Podgrzewana miska na wodę dla psa cz. 2

Podgrzewana miska na wodę dla psa wzbudziła dość duże zainteresowanie, a ponieważ dostaję sporo pytań odnośnie kosztów energii elektrycznej więc odpowiedzi udzielę w artykule.

W poprzednim materiale zatytułowanym: Miska podgrzewana na wodę dla psa, opisałem w jaki sposób wykonałem elektrycznie podgrzewaną miskę na wodę dla mojego pupila 🙂

Robiąc podgrzewaną miskę liczyłem się z kosztami związanymi z poborem energii elektrycznej. Wówczas wstępnie oszacowałem moc przewodów grzejnych na 54 W, i założyłem, że będą grzały przez całą dobę. Oszacowane w ten sposób koszty zużytej energii elektrycznej były dla mnie akceptowalne, więc wykonałem podgrzewaną miskę na wodę dla psa. Teraz czas na chwilę prawdy, i weryfikację rzeczywistych kosztów zużytej energii elektrycznej.

Jak w praktyce sprawdza się wykonana przeze mnie podgrzewana miska,

i jak wpływa na mój rachunek za energię elektryczną?

Cieszę się, że w ostatnim czasie temperatura zewnętrzna była w okolicy -15 ^oC, bo pozwoliło mi to na realne sprawdzenie podgrzewanej miski 🙂

W chwili obecnej obliczenia zrobię na podstawie danych jakie zebrałem z czujnika temperatury tempSensor produkcji Blebox, który zainstalowany jest w podgrzewanej misce. Czujnik ten odpowiedzialny jest za pomiar temperatury wody i jest częścią składową termostatu. Posiada możliwość generowania wykresów i eksportu danych. Ponieważ jestem przyzwyczajony do obróbki różnych danych w Excelu, wyeksportowałem z tempSensora dane do pliku CSV.

Przypomnę, że tempSensor, to autonomiczny czujnik temperatury polskiego producenta, a jednocześnie element, który może współpracować z innymi produktami (różnych producentów poprzez integrację np. z Home Assistant) tworząc system inteligentnego domu. Możliwości tego systemu opisałem w artykule: Jakie możliwości daje bezprzewodowy system Inteligentnego Domu? Cz. 3

W moim domu jest kilka czujników temperatury (tempSensorów). Jeden w podgrzewanej misce na wodę dla psa, inny służy mi jako termometr mierząc temperaturę zewnętrzną. Dzięki temu mogłem wyeksportować do pliku CSV dane z dwóch czujników dotyczące tego samego okresu czasu.

Podgrzewana miska, zależności pomiędzy temperaturami?

Porównajmy, jakie były zależności pomiędzy temperaturą zewnętrzną, a temperaturą w podgrzewanej misce na wodę dla psa. Analizy dokonuję na przykładzie 22 dni stycznia 2021r.

Na poniższym wykresie, kolorem zielonym oznaczony jest przebieg temperatury w podgrzewanej misce. Niebieski kolor przedstawia temperaturę jaka w tym czasie panowała na zewnątrz.

Na zielonym wykresie uwagę zwracają dwukrotne wzrosty temperatury. Nie są to przypadkowe skoki temperatury wody. To odnotowane przez czujnik momenty, w których wlałem psu do miski cieplejszą wodę (ten duży pik, to temperatura 18,18 ^oC).

Na początku zielonego przebiegu widać zdecydowanie częstsze załączenia.

Był to okres moich testów, gdy w praktyce patrzyłem jak utrzymuje się temperatura i ciągle zmieniałem ustawienia termostatu (tempSensor + switchBox).

Ostatecznie ustawiłem, że samoograniczające przewody grzejne mają załączyć się, gdy temperatura wody w podgrzewanej misce spadnie poniżej 10 ^oC, i wyłączyć się gdy temperatura wody w misce przekroczy 11 ^oC.

Jak widać na wykresie, niezależnie od temperatury zewnętrznej, temperatura wody w podgrzewanej misce utrzymywała się na stałym, zadanym poziomie. Szczegółowo analizując wykres, widać, że gdy temperatura zewnętrzna spadała, przewody grzejne załączały się częściej, ale nawet przy temperaturze zewnętrznej -15 ^oC nie grzały przez cały czas.

-15 ^oC i dane z 48 h

Ponieważ przy widoku danych z 22 dni wiele szczegółów staje się nieczytelne, zobaczmy jak wyglądają dane dla mniejszego odcinka czasu.

Do dalszego porównania wybrałem okres, gdy zewnętrzna temperatura osiągnęła wartość najniższą -15 ^oC.

Poniższy wykres przedstawia dane z okresu dwóch dób, 17-18 stycznia 2021r. Na tym wykresie wyraźnie można policzyć ile razy w ciągu 48 godzin zostało włączone ogrzewanie miski (włączone czyli temperatura w misce oznaczona kolorem zielonym wzrasta).

18 styczeń

Obszar analizy zawęziłem do jednej doby 18 stycznia 2021r w której to temperatura zewnętrzna osiągnęła najniższą wartość, więc warunki pracy podgrzewanej miski były najtrudniejsze.

Nawet przy takim zawężeniu okresu analizy ciężko jest coś precyzyjnie sprawdzić, więc do wyliczenia kosztów energii elektrycznej zużytej przez podgrzewaną miskę dla psa przyjąłem okres czterech godzin z 18 stycznia 2021r (mniej więcej od godziny 2:00 do 6:00 gdy temperatura zewnętrzna była najniższa).

Podgrzewana miska dla psa, ile dokłada do rachunku za prąd?

Koszty energii elektrycznej zużytej przez podgrzewaną miskę na wodę dla psa zależą od temperatury zewnętrznej, a dokładnie od różnicy temperatur pomiędzy temperaturą wody w podgrzewanej misce, a temperaturą otoczenia.

Czym lepsza będzie izolacja termiczna podgrzewanej miski, i czym mniejsza będzie powierzchnia na jakiej woda traci swą temperaturę, tym rzadziej będzie włączało się ogrzewanie.

Nie mam jeszcze podpiętego miernika, który dokładnie określi mi zużycie energii elektrycznej (kiedyś to zrobię i zaktualizuję artykuł), ale analizy dokonam na podstawie zmian temperatury zarejestrowanej przez czujnik.

Na podstawie omówionych powyżej wykresów widać, że mimo występujących mrozów -15 ^oC, temperatura w podgrzewanej misce utrzymuje się na zadanym poziomie od 10 do 11 ^oC. W celu ustalenia jak często i na jak długo załączane są samoograniczające kable grzejne przeanalizowałem dane z okresu czterech godzin.

W analizowanym okresie czasu, samoograniczające kable grzejne Devi-iceguard 18, zostały załączone o godzinie 2:31, a wyłączone o 3:01 co oznacza, że 10 litrów wody zostało podgrzane o 1 ^oC (z 10 do 11 ^oC) w ciągu 30 minut przy temperaturze zewnętrznej -15 ^oC.

Zainstalowany samoograniczający kabel grzejny Devi-iceguard 18, ma moc 18 W na 1 m w temperaturze 0 ^oC, i zmienia swoją moc w zależności od temperatury. Czym cieplej, tym ma mniejszą moc i grzeje słabiej (zasadę działania opisałem w pierwszej części artykułu).

Przeglądając wykres zależności mocy kabla od panującej temperatury przyjmę, że w moim przypadku przy temperaturze wody 10 ^oC, moc 1 m kabla Devi-iceguard 18 wynosi 16 W.

Czas na obliczenia

Do podgrzewanej miski dla psa wykorzystałem 3 m odcinek samoograniczającego kabla Devi-iceguard 18, co przy przyjętych założeniach daje łączną moc:

3 x 16 W = 48 W

Na podstawie omawianego czterogodzinnego wykresu (przy temperaturze zewnętrznej -15 ^oC) ustaliłem, że w ciągu czterech godzin podgrzewanie miski załączone zostało cztery razy, co daje nam 24 załączenia w ciągu jednej doby. Ponieważ ustaliłem, że jednorazowo czas grzania wynosi 30 minut, mogę przyjąć, że w ciągu doby miska jest podgrzewana przez 12 godzin.

12 h x 48 W = 576 Wh, czyli 0,576 kWh

W ciągu doby podgrzewana miska na wodę dla psa zużywa 0,576 kWh (w takiej jednostce rozliczamy się z dostawcą energii elektrycznej) co daje nam miesięczne (30 dniowe) zużycie energii elektrycznej:

0,576 kWh x 30 =  17,28 kWh

Na podstawie ostatniego rachunku za prąd obliczyłem, że w moim przypadku koszt 1 kWh wynosi 0,62 zł brutto. Czyli przy założeniu, że na zewnątrz w ciągu całego miesiąca temperatura ciągle będzie w okolicy -15 ^oC podgrzewana miska na wodę dla psa zużyje energii elektrycznej za kwotę:

17,28 x 0,62 zł = 10,71 zł brutto

W skali roku podgrzewana miska będzie podłączona przez pięć miesięcy (od listopada do marca), więc przy założeniu, że przez cały ten czas na zewnątrz byłaby temperatura -15 ^oC roczny koszt eksploatacji podgrzewanej miski na wodę dla psa wyniesie:

10,71 zł x 5 = 53,57 zł brutto

Rzeczywisty koszt zużytej energii elektrycznej będzie sporo niższy, ponieważ realnie w naszym klimacie (Wrocław) średnia temperatura dla miesięcy przez, które elektrycznie podgrzewana miska będzie załączona wynosi 0,94 ^oC, a nie jak przyjąłem w obliczeniach -15 ^oC. 

Oszczędności

Muszę jeszcze raz przemyśleć sterowanie ogrzewaniem w podgrzewanej misce na wodę dla psa.

W moim przypadku pies ma dostęp do podgrzewanej miski w godzinach od 8:00 do 22:00, więc zostaje 7 godzin, w czasie których temperatura wody w misce może być obniżona np. do 3 ^oC, i w ten sposób można zaoszczędzić na zużytej energii elektrycznej 🙂 Po co grzać wodę gdy pies śpi w domu?

Przy okazji nieraz w rozmowach z znajomymi dotyczącymi kosztów energii elektrycznej, zastanawiamy się ile kosztuje zagotowanie wody w elektrycznym czajniku, ile kosztuje odkurzanie domu, czy oświetlenie. Na takie potrzeby stworzyłem prosty kalkulator, który zamieściłem do pobrania (plik Excel) z poniższego artykułu.

Jak obniżyć zużycie prądu – kalkulator?

Skraplanie się wody

Lepsze jest wrogiem dobrego. Podgrzewana miska na wodę dla psa mojego pomysłu i wykonania działa już około miesiąca. Na etapie jej wykonywania wiedziałem, że muszę wymienić zabezpieczenie różnicowoprądowe o czym pisałem w artykule: Miska podgrzewana na wodę dla psa. Obecnie zgromadziłem już niezbędne materiały więc czas wziąć się za zmiany 🙂

Zacząłem od puszki, w której znajdują się sterowniki Blebox. Obawiam się, że w puszcze o stopniu ochrony przed pyłem i wodą IP 66 z biegiem czasu na wskutek zmian temperatury może skraplać się para wodna.

Ponieważ puszka podczas normalnego użytkowania podgrzewanej miski na wodę dla psa skierowana jest wieczkiem w kierunku ziemi, wykonałem w niej cztery niewielkie otworki, aby ewentualne skropliny mogły swobodnie wypłynąć z puszki.

Problem tworzenia się kondensatu dotyczy obudów o wysokim stopniu szczelności ≥ IP 54, ponieważ zamontowane w nich aparaty mają ograniczoną możliwość wymiany ciepła z otoczeniem z powodu szczelności obudów i właściwości tworzywa, z którego są wykonane. Temperatura wewnętrzna jest wyższa od zewnętrznej z powodu strat mocy aparatów w rozdzielnicy. Ciepłe powietrze wewnątrz dąży do zwiększenia swej wilgotności i nabiera ją z zewnątrz, ponieważ obudowy nie są gazoszczelne. Przez ochłodzenie układu (wyłączenie odbiorników) spada temperatura wewnętrzna. Chłodne powietrze wydziela wilgoć, która w postaci kondensatu osiada we wnętrzu rozdzielnicy.

Powstawanie kondensatu w osłoniętych lub nieosłoniętych instalacjach zewnętrznych:

W tym przypadku kondensat powstaje w zależności od pogody, wysokiej wilgotności, bezpośredniego nasłonecznienia i różnic temperatur powietrza i ścian obudów.

Źródło: Hensel Katalog główny Nr 15

Ponieważ w puszce znajduje się elektronika sterująca podgrzewaną miską, jakieś ciepło się z niej wydziela (również ciepło od kabli grzejnych), więc wykonanie ujścia dla mogącego się wytrącić w puszce kondensatu jest uzasadnione. Wykonane otworki nie stanowią żadnego zagrożenia, ponieważ skierowane są w kierunku ziemi, a od dołu do obudowy podgrzewanej miski przykręcona jest jeszcze osłona z plexi, która chroni puszę przed zachlapaniem.

Podgrzewana miska – wymiana zabezpieczenia przeciwporażeniowego

Do tej pory ochronę przeciwporażeniową w podgrzewanej misce na wodę zapewniał wyłącznik różnicowoprądowy o czułości 10 mA montowany na przewodzie zasilającym.

Jego zaletą był sposób montażu, lecz w moim przypadku ogromną wadą tego rozwiązania był sposób jego działania (niestety dowiedziałem się o tym dopiero po zainstalowaniu). Przy zaniku napięcia zasilania, wyłącznik się resetował czyli wyłączał. Aby go włączyć wymagana była ingerencja człowieka, który naciśnie przycisk i włączy to zabezpieczenie.

Elektrycznie podgrzewana miska na wodę dla psa, w swoich założeniach wymaga niezawodnego zasilania. Dodatkowo jeden z czytelników w komentarzu pod artykułem słusznie zwrócił moją uwagę na brak zabezpieczenia nadprądowego w wykonanym układzie. Z tych powodów zdecydowałem się wymienić dotychczasowe zabezpieczenie na wyłącznik różnicowoprądowy z członem nadprądowym.

Mój wybór padł na wyłącznik 5SU1154-6KK06 produkcji Siemens.

Wyłącznik ten, posiada człon różnicowoprądowy o czułości 10 mA i wyzwalaniu typu A, oraz człon nadprądowy B 6A. Dodatkowo sprawdziłem zakres temperatur w jakich ten aparat może pracować. Siemens zapewnia jego prawidłową pracę w zakresie temperatur od -25 do 55 ^oC, czyli są to parametry, które umożliwiają mi zamontowanie tego wyłącznika na zewnątrz budynku.

Zobacz dokumentację Siemens 5SU11546KK06 >>

Obudowa

Trochę trudności napotkałem szukając właściwej obudowy. Wyzwaniem okazało się, znalezienie małej i trwałej obudowy odpornej na warunki atmosferyczne. Nie mam na myśli tylko temperatury czy ochrony przed wodą, ale szczególnie odporności na promieniowanie UV. 

Ponieważ po skończeniu, podgrzewana miska na wodę dla psa powinna działać bezawaryjnie przez wiele zimowych sezonów, więc jakość użytych elementów (w tym również obudowa zabezpieczenia wraz z klapką) jest dla mnie ważna.

Zdecydowałem się na obudowę Hensel wykonaną z poliwęglanu model KV PC 9103, o stopniu ochrony przed pyłem i wodą IP 65. Oznaczenie PC jest tu kluczowe, ponieważ w ofercie Hensla występują też bardzo podobne obudowy, lecz wykonane z innego tworzywa (wówczas nie posiadają oznaczenia PC).

Musiałem trochę poczekać, ponieważ obudowa pod moje zamówienie musiała zostać sprowadzona z Niemiec.

Ponieważ w moim przypadku obudowa Hensel KV PC 9103 będzie przenośna i wyposażona w uchwyt do zawieszenia, nie będę wykorzystywał oryginalnych otworów montażowych.

Uchwyt przymocuję do otworów znajdujących się w jej górnej części służących do mocowania osłony przewodów.

Oryginalne otwory montażowe postanowiłem dodatkowo uszczelnić. Ponieważ obudowa będzie miała niestandardowy sposób montażu, obawiam się, że z biegiem czasu przez oryginalne otwory do mocowania obudowy do podłoża będzie dostawać się woda. Co prawda nie wniknie ona do wnętrza rozdzielnicy, lecz będzie znajdować się pomiędzy wewnętrzną zaślepka a obudową.

Ponieważ zamarzająca woda zmienia swoją objętość (rozszerza się), obawiałem się, że po jakimś czasie może doprowadzić do wepchania zaślepek do wnętrza rozdzielnicy. Chcąc temu zapobiec, przestrzeń do której mogła wniknąć woda wypełniłem klejem Fix All, a następnie od wewnętrznej strony zaślepiłem oryginalnymi zaślepkami dostarczonymi wraz z rozdzielnicą. Nadmiar kleju został wyciśnięty przez otwór na wkręt.

Przewody elektryczne wprowadziłem w dolnej części obudowy poprzez skręcane dławnice. Co prawda wystarczający stopień ochrony IP byłby zapewniony również przez dławnice membramowe, ale w moim rozwiązaniu dławnica pełni dwie ważne funkcje.

Uszczelnia, aby woda i pył nie wnikały do wnętrza obudowy, oraz zabezpiecza przewody przed wyrwaniem.

Ponieważ u mnie rozdzielnica będzie wisieć, a przewody będą luźno do niej doprowadzone, łatwo może się zdarzyć, że ktoś przez nieuwagę np. podczas wymiany wody, szarpnie za przewód. Takie przypadkowe szarpnięcie, nie może doprowadzić do wyrwania przewodów z zacisków, za co w moim rozwiązaniu odpowiadają dwie skręcane dławnice dostarczone wraz z obudową.

Z jaką siłą dokręcać przewody?

Zarówno Siemens, jak i Hensel zwracają uwagę na prawidłową siłę z jaką należy dokręcać zaciski. Siemens określił siłę na max 3 Nm, natomiast Hensel na 2 Nm.

Żyły przewodu OLFLEX ROBUST 215 C 3G0,75 0022718, który użyłem do zasilania, zakończyłem końcówkami tulejkowymi zaprasowanymi gazoszczelnie (temat opisałem w poradniku: Szybkozłączka, złączka śrubowa a może mufa? PORADNIK cz. 3).

Wkrętak dynamometryczny ustawiłem na wartość 2,4 Nm i dokręciłem.

Połączenie ochronne

Jak pisałem w pierwszej części artykułu: Miska podgrzewana na wodę dla psa, w celu zapewnienia ochrony przeciwporażeniowej, ekran przewodu OLFLEX ROBUST 215 C, połączyłem z przewodem ochronnym PE. Do połączenia żył PE i ekranów użyłem szybkozłączki Wago 2×0,2-4 mm² 221-412.

Zdecydowałem się na wykorzystanie szybkozłączki zamiast listew zaciskowych w jakie wyposażona jest rozdzielnica, ponieważ żyły przewodów wykonane są w postaci linki (również ekran) i nie miałem końcówek tulejkowych, które miałyby wymaganą przez Hensla długość (na listwach zaciskowych producent określił ile mm powinna mieć odizolowana część żyły).

Zanim złożyłem obudowę, przetestowałem czy wszystko działa poprawnie, i sprawdziłem przycisk TEST, wyłącznika różnicowo-nadprądowego.

Działa 🙂 Pozostało skręcić obudowę.

​Podgrzewana miska – zabezpieczenie prawie gotowe

Podgrzewana miska z nowym zabezpieczeniem wróciła do swojego użytkownika, czyli psa 🙂
Pisząc te słowa, nowe zabezpieczenie w podgrzewanej misce na wodę dla psa działa bez zarzutów już drugi tydzień.

Czy to koniec zmian w podgrzewanej misce na wodę dla psa?

Nie, przygotowując ten artykuł zdałem sobie sprawę, że muszę jeszcze dopracować termostat. Zrobić, aby w czasie gdy pies nie korzysta z miski (śpi w domu) temperatura wody była obniżana do około 3 ^oC, i powtórnie podnoszona do 10 – 11 ^oC zanim rano wypuszczę psa.

Właśnie tak, mój 11 miesięczny maluszek ważący 64 kg – to CAO – motywuje mnie do robienia mu różnych udogodnień. Wiosną, opiszę jak wykonałem mu basen, aby chłodził się w upalne dni 🙂

Zachęcam do zapoznania się z artykułem w którym opisałem jak samodzielnie zrobić podświetlany basen dla psa – na upalne dni.