Thermia Modbus-ohjaus

Tämä on kahdestoista osa sarjasta joka dokumentoi EnergyHub-järjestelmän rakentamisen vanhaan rintamamiestaloon. Edellisessä osassa käytiin läpi konfliktit ja niiden ratkaisu. Tässä osassa tarkastellaan maalämpöpumpun ohjauksen käytännön toteutusta — mitä Modbus antaa, mitä EVU/Boost-signaalit tekevät ja missä kulkee raja jonka yli ei pidä mennä.

---

Maalämpöpumppu on kotitalouden energiankäytön kannalta yksi tärkeimmistä laitteista. Se lämmittää talon, tuottaa käyttöveden ja kuluttaa merkittävän osan sähköstä. Siksi se on myös yksi houkuttelevimmista ohjauksen kohteista — ja samalla yksi varovaisimmin lähestyttävistä.

Thermia Calibra 12 on osoittautunut hyväksi kumppanina EnergyHub-ajattelulle. Se ei ole suljettu musta laatikko — Modbus TCP antaa laajan näkymän pumpun sisälle. Mutta se on myös opettanut tärkeän läksyn: ohjaaminen ja hallitseminen ovat eri asioita. Sama periaate pätee muidenkin valmistajien pumppuihin: esimerkiksi Nibe, Daikin, Mitsubishi ja Vaillant tarjoavat vastaavia Smart Grid Ready -tuloja ja Modbus-rajapintoja, joten tämän osan ajattelumalli on siirrettävissä laitemerkistä riippumatta — rekisteriosoitteet ja tilakoodit vain vaihtuvat.

Mitä Modbus antaa

Thermian Modbus-integraatio tarjoaa huomattavan määrän dataa. Luettavissa on muun muassa:

• Ulkolämpötila, menovesi, paluuvesi, käyttöveden lämpötila
• Kompressorin kierrosnopeus prosentteina
• Nykyinen käyttötila: lämmitys, käyttövesi, sulatus, anti-legionella, valmiustila
• Jonossa olevat vaatimukset prioriteettijärjestyksessä
• Käyttötuntilaskurit: kompressori, käyttövesi, lisälämmitin
• Comfort wheel -asetus (sisälämpötilan tavoitearvo)

Käyttötila on erityisen arvokas. Rekisteristä näkee reaaliajassa onko pumppu lämmitysajolla (prioriteetti 4), käyttövesiajolla (3), sulatuksessa (2) vai anti-legionella-syklissä (7). Käytetyt prioriteettiarvot perustuvat Thermian viralliseen Modbus-dokumentaatioon sekä käytännön validointiin tässä järjestelmässä. Tämä mahdollistaa älykkään ohjauksen joka ei taistele pumpun omaa logiikkaa vastaan — se seuraa mitä pumppu tekee ja toimii sen mukaan. Jos pumppu on jo anti-legionella-syklissä (rekisteri 30002 palauttaa arvon 7) tai käyttövesiajolla (arvo 3), EnergyHub ei käynnistä uutta Boost-ohjausta. Ulkoinen automaatio ei taistele sisälogiikkaa vastaan — se näkee sen tilan ja väistää.

EM3-laajennusmoduuli ja neljä tilaa

Thermia Calibra 12:ssa on EM3-laajennusmoduuli joka tarjoaa älykkään sähköverkkotoiminnon — neljä eri ohjaustilaa kahden digitaalisen tulon (SG1 ja SG2) yhdistelmillä:

SG1=0, SG2=0  →  Normal    — normaali toiminta
SG1=1, SG2=0  →  EVU       — esto: kompressori ja lisälämmitin pysäytetään
SG1=0, SG2=1  →  Comfort   — käyttövesi korkeammilla lämpötiloilla
SG1=1, SG2=1  →  Boost     — käynnistää käyttöveden korkeat lähtöarvot,
                              laukaisee bakteerineston tarvittaessa

EnergyHubissa nämä signaalit tuotetaan Shelly Pro 2 -releellä joka kytkee EM3-moduulin tuloja. SG1 on output_0, SG2 on output_1.

Aktiivinen Smart Grid -tila on luettavissa myös Modbusista: rekisteri 30083 (Comfort mode) palauttaa arvon 1=EVU, 4=Normal, 5=Comfort, 6=Boost. Tämä mahdollistaa tilan varmistamisen ohjelman puolelta — ei tarvitse olettaa että rele on mennyt oikeaan asentoon. Tämä readback-mahdollisuus osoittautui myöhemmin arvokkaammaksi kuin kirjoitushetkellä ymmärsin: FMA-kovennuskierroksen jälkeen kaikki tilan palautuspolut varmistavat rekisteristä 30083 että Normal todella tuli voimaan, ja yrittävät uudelleen jos ei tullut. Komento ei ole sama kuin toteuma — tästä lisää sarjan osassa 15.

EVU — esto joka odottaa

EVU (SG1=1, SG2=0) on yksinkertaisin tila: se estää normaalisti kompressorin käynnistymisen ja rajoittaa lämmitystoimintaa valmistajan Smart Grid -logiikan mukaisesti. Käytetään kalliina tunteina tai sulakevaaratilanteissa.

Tärkeä yksityiskohta: EVU ei katkaise käynnissä olevaa kompressoria välittömästi. Kompressorin saa käynnistää vähintään viisi minuuttia ennen pysähtymistä — EVU-signaali odottaa kunnes tämä ehto täyttyy. Tämä suojaa kompressoria lyhyiltä käynnistys-sammutus-sykliltä.

Viive on luettavissa suoraan Modbusista: rekisteri 30061 (Compressor temporarily blocked, start restriction timer) kertoo onko kompressori estoajassaan. Ohjauslogiikka voi seurata tätä rekisteriä eikä sen tarvitse olettaa milloin esto päättyy.

Käytännössä EVU:n vaikutus näkyy vasta minuuttien kuluessa, ei sekunteina. Ohjauslogiikka ei saa olettaa välitöntä pysähtymistä. Tällä viiveellä on käytännön seuraus myös kuormanpudotuksessa: kun sulakeraja uhkaa ja Thermia pudotetaan EVU:lla, vaikutus verkkovirtaan näkyy vasta minuuttien päästä — pudotuslogiikan on siis toimittava iteratiivisesti eikä olettaa että yksi komento riittää.

Boost — trigger and release

Boost (SG1=1, SG2=1) on tehokkain tila: se käynnistää käyttöveden lämmityksen korkeammilla käynnistys- ja pysäytyslämpötiloilla, ja laukaisee tarvittaessa bakteerineston jos säiliö on liian kylmä.

Käytännön testaus paljasti fiksuimman tavan käyttää Boostia:

1. Aseta Boost — SG1=1, SG2=1
2. Odota kunnes käyttövesiajo on käynnistynyt (running_priority = 3) — pumppu on tarttunut tehtävään
3. Palauta Normal — SG1=0, SG2=0
4. Pumppu jatkaa käyttövesiboostin loppuun itse

Tämä ”trigger and release” -malli on turvallinen koska Boost-tila kytketään pois heti kun tiedetään että pumppu on tarttunut tehtävään. Rele ei jää Boost-tilaan pidemmäksi aikaa kuin välttämätöntä — ja mikä tärkeintä, lämmityksen tahaton boostaus estyy. Käytännön testien perusteella Boost ei välttämättä käynnistä käyttövesiajoa jos käyttövesi on jo riittävän lämmin. Tällöin pumppu ei reagoi Boost-signaaliin ja tila voidaan palauttaa Normaliin ilman vaikutuksia — trigger-and-release toimii myös tässä tilanteessa oikein.

Comfort wheel — pehmein ohjausmetodi

Comfort wheel on arkkitehtuurisesti puhtain tapa ohjata maalämpöpumppua. Se ei pakota tilaa päälle tai pois — se muuttaa pumpun käyttäytymistä sen omien rajojen sisällä.

Tässä on syytä oikaista yleinen väärinkäsitys, johon itsekin aluksi sorruin: Thermian comfort wheel ei ole lämpökäyrän siirto, vaan sisälämpötilan tavoitearvo celsiuksina. Rekisteriin kirjoitetaan esimerkiksi 2200, joka tarkoittaa 22,00 °C:n tavoitetta. Käytännön vaikutus hintaohjauksessa on samankaltainen — tavoitteen laskeminen vähentää lämmitystä, nostaminen lisää sitä — mutta yksikkö ja mekanismi ovat eri asia kuin perinteinen käyräsiirto.

Vanhassa HA:ssa ohjaus oli toteutettu kolmella tasolla:

• Solar boost — kun P1-mittari näyttää yli 1500 W vientiä ja huonelämpötila on alle 22,3 °C: tavoitearvoa nostetaan. Aurinko tuottaa ylimääräistä — hyödynnetään se lämmitykseen ennen kuin se menee verkkoon.
• Normaali — perustila, tavoitearvo asetetun arvon mukaan.
• Eco — kahdeksan kalleinta tuntia vuorokaudessa: tavoitearvoa lasketaan. Rakennuksen lämpömassa toimii puskurina — sisälämpötila ei laske heti vaikka lämmitystä vähennetään.

Comfort wheel kirjoitetaan Modbus-rekisteriin 40006 (scale 100). Home Assistantin YAML:ssa tämä on address: 5, input_type: holding — tästä lisää alla osoitteistusta käsittelevässä huomiossa. Muutos vaikuttaa pumpun ohjaukseen välittömästi — ei tarvita releohjausta.

Nykyisessä EnergyHubissa myös comfort wheel -kirjoitus noudattaa komento ≠ toteuma -periaatetta: Node-RED pitää kirjaa pyydetystä arvosta (pending) ja pitää sitä voimassa olevana (confirmed) vasta kun rekisteristä luettu arvo vastaa pyydettyä. Näin hiljainen kirjoitusvirhe — esimerkiksi Modbus-katkon aikana hukkunut kirjoitus — ei jää huomaamatta.

Mitä Modbus-kirjoitus ei tee

Käytännön testaus opetti myös rajoitteen jota ei dokumentaatiosta selvästi löydy.

Käyttöveden käynnistyslämpötilaa yritettiin muuttaa Modbus-kirjoituksella — tavoitteena käynnistää käyttövesiajo halutuilla hetkillä. Rekisteri kirjoitettiin, arvo muuttui. Mutta mitään ei tapahtunut. Vaikka odotettiin useita tunteja, pumppu ei käynnistänyt käyttövesiajoaan.

Todennäköinen selitys: pumpun sisäinen logiikka tarvitsee käynnistysehdon täyttymisen — riittävän nopean lämpötilanpudotuksen — ennen kuin se reagoi muuttuneeseen käynnistysarvoon. Pelkkä rekisterin arvon muuttaminen ei riitä.

Johtopäätös: käytännön kokeissa Boost-rele osoittautui luotettavimmaksi tavaksi käynnistää käyttövesijakso haluttuna ajankohtana. Modbus-kirjoitus sopii comfort wheel -ohjaukseen, mutta ei käyttövesilämmityksen pakottamiseen halutulle hetkelle.

Viitteeksi: käyttöveden käynnistys- ja pysäytyslämpötilat ovat rekistereissä 40023 (start, scale 100) ja 40024 (stop, scale 100). Arvot voi lukea ja kirjoittaa — mutta pelkkä arvon muuttaminen ei riitä käynnistämään uutta käyttövesijaksoa ilman riittävää lämpötilanpudotusta.

Legionella — seurataan, ei ohjata

Thermia Calibra 12 ajaa anti-legionella-syklin automaattisesti noin 14 päivän välein. Syklin aikana käyttövesi lämmitetään korkeaan lämpötilaan. Sykli näkyy selvästi datassa: kompressori pyörii täydellä teholla, käyttöveden lämpötila nousee poikkeuksellisen korkeaksi.

Tässä järjestelmässä legionellasykli näkyy myös lisälämmittimen aktivoitumisena — mutta vain silloin. Pumppu on sopivasti mitoitettu eikä lisävastuksia tarvita normaaliolosuhteissa edes kovimmilla pakkasilla.

Thermia Calibra 12:n firmware 17.03.145 toi mukanaan käytännön parannuksen: legionellasyklin kuumennusväli on säädettävissä suoraan pumpun näytöltä. Oletusarvo on 14 päivää, mutta liukusäätimellä voi asettaa pidemmän tai lyhyemmän välin. Samasta valikosta näkyy viimeisin ajo ja seuraavan ajon ajankohta — ja halutessa syklin voi käynnistää manuaalisesti ”Käynnistä bakteerinestotoiminto” -napista.

EnergyHub seuraa legionellasykliä: Node-REDin State Collector johtaa tilan suoraan prioriteettirekisteristä (running_priority = 7 → m_hp_legionella_active). Alkamis- ja päättymisajat kirjataan, laskuri kasvaa. Näin nähdään jälkikäteen milloin syklejä on ajettu — ja mikä tärkeintä, käynnissä oleva legionella-ajo estää EnergyHubin oman Boost-ohjauksen.

Mutta ulkoisesta automaatiosta sitä ei voi ohjata. Legionellasuojaus on valmistajan toteuttama turvallisuustoiminto. Välin säätö ja manuaalinen käynnistys tapahtuvat pumpun omasta paneelista — ei Modbusista.

Huomio Modbus-osoitteistuksesta

Thermian dokumentaatio käyttää De Facto -osoitteita jotka alkavat luvuista 40001 (holding), 30001 (input) ja 10001 (discrete input). Esimerkiksi comfort wheel on dokumentaatiossa osoitteessa 40006.

Osa Modbus-ohjelmistoista — mukaan lukien Home Assistantin Modbus-integraatio — käyttää nollapohjaisia osoitteita. Tällöin sama rekisteri on address: 5 YAML-konfiguraatiossa.

Käytännössä:

Dokumentaation De Facto	HA YAML address	Tyyppi
40006	5	holding
40023	22	holding
30016	15	input
10202	201	discrete input

Tämä on yksi yleisimmistä Thermia-integraation virhelähteistä. Jos rekisteri ei vastaa odotetusti, ensimmäinen tarkistus on osoitemuoto — ei rekisterin sisältö.

Miksi ON/OFF-ohjaus on väärä lähestymistapa

Ensimmäinen ajatus lämpöpumpun optimoinnista on usein koko laitteen sähkönsyötön katkominen kontaktorilla tai älyreleellä. Käytännössä tämä on huono ratkaisu — riippumatta siitä onko kyseessä Thermia, Nibe, Daikin, Mitsubishi vai Vaillant.

Kompressorin minimikäyntiajat rikkoutuvat pakkosammutuksessa. Sisäinen logiikka menettää tilatietonsa. Sulatus- ja käyttövesisyklit keskeytyvät kesken ajon. Käynnistysmäärät kasvavat ja jokainen käynnistys rasittaa kompressoria. Valmistajan suojauslogiikka — se joka oikeasti suojelee laitetta — ohitetaan kokonaan.

Thermian EM3- ja Modbus-rajapinnat mahdollistavat huomattavasti elegantimman lähestymistavan. Lämpöpumpulle ei anneta käskyä ”sammu” — sen käyttäytymistä ohjataan sen omien rajojen sisällä. EVU pysäyttää kompressorin valmistajan suunnittelemalla tavalla. Comfort wheel muuttaa sisälämpötilan tavoitearvoa ilman tilakoneen rikkomista. Boost käynnistää käyttövesilämmityksen oikeaan aikaan — ja pumppu hoitaa loput itse.

Arkkitehtuurinen johtopäätös

Thermia-ohjauksen kokemus tiivistyy yhteen lauseeseen: maalämpöpumppua ei etäohjata — sen toimintaa ohjataan rajojen sisällä.

Käytännössä tämä tarkoittaa kolmea toimenpidettä:

1. EVU kalliina tunteina tai sulakevaarassa — kompressori ei käynnisty, sulakeriski pienenee.
2. Boost halvalla tai aurinkoylijäämällä — käyttövesi lämmitetään optimaaliseen aikaan trigger-and-release -mallilla.
3. Comfort wheel hintaohjauksella — sisälämpötilan tavoitetta nostetaan halvalla, lasketaan kalliilla. Pehmeä muutos joka ei stressaa laitetta.

Mitä ei tehdä: kompressorin pakkokäynnistystä, jatkuvaa ON/OFF-ohjausta tai valmistajan suojausten ohittamista.

Ja neljäs periaate, joka kirjoitushetkellä oli vasta itämässä mutta on sittemmin osoittautunut koko järjestelmän kulmakiveksi: jokainen tilanvaihto varmistetaan lukemalla toteutunut tila takaisin — releen kytkeminen ei vielä todista että pumppu on halutussa tilassa. Miten tämä periaate syntyi ja mitä sen laiminlyönnistä seurasi, käsitellään osassa 15.

Tämä on HEOMF-ajattelun ydin lämpöpumpun kohdalla: optimointi ei tarkoita täyttä kontrollia — se tarkoittaa älykkäämpää yhteistyötä laitteen oman logiikan kanssa.

Tarkemmat ohjeet löytyvät artikkeleista Modbus käytännössä — Home Assistantin integraatio, Thermia Modbus + EVU/Boost-ohjaus ja Käyttöveden älykäs lämmitys aurinkosähköllä.

---

Seuraavaksi: Osa 13 — Sungrow + EV-lataus. Miten aurinkoinvertterin ohjaus ja sähköauton lataus toimivat yhdessä ja miten negatiiviset hinnat vaikuttavat kumpaankin.