Osassa 1 syntyi motivaatio, osassa 2 tehtiin ensimmäiset kokeilut ja osassa 3 pitkä hintadata pakotti katsomaan optimointia laajemmin. Tässä vaiheessa yksittäiset ajastukset, manuaaliset valinnat ja erilliset ohjaukset eivät enää riittäneet. Optimoinnista alkoi muodostua järjestelmä.
Kun mukaan tulivat yhtä aikaa asumismukavuus, pääsulakkeet, lämpöpumpun COP, käyttövesi, sähköauto ja myöhemmin aurinkosähkö, tarvittiin alusta, jossa eri mittaukset ja ohjaukset voidaan yhdistää yhdeksi kokonaisuudeksi. Tässä kohtaa Home Assistant nousi järjestelmän keskelle.
Miksi Home Assistant?
Kotitalouden energianhallinta alkoi muistuttaa säätöjärjestelmää. Siinä oli useita mittauksia, kuten sähkön hinta, teho, lämpötilat ja ennusteet, sekä useita ohjattavia laitteita: lämpöpumppu, sähköauton lataus, releet ja varaavat rakenteet. Näiden lisäksi tavoitteet olivat keskenään osittain ristiriitaisia. Halvin hinta ei välttämättä ollut paras COP:n, asumismukavuuden tai sähköliittymän kannalta.
Home Assistantin vahvuus oli ennen kaikkea siinä, että paikallinen logiikka, laajat integraatiot ja eri laitteiden tila saatiin samaan ympäristöön. Nordpool-hinta, Shelly-laitteet, Modbus, P1/HAN-mittaus ja muut rajapinnat voitiin liittää yhteiseen päätöksentekoon. Samalla järjestelmän toimintaa pystyi tarkastelemaan jälkikäteen: mitä tapahtui ja minkä tiedon perusteella.
Valmis optimointipalvelu olisi ollut alkuun helpompi, mutta omassa järjestelmässäni reunaehtoja oli jo niin paljon, ettei yksi yleinen palvelu pystynyt huomioimaan niitä kaikkia. Home Assistant ei siis ollut tavoitteena itsessään, vaan väline oman ohjauslogiikan rakentamiseen.
Ohjaus jaettiin kerroksiin
Tärkein arkkitehtuurinen ratkaisu oli jakaa päätöksenteko eri tasoihin. Ajatus tuli teollisuusautomaatiosta: ensin varmistetaan turvallinen perustoiminta, sen jälkeen noudatetaan teknisiä rajoitteita ja vasta niiden sisällä optimoidaan.
Kerros 0: turva ja perustoiminta
Ensimmäisellä tasolla ratkaistaan, mitä tapahtuu silloin, kun optimointi ei ole käytettävissä. Jos Home Assistant kaatuu, verkkoyhteys katkeaa tai mittausdata puuttuu, talon pitää silti pysyä lämpimänä ja laitteiden turvallisessa tilassa. Optimointi saa epäonnistua; perustoiminta ei.
Kerros 1: tekniset rajoitteet
Seuraavalla tasolla ovat ehdot, joita optimointi ei saa rikkoa. Näitä ovat esimerkiksi pääsulakkeiden ja vaihekuormien rajat, käyttöveden vähimmäislämpötila, sisälämpötilan alaraja sekä lämpöpumpun omat suojaehdot. Tähän kerrokseen kuuluvat järjestelmän käytännön “ei koskaan” -säännöt.
Kerros 2: optimointi
Vasta kahden ensimmäisen kerroksen jälkeen tulee varsinainen optimointi. Sen tehtävä on valita hyviä käyttöikkunoita sähkön hinnan, aurinkotuotannon, sääennusteen ja lämmitystarpeen perusteella. Optimointi voi ehdottaa toimintaa, mutta alemmat kerrokset määräävät, onko toiminta kyseisessä tilanteessa sallittu.
Tämä kerrosjako oli koko järjestelmän kannalta ratkaiseva. Ilman sitä logiikka olisi kasvanut nopeasti pitkäksi “jos tämä, niin tuo” -ketjuksi, jossa yhden muutoksen vaikutuksia olisi ollut vaikea ennakoida. Kerroksittainen rakenne teki järjestelmästä helpommin laajennettavan ja ennen kaikkea mahdollisti optimoinnin kehittämisen ilman, että suojaavat ehdot muuttuvat samalla.
Uusi konfiguraatio keväällä 2025
Keväällä 2025 mittausjakso oli ohi ja järjestelmää pystyi muuttamaan vapaammin. Suurin muutos oli siirtyminen yhden pitkän lämmitysjakson mallista monijaksoiseen ohjaukseen. Lämmitys jaettiin vuorokauden sisällä useampaan osaan, jolloin sitä ei tarvinnut puristaa muutamaan voimakkaaseen boost-jaksoon.
Käytännön malli muodostui vuodenajan mukaan. Kesällä maalämpöpumpun tehtävä painottui käyttöveteen, jota lämmitettiin kahdessa noin tunnin jaksossa vuorokaudessa. Keväällä ja syksyllä käytössä oli tyypillisesti kolme lämmitysjaksoa ja talvella neljä. Osittain varaava lattialämmitys sopi tähän hyvin.
Monijaksoisuus pienensi sisälämpötilan heilahtelua ja käytännössä poisti tilanteet, joissa halpojen tuntien sijoittuminen peräkkäisinä päivinä saattoi synnyttää lähes kahden vuorokauden lämmityskatkoksen. Samalla lämpöpumppua voitiin käyttää lähempänä sen normaalia toimintatapaa.
Sulakevahti kuuluu rajoitteisiin
Sähköauton, maalämpöpumpun ja saunan ajoittaminen samoille halvoille tunneille paljasti yhden hintaoptimoinnin sivuvaikutuksen: sähkölasku voi pienentyä samalla kun hetkellinen tehontarve kasvaa. Omassa 3×25 A liittymässä tästä tuli todellinen rajoite.
Sulakevahdin perusperiaate oli yksinkertainen. Jos minkä tahansa vaiheen virta ylitti asetetun rajan, sähköauton lataus katkaistiin. Lataus sallittiin uudelleen vasta virran laskettua riittävästi rajan alapuolelle, jotta ohjaus ei alkanut sahata päälle ja pois.
Oleellinen arkkitehtuurinen ero on siinä, ettei sulakevahti optimoi mitään. Sen tehtävä on suojata sähköliittymää riippumatta siitä, kuinka houkutteleva sähkön hinta juuri sillä hetkellä on. Siksi se kuuluu rajoitekerrokseen, ei optimointikerrokseen.
Vaihekuorma toi sähkötekniikan mukaan
Pääsulakkeiden ongelma ei aina johdu rakennuksen kokonaistehosta. Kolmivaiheisessa liittymässä yksi vaihe voi olla jatkuvasti muita raskaammin kuormitettu, vaikka kahdella muulla olisi vielä runsaasti kapasiteettia.
Tällöin ratkaisu voi olla kuormien uudelleenjako vaiheille, eri laitteiden ajoituksen erottaminen toisistaan tai myöhemmin sellaiset laitteet, jotka mahdollistavat dynaamisemman vaiheiden käytön. Tässä kohdassa energian optimointi ei ollut enää vain ohjelmointia, vaan myös osa talon sähkösuunnittelua.
Lämpöpumpun ohjaus muuttui
Thermia Calibra 12:n EVU-ohjaus mahdollisti pumpun toiminnan sallimisen ja estämisen, kun taas Boost nosti tavoitetasoa. Ensimmäisissä kokeissa ajatuksena oli ajaa pumppua mahdollisimman kovaa lyhyen halvan jakson aikana. Se toimi hintalogiikan näkökulmasta, mutta ei välttämättä ollut paras ratkaisu hyötysuhteelle.
Järjestelmätason ohjauksessa tavoite muuttui: lämmitystä ajetaan riittävästi sopiviin ajankohtiin ja useampaan jaksoon ja samalla vältetään tarpeettoman korkeita tavoitelämpötiloja. Hinnan rinnalle tulivat ulkolämpötila, sääennuste, rakennuksen lämpökapasiteetti ja lämpöpumpun toimintatapa.
Kesä, välikausi ja talvi tarvitsevat eri logiikan
Yksi käytännöllinen tapa hallita kokonaisuutta oli jakaa järjestelmä vuodenaikojen mukaisiin toimintatiloihin. Kesällä pääpaino oli käyttövedessä, välikaudella tarvittiin muutama lämmitysjakso vuorokaudessa ja talvella lämmitystä oli enemmän samalla kun COP- ja tehorajoitteiden merkitys kasvoi.
Tilaa voidaan arvioida esimerkiksi ulkolämpötilan liukuvan keskiarvon, HDD:n tai kalenterin ja lämpötilan yhdistelmän perusteella. Olennaista on, ettei järjestelmä vaihda tilaa jokaisen pienen säämuutoksen mukana. Hystereesi ja viive ovat tässä yhtä tärkeitä kuin itse vaihtoraja.
Hinta muuttui yhdeksi signaaliksi muiden joukossa
Kun ohjauksesta tuli järjestelmä, Nordpool-hinta menetti asemansa yksittäisenä määräävänä tekijänä. Sähkön hinta kertoo, milloin käyttö olisi taloudellisesti houkuttelevaa, mutta COP, pääsulakkeet, asumismukavuus, käyttövesi ja myöhemmin aurinkotuotanto määrittävät, mitä kyseisellä hetkellä todella kannattaa tai voidaan tehdä.
Käytännössä hinta alkoi valita hyviä käyttöikkunoita ja tekniset rajoitteet päättivät, mitä niiden sisällä sallitaan. Tämä oli olennainen ero yksinkertaiseen “halvimmat tunnit” -ohjaukseen.
Aurinkosähkö toi järjestelmään uuden suunnan
Aurinkosähkön tultua mukaan keväällä 2025 optimointi ei enää tarkoittanut pelkästään verkkosähkön kulutuksen siirtämistä halvemmille tunneille. Mukaan tuli oman tuotannon käyttö ja valinta sen välillä, käytetäänkö tuotanto talossa vai myydäänkö se verkkoon.
Tämä muutti erityisesti kesäajan toimintaa. Päivällä saattoi olla samanaikaisesti alhainen sähkön hinta ja suuri oma tuotanto. Järjestelmä pystyi silloin ajoittamaan esimerkiksi käyttöveden lämmitystä ja sähköauton latausta tuotannon yhteyteen. Tarvittaessa myös rakennuksen lämpökapasiteettia voidaan hyödyntää, mutta vain silloin kun sille on todellinen tarve.
Tässä vaiheessa kyse ei enää ollut yksittäisten laitteiden älyohjauksesta. Eri energiavirtoja alettiin hallita yhteisen päätöksenteon kautta, mikä oli ensimmäinen askel kohti varsinaista EnergyHub-ajattelua.
Mitä tapahtuu, jos data puuttuu?
Järjestelmän kasvaessa luotettavuudesta tuli oma suunnittelukysymyksensä. Mitä tapahtuu, jos hintatieto ei päivity, ulkolämpötila-anturi antaa virheellisen arvon, Shelly ei vastaa tai Home Assistant käynnistyy uudelleen kesken ohjauksen?
Periaatteeksi muodostui, että tärkeällä ohjauksella pitää olla turvallinen fallback. Puuttuva hintatieto ei saa estää lämmitystä, puuttuvan lämpötilan pitää johtaa varovaisempaan toimintaan ja epäluotettavan mittauksen aikana aggressiiviset toiminnot voidaan estää. Jos varsinainen optimointijärjestelmä on poissa käytöstä, laitteiden pitää palata turvalliseen perustoimintaan.
Tämä erottaa kokeellisen automaation järjestelmästä, jonka on tarkoitus toimia myös silloin, kun kaikki ei mene suunnitelmien mukaan.
Tästä alkoi muodostua HEOMF
Kun järjestelmää rakensi vaihe vaiheelta, kävi samalla näkyväksi, että kotitalouksien energianhallinnassa on selvästi erilaisia kypsyystasoja. Yhdessä päässä on käyttäjä, joka katsoo sähkön hinnat ja asettaa ajastuksen käsin. Seuraavalla tasolla mukaan tulevat dynaamiset ohjaukset ja esimerkiksi sulakevahti. Edistyneemmässä järjestelmässä päätöksenteko voi käyttää ennusteita, omaa aurinkotuotantoa ja useita samanaikaisia rajoitteita.
Tästä havainnosta alkoi myöhemmin muodostua HEOMF – kotitalouksien sähkön käytön optimoinnin kypsyysmalli. Ajatus ei ole, että olisi olemassa yksi oikea optimointijärjestelmä, vaan että järjestelmien kyvykkyys kehittyy vaiheittain mittauksesta ja yksinkertaisista ohjauksista kohti kokonaisvaltaisempaa energianhallintaa.
Kun optimoinnista tuli järjestelmä
Tämän vaiheen tärkein muutos ei ollut yksittäinen automaatio tai uusi laite. Muutos tapahtui tavassa rakentaa kokonaisuutta. Home Assistant ei enää ollut vain älykotialusta, jossa oli muutama energiatoiminto, vaan siitä tuli eri mittauksia, rajoitteita ja ohjauksia yhdistävä energianhallinnan alusta.
Kun turvallinen perustoiminta, tekniset rajoitteet ja varsinainen optimointi erotetaan toisistaan, järjestelmää voidaan kehittää hallitummin. Uusia hintalogiikoita, ennusteita tai tuotannon ohjauksia voidaan lisätä muuttamatta samalla niitä ehtoja, joiden tehtävä on pitää talo lämpimänä ja sähköliittymä turvallisena.
Optimointi-sarjan pääsivulta löydät kaikki sarjan osat ja kokonaisuuden etenemisjärjestyksen.