal. Ja Jens, wie bist
    du darauf gekommen, einen Talk über
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    Heizenergie-Optimierung zu machen?
    Jens: Ich habe mich vor zweieinhalb Jahren
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    habe ich einen Smart Meter eingebaut
    bekommen und habe mich damit beschäftigt,
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    was man damit machen kann. Und daraus hat
    sich im Laufe von zweieinhalb Jahren ein
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    bisschen größeres Projekt entwickelt. Und
    jetzt war ich.. ist das Projekt in einem
  • 1:05 - 1:09
    Zustand, wo ich sag: Na ja, jetzt könnte
    man es eigentlich auch mal zeigen und
  • 1:09 - 1:13
    gucken, ob es für andere Leute interessant
    ist, ob andere Leute vielleicht auch noch
  • 1:13 - 1:18
    Ideen haben, was man weiter damit machen
    könnte. Ja und so habe ich gedacht, melde
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    ich mal einen Talk an und es freut mich
    sehr, dass ich heute hier in München sein
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    darf und mal wieder auf einer Bühne stehen
    darf.
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    Herald: Wunderbar. Ich würde sagen, damit
    übergebe ich gleich an dich und wir sind
  • 1:30 - 1:36
    gespannt, was du uns zu erzählen hast.
    Jens: Super, guten Morgen zusammen. So,
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    ich fange gleich mit meiner ersten Folie
    an. Die ganze Geschichte hat bei mir
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    angefangen, vor gut zweieinhalb Jahren,
    als ich einen Smart Meter eingebaut
  • 1:44 - 1:48
    bekommen habe und ich mich damit
    beschäftigt habe: Was kann man denn
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    eigentlich damit machen? Und als ich mich
    damit beschäftigt habe, habe ich dann
  • 1:53 - 1:57
    festgestellt Na ja, dieses Smart Meter
    überträgt alle paar Sekunden den
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    Zählerstand und die aktuell bezogene
    Leistung. Und zwar macht sie das über eine
  • 2:02 - 2:08
    Infrarot-Schnittstelle, die da drauf ist.
    Auf der Folie, auf dem Bild sieht man
  • 2:08 - 2:12
    diese Infrarot-Schnittstelle, abgedeckt
    durch so einen gelben Messkopf, den ich da
  • 2:12 - 2:19
    draufgesetzt habe. Darunter sitzt die LED.
    Diese Infrarot-LED kann man mit einer
  • 2:19 - 2:24
    einfachen Diode, mit einer einfachen Foto-
    Diode mit einer Infrarot-Foto-Diode
  • 2:24 - 2:28
    abgreifen und kann die zum Beispiel über
    die Infrarot-Schnittstelle, über eine
  • 2:28 - 2:32
    GPIO-Schnittstelle eines Raspberry PI
    auslesen. Oder ich habe ein bisschen die
  • 2:32 - 2:37
    faule Variante genommen. Ich habe jemanden
    gefunden, der in der Kleinserie so ein
  • 2:37 - 2:46
    Messkopf gebaut hat und der die quasi mit
    USB-Schnittstelle angeboten hat. Vorteil
  • 2:46 - 2:50
    wenn man das Ding so semiprofessionell
    kauft, dann dann wird da auch gleich noch
  • 2:50 - 2:55
    nen Magnet-Ring mit eingebaut, der das
    dann auf der Schnittstelle festhält und
  • 2:55 - 3:02
    das ganze optisch abdichtet. So, damit
    kann ich jetzt den Zählerstand auslesen.
  • 3:02 - 3:07
    Vielleicht noch einen Hinweis für Leute,
    die das nachmachen wollen. Man muss erst
  • 3:07 - 3:12
    die Schnittstelle freischalten, da gibt es
    eine PIN, die man da eintippen, eingeben
  • 3:12 - 3:15
    muss. Das ist ganz lustig über
    Morsezeichen, mit einer Taschenlampe muss
  • 3:15 - 3:20
    man die eingeben und dann kann man den
    vollen, die Ausgabe des vollen Datensatz
  • 3:20 - 3:26
    freischalten. Das habe ich dann gemacht
    und ich habe ein Projekt gefunden im
  • 3:26 - 3:32
    Internet volkszähl.org, dieses Projekt
    liefert letztendlich die ganze Software,
  • 3:32 - 3:37
    mit der man das dann auslesen kann, die
    die Daten aufbereiten kann. Dieses Projekt
  • 3:37 - 3:42
    steht, besteht letztendlich aus mehreren
    Programmen. Das eine, erste Programm ist
  • 3:42 - 3:47
    der vzlogger. Der liest quasi den
    Datenstrom mit, teilt ihn auf in
  • 3:47 - 3:51
    verschiedene Kanäle, also in den Kanal,
    Zählerstand-Hauptzeit, Zählerstand-
  • 3:51 - 3:57
    Nebenzeit und den aktuellen Verbrauch. Der
    kann aber auch puffern. Das heißt, wenn
  • 3:57 - 4:02
    mein Server, auf dem die Daten gespeichert
    werden, mal down ist, dann puffer der
  • 4:02 - 4:08
    zwischen, so lange bis der wieder ub ist
    und schickt dann die Daten rüber. Dieses
  • 4:08 - 4:14
    Programm, vzlogger, schickt die Daten dann
    an eine Middleware, die auf meinem Server
  • 4:14 - 4:18
    läuft. Das ist im Prinzip eine
    Schnittstelle, ein ganz einfacher http-
  • 4:18 - 4:24
    request, über den das übertragen wird.
    Diese Middleware hat dann die Aufgabe, die
  • 4:24 - 4:29
    die Messwerte zu empfangen und sie
    letztendlich in die Maria-DB, die im
  • 4:29 - 4:36
    Hintergrund läuft, zu schreiben. Und dann
    gibt es noch das Web Frontend. Das ist
  • 4:36 - 4:40
    letztendlich das, wie man das Ganze
    bedient. Die nimmt dann die Daten aus der
  • 4:40 - 4:45
    Maria-DB und stellt sie grafisch dar. Und
    damit kann man schon ganz interessante
  • 4:45 - 4:53
    Dinge machen. Hier zum Beispiel ist.. ist
    der Strom, der Stromverbrauch, der normale
  • 4:53 - 4:59
    Stromverbrauch von unserem Haus. Und jetzt
    sieht man unten die Zeitskala und oben
  • 4:59 - 5:05
    aufgetragen die Leistung, die abgerufen
    wurde. Jetzt habe ich folgendes Ereignis
  • 5:05 - 5:09
    mal mit geplottet: Hier sieht man, was der
    Stromverbrauch ist vom Haus, wenn das
  • 5:09 - 5:15
    Deckenlicht im Wohnzimmer an ist. So, dann
    bin ich hergegangen, habe die Leselampe
  • 5:15 - 5:21
    neben dem Sofa angemacht. Man sieht der
    Stromverbrauch steigt. Dann habe ich das
  • 5:21 - 5:26
    Decken Licht ausgemacht und habe gedacht
    naja, jetzt spare ich Strom, weil ich nur
  • 5:26 - 5:31
    noch weniger Licht verbrauche. Dann habe
    ich aber mal mein Handy rausgezogen, habe
  • 5:31 - 5:36
    die Oberfläche aufgerufen und habe geguckt
    und habe festgestellt: Ich habe gerade
  • 5:36 - 5:42
    genau das Gegenteil gemacht. Ich habe mehr
    Strom verbraucht. Man sieht, das Ganze
  • 5:42 - 5:45
    kann man rückgängig machen: Wenn ich das
    Licht wieder anmache und die Leselampe
  • 5:45 - 5:51
    aus, dann verbrauche ich auf einmal wieder
    weniger Strom. Wenn man drüber nachdenkt:
  • 5:51 - 5:55
    ganz logisch. Die Deckenlampe ist eine
    moderne LED-Lampe, wo die meiste Energie
  • 5:55 - 6:01
    in Licht verwandelt wird und die Leuchte
    neben dem Sofa ist noch eine alte Halogen-
  • 6:01 - 6:08
    Standleuchte, die verbrennt eben.. die
    erzeugt nicht nur Licht, sondern auch eine
  • 6:08 - 6:14
    Menge Wärme und verbraucht deswegen mehr
    Strom. Seitdem ist die Stehlampe ehrlich
  • 6:14 - 6:19
    gesagt auch ein bisschen in Ungnade
    gefallen. Sie wird deutlich weniger
  • 6:19 - 6:27
    eingeschaltet. So, jetzt wollt ich mal ein
    bisschen mehr damit machen. Vorteil von
  • 6:27 - 6:31
    dieser von dem Projekt volkszaehler.org
    ist, dass diese http-Schnittstelle sehr
  • 6:31 - 6:35
    sehr gut dokumentiert ist und man relativ
    einfach auch andere Dinge da reinhängen
  • 6:35 - 6:42
    kann. Ich habe zum Beispiel noch ein paar
    Temperatur-Sensoren da reingehängt. Das
  • 6:42 - 6:46
    sind einfache Platin-Messwiderstand-
    Temperatursensoren. Ich habe mir von
  • 6:46 - 6:51
    Adafruit einen Verstärker dafür gekauft,
    den kann ich dann.. da kann ich dann die
  • 6:51 - 6:56
    Temperatur über die SPI-Schnittstelle mit
    einem RaspberryPI0 auslesen und ich kann
  • 6:56 - 7:01
    ein einfaches Python-Script schreiben. Das
    sind wirklich nur 15 Zeilen und kann das
  • 7:01 - 7:08
    dann an den vzlogger übergeben. Also hier
    rechts dargestellt sieht man dann auch wie
  • 7:08 - 7:12
    das ganze aussieht. Also der
    Temperatursensor ist über ein vieradriges
  • 7:12 - 7:19
    Kabel an den Verstärker angebunden, über
    SPI dann an an den RaspberryPI0. Da geht
  • 7:19 - 7:27
    es dann an den vzlogger und über WLAN
    hängt der an meinem Server. Gut, eine
  • 7:27 - 7:34
    weitere Datenquelle, die mich interessiert
    hat, war die Heizung. Da habe ich ein
  • 7:34 - 7:39
    bisschen den Nachteil, da gibt es keine
    gut dokumentierte freie Schnittstelle.
  • 7:39 - 7:43
    Erst kürzlich hat der Hersteller Vissmann
    die API zum Auslesen auch wirklich
  • 7:43 - 7:49
    freigegeben und einigermaßen dokumentiert.
    Zum Glück gibt es aber eine OpenSource-
  • 7:49 - 7:57
    Schnittstelle, eine OpenSource-API auf
    GitHub, die bereits.. die es schon länger
  • 7:57 - 8:03
    gibt und die mir das Leben da ereinfacht:
    Da kann ich eben über diese API die Daten
  • 8:03 - 8:08
    von meiner Heizungsanlage auslesen und aus
    der Cloud auslesen und damit in meinem
  • 8:08 - 8:14
    volkszaehler.org einspielen. Die Daten,
    die ich da abgreifen. Das sind vor allen
  • 8:14 - 8:19
    Dingen die Außentemperatur. Ich kann
    auslesen, ob die Heizung aktiv ist oder ob
  • 8:19 - 8:23
    sie, ob sie im Sommer ausgeschaltet ist.
    Und was ganz interessant ist: Ich kann
  • 8:23 - 8:28
    lesen, ob die Heizung gerade Warmwasser-
    Aufbereitung macht oder ob sie mein Haus-
  • 8:28 - 8:38
    Fußbodenheizung betreibt. So, damit kann
    ich jetzt schon eine bisschen, bisschen
  • 8:38 - 8:42
    interessantere Auswertung machen. Ich
    kenne also die Leistungsaufnahme meiner
  • 8:42 - 8:47
    Heizung zu jedem Zeitpunkt und ich kenne
    den Betriebszustand zu jedem Zeitpunkt.
  • 8:47 - 8:52
    Und jetzt kann ich mir einfach ausrechnen,
    wie viel Strom ich eigentlich für.. zum
  • 8:52 - 8:56
    Heizen brauche und wie viel ich für die
    Warmwasser-Aufbereitung brauche. Also hier
  • 8:56 - 9:03
    sieht man jetzt einen Plot über die
    letzten zweieinhalb Jahre. Jeder Balken
  • 9:03 - 9:09
    ist eine Woche. In Blau sieht man die
    Energie, die ich zum Heizen benutzt habe
  • 9:09 - 9:15
    und in Orange sieht man die Energie, die
    zum Warmwasser-Aufbereitung benutzt wurde.
  • 9:15 - 9:19
    Ich kann dann auch sehen, ich kann daraus
    relativ schnell sehen, in welcher Woche
  • 9:19 - 9:28
    ich wie viel, wie viel wie viel Geld
    ausgegeben habe zum Heizen. So, ich kann
  • 9:28 - 9:34
    aber auch auftragen, wie viel Energie
    brauche ich gegenüber bei welcher
  • 9:34 - 9:39
    Temperatur? Und da kriegt man schon was
    Interessantes raus, da sieht man relativ
  • 9:39 - 9:46
    schnell eine eindeutige Korrelation. Je
    wärmer es ist, umso weniger Energie
  • 9:46 - 9:53
    brauche ich zur Warmwasser-Aufbereitung.
    Das ist relativ einfach erklärbar. So eine
  • 9:53 - 9:58
    Luft-Wasser-Wärmepumpe, die hat eine eine
    schlechtere Effizienz, wenn es kalt ist.
  • 9:58 - 10:07
    Wenn ich mir das jetzt angucke, könnte ich
    jetzt, ist es eine der Ideen, die ich
  • 10:07 - 10:11
    habe, was ich in Zukunft ausprobieren
    will. Ich könnte jetzt sagen, ich guck mir
  • 10:11 - 10:17
    die Wettervorhersage an und verlege
    versuche die Wasser Warmwasser-
  • 10:17 - 10:23
    Aufbereitung in die Zeit am Tag zu legen,
    in der es wärmer ist. Und in der kalten
  • 10:23 - 10:26
    Zeit, vor allen Dingen in der Nacht, da
    unterdrücke ich dann die Warmenwasser-
  • 10:26 - 10:36
    Aufbereitung bis in die frühen
    Morgenstunden. Ja, das ist eine Idee. So,
  • 10:36 - 10:41
    dann habe ich aber auch zu Hause noch
    einen Komfort-Ofen, einen Holzofen im
  • 10:41 - 10:46
    Wohnzimmer, den ich betreibe. Und was mich
    jetzt dann interessiert hat, ist: Wie viel
  • 10:46 - 10:53
    Strom spare ich eigentlich dadurch, dass
    ich hin und wieder mit Holz heizen? Auch
  • 10:53 - 10:57
    da habe ich mal einen einfachen Plot
    versucht. Ich habe einfach die Temperatur
  • 10:57 - 11:03
    aufgetragen und dann dagegen die Energie,
    die ich zum Heizen mit meiner Was.. mit
  • 11:03 - 11:10
    meiner Luft-Wärmepumpe brauche. Jeder
    Punkt hier, jeder Punkt ist quasi eine
  • 11:10 - 11:17
    Woche, der Mittelwert einer Woche. Und man
    sieht in den Wochen, wo ich markiert habe,
  • 11:17 - 11:23
    dass ich den Ofen relativ häufig anhatte,
    dort scheint der Stromverbrauch
  • 11:23 - 11:28
    tatsächlich ein bisschen reduziert zu
    sein. Ob jetzt der Holzofen an war oder
  • 11:28 - 11:33
    nicht, das kann ich eben an meine
    Temperatur-Sensoren messen. Da sehe ich,
  • 11:33 - 11:37
    wenn.. wenn die Temperatur-Sensoren nur
    die Umgebungstemperatur anzeigen, dann war
  • 11:37 - 11:41
    er offensichtlich aus und wenn die
    deutlich über der Raumtemperatur liegen,
  • 11:41 - 11:48
    dann war der an. So, jetzt habe ich mich
    gefragt, kann ich das eigentlich auch noch
  • 11:48 - 11:55
    genauer ausrechnen? Und da habe ich mir
    jetzt folgende Idee überlegt: Ich nehme
  • 11:55 - 12:00
    ein neuronales Netzwerk, trainiere das auf
    die Außentemperatur, die Temperatur des
  • 12:00 - 12:07
    Ofens und den Betriebsmodus der der
    Heizung. Und wenn ich das trainiert habe,
  • 12:07 - 12:11
    dann manipuliert ich die Ofen-Temperatur,
    die dieses neuronale Netzwerk sieht,
  • 12:11 - 12:16
    einfach so, dass ich so tue, als ob der
    Ofen nie angewiesen wäre. Und jetzt
  • 12:16 - 12:21
    postuliere ich, dass die Differenz
    zwischen der Vorhersage mit dem Holzofen
  • 12:21 - 12:28
    und die Vorhersage ohne den Holzofen, das
    müsste ungefähr meine gesparte elektrische
  • 12:28 - 12:35
    Energie sein. So, so, sieht jetzt, sehen
    die eingangs Größen für das neuronale
  • 12:35 - 12:40
    Netzwerk aus. Man sieht also hier die
    Außentemperatur, dass es eben nicht nur
  • 12:40 - 12:46
    die aktuelle Außentemperatur, sondern eben
    auch die von den Zeitslots vorher. Ich
  • 12:46 - 12:51
    mittel immer über Zeitslots von 6 Stunden,
    das heißt, ich betrachte hier die die
  • 12:51 - 12:56
    Außentemperatur bis zu 24 Stunden
    rückwärts. Dasselbe mache ich mit dem
  • 12:56 - 13:01
    Ofenspeicher mit dem Ofen. Dann nehme ich
    eben auch nicht nur die aktuelle
  • 13:01 - 13:09
    Temperatur, sondern gucke mir auch bis..
    gucke mir auch drei Slots zurück an. Denn
  • 13:09 - 13:12
    bei dem Betriebszustand der Heizung, da
    gucke ich mir jetzt nur an Ist die Heizung
  • 13:12 - 13:18
    aktuell an oder ist sie im Spar-Modus?
    Oder ist gerade die EVU-Sperre vielleicht
  • 13:18 - 13:23
    noch ein Wort zu der EVU-Sperre: Das ist
    eben ein Recht, was mein Energieversorger
  • 13:23 - 13:28
    hat. Mein Energieversorger darf mir sagen,
    dass an bestimmten Zeiten am Tag meine
  • 13:28 - 13:33
    Heizung ausbleiben muss. Da hält sich die
    Heizung halt auch dran. Und das hat
  • 13:33 - 13:38
    natürlich auch einen massiven Einfluss
    darauf, wie viel Strom meine Heizung
  • 13:38 - 13:45
    verbraucht. So die aus... die Größe, auf
    die ich das neuronale Netzwerke trainiere,
  • 13:45 - 13:49
    ist letztendlich die Heizenergie. Das ist
    die, die das Integral über die Leistung
  • 13:49 - 13:59
    ohne die Warmwasser aufbereitung. So sieht
    dann das neuronale Netzwerk aus. Ich habe
  • 13:59 - 14:08
    hier, dass das Input-Layer mit 11 Größen,
    einen Hidden-Layer mit 24 Neuronen dann im
  • 14:08 - 14:14
    Hidden-Layer 2:16, im Hidden-Layer 3:12
    und dann habe ich nachher einen Output-
  • 14:14 - 14:19
    Layer und das Netzwerk ist fully
    connected. Man sieht hier an der Anzahl
  • 14:19 - 14:25
    der Linien, hier gibt es sehr, sehr viele
    Parameter, sehr viel freie Parameter, mit
  • 14:25 - 14:31
    der ich, mit dem ich das neuronale
    Netzwerke trainieren kann. Für mich als
  • 14:31 - 14:36
    Physiker ist dieses neuronale Netzwerk
    erst einmal einfach nur eine Funktion mit
  • 14:36 - 14:43
    insgesamt 905 Freiheitsgraden, also ein
    F(a1..a905) und dann noch die
  • 14:43 - 14:49
    Eingangsgrößen hier und die Ausgangsgröße
    ist der Energieverbrauch. So und jetzt
  • 14:49 - 14:58
    habe ich Datensätze für dieses x1 bis x11
    von Datensatz 1 bis.. im Moment sind es
  • 14:58 - 15:03
    über 23600 Stück, die ich da reinstecken
    will in diese Funktion. Und rauskommen
  • 15:03 - 15:10
    soll der Energieverbrauch für jeden dieser
    einzelnen Datensätze. So, jetzt ganz kurz:
  • 15:10 - 15:15
    Wie komme ich zu diesen Datensätzen? Hier
    sieht man jetzt aufgeplottet die Zeit, das
  • 15:15 - 15:22
    sind zwei Tage. Man sieht hier in der
    Ockerfarbe den den den Stromverbrauch der
  • 15:22 - 15:28
    Heizung und man sieht hier zum Beispiel in
    in Pink, das ist jetzt schwer zu erkennen,
  • 15:28 - 15:32
    hier in Pink ist markiert, wo Warmwasser-
    Aufbereitung war. Das wird rausgerechnet.
  • 15:32 - 15:39
    Und hier in Rot sieht man die Temperatur
    des Ofens. Und jetzt gehe ich her und
  • 15:39 - 15:45
    teile das einfach in Sechs-Stunden-Slots
    auf und mittel die Werte für jeden dieser
  • 15:45 - 15:50
    Sechs-Stunden-Slots. Wenn ich das
    ausrechene würde ich ungefähr auf, wenn
  • 15:50 - 15:54
    ich das so mache über die ganze Zeit, über
    die ganzen zweieinhalb Jahre würde ich,
  • 15:54 - 15:58
    glaube ich, auf 6000 Datensätze kommen.
    Jetzt mache ich noch ein bisschen..
  • 15:58 - 16:02
    schummeln ich noch ein bisschen. Ich
    schiebe diese Zeit-Slots einfach immer um
  • 16:02 - 16:06
    eine Stunde weiter und so kann ich
    wesentlich mehr Datensätze generieren mit
  • 16:06 - 16:11
    denselben Daten, die ich letztendlich
    habe. Das hilft mir sehr beim Trainieren
  • 16:11 - 16:18
    des Netzwerks und erhöht die Genauigkeit.
    So, jetzt habe ich das neuronale Netzwerk.
  • 16:18 - 16:23
    Ich habe die Daten. Jetzt ist die einzige
    Aufgabe, die noch fehlt: Ich muss das
  • 16:23 - 16:29
    trainieren. Trainieren läuft normalerweise
    so, ich ich lege initiale Parameter fest.
  • 16:29 - 16:34
    Dann schätze ich die die Datensätze. Ich
    berechne den Fehler, die Ableitung des
  • 16:34 - 16:39
    Fehlers. Dann werden verbesserte Parameter
    bestimmt und so läuft das iterativ immer
  • 16:39 - 16:43
    weiter, solange, bis der Fehler klein
    genug ist. Und dann sage ich: Das
  • 16:43 - 16:52
    neuronale Netzwerk ist trainiert. So, das
    sind jetzt die Ergebnisse. Hier habe ich
  • 16:52 - 16:59
    jetzt mal aufgetragen, wie viel Energie
    mein Ofen bei welcher Außentemperatur
  • 16:59 - 17:04
    spart, das ist in rot aufgetragen. In
    schwarz sieht man noch, was passiert, wenn
  • 17:04 - 17:10
    ich meine Heizung im Urlaubs-Modus
    betreibe. Aber wir konzentrieren uns jetzt
  • 17:10 - 17:14
    hier auf die rote Linie und da sieht man
    je tiefer die Temperatur ist, umso mehr
  • 17:14 - 17:20
    Energie spart er. Und zum Beispiel hier so
    bei minus 5, zwischen minus zwischen 0 und
  • 17:20 - 17:30
    minus 5 Grad gibt es so ein Peak. Da spart
    mir mein Holzofen, da trägt er bis zu 0,5,
  • 17:30 - 17:40
    bis zu 0,5 Kilowatt zur Heizung bei. So
    das Modell an sich, wenn ich das
  • 17:40 - 17:45
    aufintegriere über den ganzen Zeitraum,
    dann sagt das Modell relativ gut den
  • 17:45 - 17:52
    realen Energieverbrauch voraus. Das
    überschätzt den Energieverbrauch leicht um
  • 17:52 - 17:57
    0,21%. Ich habe auch, ich habe das
    mehrmals wiederholt. Ich habe mal über 100
  • 17:57 - 18:01
    Stück über 100 Läufe gemittelt und da
    komme ich auf eine Standardabweichung auf
  • 18:01 - 18:10
    3,2%. Das finde ich schon relativ gut für
    den Ansatz. So, die Energieersparnis, die
  • 18:10 - 18:16
    das Modell voraussagt, ist im Durchschnitt
    6,.., ja ungefähr 6,4% und die
  • 18:16 - 18:19
    Standardabweichung dort ist auch so
    gering, dass ich sag: Ja, dem Wert kann
  • 18:19 - 18:25
    man vertrauen. Und insgesamt sagt das
    Modell mir voraus, dass ich mit dem
  • 18:25 - 18:34
    Betrieb des Holzofen so ca. 575
    Kilowattstunden an elektrischer Energie
  • 18:34 - 18:43
    gespart habe oder in Stromkosten ca. 135
    Euro. Gut. Wie kann man das einschätzen?
  • 18:43 - 18:50
    Hier die beiden Wärmequellen verglichen
    einerseits meine Luft-Wasser-Wärmepumpe,
  • 18:50 - 18:57
    auf der anderen Seite der Holz-Kaminofen.
    So Energieträger bei der Luft-Wasser-
  • 18:57 - 19:03
    Wärmepumpe ist Strom. Inzwischen beziehe
    ich da nur noch Ökostrom. Die Kosten hatte
  • 19:03 - 19:10
    ich gesagt, 135 Euro und die eingesparte
    Energie 575 Kilowattstunden. So, das ist
  • 19:10 - 19:16
    aber der Stromverbrauch der Wärmepumpe.
    Und das, was an Heizenergie dann wirklich
  • 19:16 - 19:22
    zu Hause ankommt, ist höher. Da gibt es
    eben einen Umrechnungsfaktor, der sagt,
  • 19:22 - 19:27
    wie viel Energie wirklich im Haus ankommt,
    denn die Wärmepumpe erzeugt ja nicht
  • 19:27 - 19:32
    Wärmeenergie, sondern sie pumpt die
    Wärmeenergie einfach von außen in das Haus
  • 19:32 - 19:38
    hinein und der Holzofen wurde betrieben
    bei einer Durchschnittstemperatur von 5
  • 19:38 - 19:43
    Grad. Und da liegt der "Coefficient of
    Performance" meiner Luft-Wasser-Wärmepumpe
  • 19:43 - 19:52
    so ca. bei 4,7. Das heißt, das was an
    Heizenergie bei mir im Haus ankommt oder
  • 19:52 - 20:00
    angekommen wäre von diesem, von der
    eingesparten Energie ist das 4,7 fache. So
  • 20:00 - 20:04
    auf der anderen Seite habe ich den Holz-
    Kaminofen. Da habe ich in den zweieinhalb
  • 20:04 - 20:11
    Jahren ca. 4 Schüttraummeter Buchenholz
    verbrannt. Hier sieht man, wie viel das
  • 20:11 - 20:17
    ist. Das sind zwei Meter Buchenholz, das
    heißt das doppelte. Von dem habe ich ca.
  • 20:17 - 20:23
    in dem Ofen in der Zeit verbrannt. Bezahlt
    habe ich dafür wesentlich mehr als für für
  • 20:23 - 20:33
    den Strom, den ich gespart habe. Die
    Energie, die dieses Holz hat, sind ca.
  • 20:33 - 20:39
    fünfeinhalb Kilowatt, 5500
    Kilowattstunden. Jetzt hat der Ofen
  • 20:39 - 20:46
    natürlich auch eine gewisse Effizienz. Die
    wird angegeben bei ca. 82%. Das heißt auch
  • 20:46 - 20:50
    davon kommt natürlich nicht alles bei mir
    im Haus an. Jetzt, wenn man guckt, ist
  • 20:50 - 20:55
    eine Differenz von fast 2000
    Kilowattstunden. Das wirkt erst mal
  • 20:55 - 21:02
    relativ groß. Aber an sich liege ich da in
    der richtigen Größenordnung. Die möglichen
  • 21:02 - 21:07
    Ursachen für die Differenz, die da noch
    ist, zum einen unterschätze ich
  • 21:07 - 21:11
    wahrscheinlich noch den Effekt von meinem
    Holzofen, denn ich mittel nur ich gucke
  • 21:11 - 21:18
    nur bis zu 24 Stunden zurück. Und wenn der
    Ofen mal ordentlich läuft und auch die
  • 21:18 - 21:23
    Wände vom Haus erhitzt, dann ist der
    Effekt wahrscheinlich noch wesentlich
  • 21:23 - 21:32
    länger. Und zum anderen: die die Effizienz
    von 82% erreiche ich garantiert nicht zu
  • 21:32 - 21:39
    Hause, denn der Ofen steht nur in einem
    Raum und der heizt genau einen Raum. Und
  • 21:39 - 21:43
    da kommt nicht alles im ganzen Haus an.
    Auch da könnte man wahrscheinlich
  • 21:43 - 21:51
    verbessern. So was schließe ich daraus.
    Zum einen: Wirtschaftlich ist der Betrieb
  • 21:51 - 22:00
    meines Holzofens definitiv nicht rentabel.
    Denn wenn wir, wenn draußen Temperaturen
  • 22:00 - 22:02
    so jenseits der Minus 10 Grad sind, dann
    macht es wahrscheinlich auch
  • 22:02 - 22:06
    wirtschaftlich Sinn, den zu betreiben. Da
    muss man einfach bedenken Der "Coefficient
  • 22:06 - 22:11
    of Performance" einer Wärmepumpe sinkt
    drastisch, wenn man in Richtung minus 10
  • 22:11 - 22:17
    Grad geht. Ich habe mal aus dem Datenblatt
    hergeleitet. Leider sieht man das.. leider
  • 22:17 - 22:21
    wird das für die Temperatur nie angegeben,
    weil die Werte dann relativ schlecht sind.
  • 22:21 - 22:24
    Deswegen habe ich mir die aus dem
    Datenblatt mal hergeleitet.
  • 22:24 - 22:29
    Schätzungsweise bei minus 10 prozent...
    bei minus 10 Grad Celsius ist der
  • 22:29 - 22:32
    "Coefficient of Performance"
    wahrscheinlich nur noch bei 2,5.
  • 22:32 - 22:39
    Dahingegen: Die Leistung und die Effizienz
    des Ofens bleibt aber unabhängig von der
  • 22:39 - 22:45
    Außentemperatur immer gleich. Das heißt,
    irgendwo bei sehr tiefen Temperaturen
  • 22:45 - 22:54
    draußen steigt das, macht es immer mehr
    Sinn, diesen Ofen zu betreiben. Von der
  • 22:54 - 23:01
    CO2-Bilanz her kommt es ganz darauf an,
    was man für einen Strommix hat. Dadurch,
  • 23:01 - 23:08
    dass ich jetzt nur noch nur noch Ökostrom
    nehme, macht das da auch nicht mehr so
  • 23:08 - 23:14
    viel Sinn. Wenn ich die energetische
    Betrachtung von vorhin angucke, dann komme
  • 23:14 - 23:19
    ich drauf, dass die Analyse-Methode an
    sich scheinbar ganz gut funktioniert und
  • 23:19 - 23:25
    mir da auch Daten in der richtigen
    Größenordnung liefert. An sich lässt sich
  • 23:25 - 23:31
    dieser Ansatz auch übertragen eben auf
    andere Dinge. Die Methode lässt sich
  • 23:31 - 23:35
    eigentlich immer dann einsetzen, wenn man
    vorhersagen möchte, ob eine manchmal
  • 23:35 - 23:41
    verwendete Verhaltens-Methode bei
    dauerhafter Anwendung zu einer Einsparung
  • 23:41 - 23:44
    führen würde. Und dann kann man auch
    ausrechnen, wie groß diese Einsparung
  • 23:44 - 23:53
    wäre. Das könnte man zum Beispiel machen,
    indem man die Umwälzpumpe für die
  • 23:53 - 23:58
    Warmwasser-Aufbereitung mal einschaltet,
    mal ausschaltet, dann darauf ein Modell
  • 23:58 - 24:03
    trainiert und am Schluss sich dann
    ausrechnet: Wenn ich die dauerhaft
  • 24:03 - 24:10
    ausgeschaltet lassen würde, wie viel würde
    ich dann sparen? Oder ich könnte mir
  • 24:10 - 24:14
    überlegen, wenn ich die Jalousien
    regelmäßig bei Kälte runter lasse, alle
  • 24:14 - 24:18
    Jalousien runter lasse. Dann würde ich
    wahrscheinlich auch was sparen und ich
  • 24:18 - 24:21
    könnte mir gucken.. ich könnte mir
    angucken, wie viel diese
  • 24:21 - 24:29
    Verhaltensänderung nachher auch an Energie
    sparen würde. Gut, zum Schluss noch einmal
  • 24:29 - 24:35
    die Projekte, die Software und die ich die
    verwendet habe. Zum einen habe ich schon
  • 24:35 - 24:39
    erwähnt das OpenSource Projekt
    volkszaehler.org, was mir sehr geholfen
  • 24:39 - 24:48
    hat und die Viessmann App von von True
    Avatar auf GitHub. Zum Auswerten habe ich
  • 24:48 - 24:55
    sehr viel NumPy verwendet. Ich habe auf
    das Backend von Vissmann zugegriffen. Da
  • 24:55 - 25:01
    gibt es das Developer Portal, wo man dann
    ja die dokumentierte API findet.
  • 25:01 - 25:04
    Programmiersprachen habe ich das meiste in
    Python geschrieben, auch ein bisschen PHP
  • 25:04 - 25:11
    ist dabei. Machine Learning habe ich in
    Keras mit Tensor Flow als Backend
  • 25:11 - 25:17
    angewendet und als Package Manager hatte
    ich Anaconda und ein Buch was ich
  • 25:17 - 25:22
    empfehlen kann ist hier von Jörg Frochte:
    Maschinelles Lernen. Das hat mir sehr viel
  • 25:22 - 25:27
    Spaß gemacht, es zu lesen und es hat mir
    sehr viel gebracht zum Verständnis von
  • 25:27 - 25:33
    neuronalen Netzwerken. Damit bin ich
    fertig. Möchte mich herzlich bedanken fürs
  • 25:33 - 25:39
    Zuhören. Die Folien wie gesagt habe ich
    abgelegt auf meinem auf meiner Homepage.
  • 25:39 - 25:43
    Ihr könnt mich per E-Mail erreichen oder
    auch über Event Phone, wenn ich dann
  • 25:43 - 25:48
    wieder zu Hause bin, könnte mich auch über
    Event Phone anrufen. Vielen Dank.
  • 25:48 - 25:53
    Herald: Wunderbar. Wir sagen auch: Vielen
    Dank! Ich hoffe, es hat den
  • 25:53 - 25:58
    Zuschauer*innen an den Endgeräten
    gefallen. Wir haben eins, eins, zwei, drei
  • 25:58 - 26:02
    Fragen bekommen. Wir haben auch noch Zeit
    für eine kurze Q&A. Falls noch Fragen
  • 26:02 - 26:07
    aufkommen, einfach in den IRC, da kommt es
    am besten zu uns durch. Genau, und zwar
  • 26:07 - 26:11
    wurde gefragt, ob du es schon vorher mit
    einem einfachen physikalischen Modell
  • 26:11 - 26:15
    versucht hast, das einfach nur den
    Wärmefluss oder den Energiefluss mit
  • 26:15 - 26:21
    einbezieht und nicht ein komplettes
    neuronales Netzwerk mit 509 Parametern,
  • 26:21 - 26:26
    oder bzw. 11 Parameter waren es glaub ich
    und 509 Einstellmöglichkeiten, oder?
  • 26:26 - 26:31
    Jens: Das habe ich nicht probiert, weil
    mir relativ schnell klar wurde, dass es
  • 26:31 - 26:38
    eben sehr viele verschiedene Kombinationen
    aus verschiedenen Dingen gibt. Also
  • 26:38 - 26:43
    spielen eben so viele verschiedene Dinge
    eine Rolle, dass ich gesagt habe: Naja, da
  • 26:43 - 26:48
    mache ich mir das Leben einfacher. Ich
    probiere es mit dem neuronalen Netzwerk,
  • 26:48 - 26:49
    da muss ich mich nicht um die Details
    kümmern.
  • 26:49 - 26:56
    Herald: Okay, genau die zweite Frage geht
    in eine ähnliche Richtung, nämlich das
  • 26:56 - 27:00
    bzw. dass man das neuronale Netzwerk auch
    als modellfreien Ansatz charakterisieren
  • 27:00 - 27:06
    könnte, weil da weniger Parameter und
    weniger Daten vonnöten würden. Hast du da
  • 27:06 - 27:12
    mal drüber nachgedacht?
    Jens: Ne habe ich so noch nicht drüber
  • 27:12 - 27:15
    nachgedacht.
    Herald: Okay. Genau, und es wurde noch
  • 27:15 - 27:18
    gefragt, was für eine Wärmepumpe du
    benutzt hast, ob die Wärme aus der Luft
  • 27:18 - 27:22
    oder aus dem Boden kommt, von dem, wie sie
    es angeordnet hat. Es kommt aber aus der
  • 27:22 - 27:24
    Luft.
    Jens: Es ist eine Luft-Wasser-Wärmepumpe.
  • 27:24 - 27:29
    Das heißt, die Wärmepumpe zieht die die
    Wärme aus der Luft raus. Auf der einen
  • 27:29 - 27:32
    Seite saugt sie die Luft an, auf der
    anderen Seite pumpt sie die kalte,
  • 27:32 - 27:38
    abgekühlte Luft wieder raus. Ja, natürlich
    könnte man die Effizienz steigern, indem
  • 27:38 - 27:43
    man auf eine eine andere Art von
    Wärmepumpe, wie zum Beispiel mit einer
  • 27:43 - 27:49
    Tiefbohrung die Energie aus dem aus dem
    Boden holen. Das würde wahrscheinlich die
  • 27:49 - 27:54
    Effizienz und vor allen Dingen den
    Effizienz-Verlust bei tiefen Temperaturen,
  • 27:54 - 27:58
    der wäre dann längst nicht so stark.
    Herald: Ich kann mir auch vorstellen, dass
  • 27:58 - 28:02
    der Boden ja auch einen guten Puffer oder
    guten Zeitpuffer bietet. Besser als die
  • 28:02 - 28:05
    Luft.
    Jens: Ja, und es gibt auch, es gibt
  • 28:05 - 28:10
    inzwischen Wärmepumpen, wo man sich einen
    großen Wassertank in in, in den Boden
  • 28:10 - 28:15
    einlässt und über den Winter macht man das
    zu Eis und im Sommer lässt man es langsam
  • 28:15 - 28:19
    schmelzen.
    Herald: Auch sehr interessant. Es gab
  • 28:19 - 28:24
    sogar noch Feedback über den IRC, dass der
    Talk sehr informativ war und es wird dir
  • 28:24 - 28:26
    gedankt.
    Jens: Vielen Dank.
  • 28:26 - 28:29
    Herald: Gut, wenn sonst jetzt noch nichts
    mehr hier eintrudelt... Ah, doch noch was.
  • 28:29 - 28:34
    Und zwar ob es die Leser am Stromzähler
    auch mit WiFi und Akku gibt, dass sie
  • 28:34 - 28:38
    nicht über eben diese Vier-Draht_Leitungen
    angeschlossen werden müssen.
  • 28:38 - 28:44
    Jens: Die die am Stromzähler oder die am..
    Herald: die Leser am Stromzähler, ja
  • 28:44 - 28:47
    genau.
    Jens: Am Stromzähler habe ich noch keine
  • 28:47 - 28:53
    gesehen. Das frage ich mich auch. Warum?
    Wir machen überall Smart Home, machen alle
  • 28:53 - 29:00
    Lichtschalter per WLAN, aber ein Zähler,
    der auf den Zähler aufgesteckt wird und
  • 29:00 - 29:03
    dann per WLAN einfach so überträgt, habe
    ich noch nirgendwo gefunden.
  • 29:03 - 29:08
    Herald: Das wäre ja mal ein spannendes
    Bastelprojekt für die Community, ein WLAN-
  • 29:08 - 29:17
    und Akku- Infrarotlesegerät für den
    Stromzähler. Es kommt noch eine Frage.
  • 29:17 - 29:23
    Noch mal die gleiche Geschichte: Ein nettes
    kleines Modell mit gekoppelten
  • 29:23 - 29:27
    Wärmespeicher als Differentialgleichung
    hätte sehr viel weniger Parameter und die
  • 29:27 - 29:30
    Daten müssten nicht erst gemittelt werden.
    Ich glaube, du hast eine Hausaufgabe
  • 29:30 - 29:36
    bekommen. Gut, mal schauen. Dann sehen wir
    vielleicht nächstes Jahr mit einem
  • 29:36 - 29:39
    kleineren Modell.
    Jens: Mal gucken. Wenn ich wenn ich das in
  • 29:39 - 29:41
    einem Jahr hinkriege, dann melde ich mich
    für nächstes Jahr.
  • 29:41 - 29:46
    Herald: Gut. Genau dann würde ich sagen:
    Vielen Dank an alle Zuschauer*innen da
  • 29:46 - 29:51
    draußen. Ich hoffe es hat euch gefallen.
    Auch nochmal vielen Dank an Jens und ich
  • 29:51 - 29:55
    würde dir noch das letzte Wort lassen und
    dann sind wir soweit fertig.
  • 29:55 - 29:59
    Jens: Ja, vielen Dank euch auch fürs
    Organisieren. Und dann bis demnächst.
  • 29:59 - 30:03
    Tschüss!
  • 30:03 - 30:08
    RC3-Abspann-Musik
  • 30:08 - 30:14
    Untertitel erstellt von c3subtitles.de
    im Jahr 2022. Mach mit und hilf uns!
Title:
Do-It-Yourself Heizenergie-Optimierung mit einem Neuronalen Netzwerk
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Video Language:
German
Duration:
30:18

German subtitles

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