DIY Radiation Shield für Panasonic-Außentemperaturfühler

Der originale Außenfühler meiner Panasonic Wärmepumpe wird direkt an die Außenwand des Hauses geschraubt.
Dies verfälscht durch äußere Einflüsse wie die Abwärme der Wand oder die Sonneneinstrahlung die Messwerte des Sensors. Eine Lösung musste her.

Das Projekt

Austausch des Original Panasonic PAW-A2W-TSOD
Planung eines Radiation Shields für den PAW-A2W-TSOD
3D Modell erstellen und Drucken

Anbringen des Radiation Shields an der Außenwand.

Analyse der Messwerte

Ausgangssituation

Das Problem lag beim originalen Außentemperaturfühler.

Durch den geringen Abstand zur Hauswand wurden die Messwerte teilweise um bis zu 8 °C verfälscht.

Ursachen dafür waren unter anderem die direkte Sonneneinstrahlung in den Abendstunden, die gespeicherte Wärme der Hauswand sowie das weitgehend geschlossene Sensorgehäuse.

Wie auf dem Bild zu erkennen ist, zeigte der Sensor eine Außentemperatur von 27,0 °C an. Die tatsächliche Temperatur lag zu diesem Zeitpunkt jedoch nur bei etwa 21 °C.

Planung

Bevor das erste 3D-Modell entstehen konnte, mussten zunächst die grundlegenden Anforderungen festgelegt werden. Der Panasonic-Außentemperaturfühler sollte zuverlässig vor direkter Sonneneinstrahlung und der Wärmestrahlung der Hauswand geschützt werden, ohne dabei die natürliche Luftzirkulation zu behindern.

Ein vollständig geschlossenes Gehäuse kam daher nicht infrage. Die Umgebungsluft muss den Sensor möglichst ungehindert erreichen können, damit Temperaturänderungen schnell und unverfälscht erfasst werden.

Anforderungen an die Konstruktion

Bei der Planung waren folgende Punkte besonders wichtig:

• Schutz vor direkter und seitlicher Sonneneinstrahlung
• ausreichender Abstand zwischen Sensor und Hauswand
• gute Luftzirkulation zwischen den einzelnen Lamellen
• Schutz vor Regen und anderen Witterungseinflüssen
• möglichst geringe Wärmeübertragung über die Wandhalterung
• einfache Montage und Demontage des Sensors
• witterungs- und UV-beständige Ausführung
• druckbare Einzelteile ohne unnötig komplizierte Stützstrukturen

Als Vorbild dienten klassische Strahlungsschutzgehäuse aus der Wettermesstechnik. Diese bestehen aus mehreren übereinander angeordneten Lamellen, welche die Sonnenstrahlung abschirmen und gleichzeitig seitlich ausreichend Luft an den Sensor lassen.

Aufbau des geplanten Gehäuses

Der Radiation Shield wurde aus mehreren übereinanderliegenden Schalen aufgebaut. Zwischen den einzelnen Ebenen befinden sich ausreichend große Luftspalte, durch die die Umgebungsluft von allen Seiten einströmen kann.

Eine geschlossene Abdeckung auf der Oberseite schützt den Sensor vor direkter Sonneneinstrahlung und Niederschlag. Nach unten bleibt das Gehäuse weitgehend geöffnet, damit sich erwärmte Luft nicht im Inneren stauen kann.

Zusätzlich wurde eine Wandhalterung eingeplant, welche den Sensor deutlich weiter von der Hauswand entfernt. Dadurch soll verhindert werden, dass die gespeicherte Wärme des Mauerwerks die Messung erneut beeinflusst.

Materialauswahl

Da der Radiation Shield dauerhaft im Außenbereich eingesetzt wird, fiel die Wahl auf ASA. Das Material ist gegenüber PLA deutlich temperaturbeständiger und eignet sich aufgrund seiner guten UV- und Witterungsbeständigkeit besser für Bauteile, die über längere Zeit Sonne, Regen und Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Damit waren die grundlegenden Anforderungen festgelegt und die eigentliche Konstruktion des 3D-Modells konnte beginnen.

Umsetzung

Nach Abschluss der Planung wurde der Radiation Shield zunächst als 3D-Modell konstruiert. Dabei entstand die Konstruktion nicht als einzelnes geschlossenes Bauteil, sondern aus mehreren separaten Komponenten. Dadurch ließ sich das Modell leichter drucken, montieren und bei Bedarf später anpassen.

Konstruktion des 3D-Modells

Der Grundaufbau besteht aus mehreren übereinander angeordneten Schutzlamellen. Diese schirmen den Temperatursensor gegen direkte Sonneneinstrahlung ab, während die seitlichen Öffnungen weiterhin eine gute Luftzirkulation ermöglichen.

Bei der Konstruktion wurde besonders auf folgende Punkte geachtet:

• gleichmäßige Abstände zwischen den Lamellen
• ausreichend großer Innenraum für den Temperatursensor
• weitgehend offene Unterseite zur Vermeidung von Wärmestau
• geschlossene obere Abdeckung als Schutz vor Sonne und Regen
• stabile Verbindung der einzelnen Bauteile
• einfache Demontage für Wartung oder Austausch des Sensors

Die Wandhalterung wurde ebenfalls als eigenes Bauteil ausgeführt. Sie sorgt dafür, dass sich der Sensor deutlich weiter von der Hauswand entfernt befindet. Dadurch wird der Einfluss der aufgeheizten Fassade auf die Temperaturmessung reduziert.

Prototyp und Anpassungen

Wie bei vielen selbst konstruierten Bauteilen war auch hier nicht direkt die erste Version perfekt. Nach dem ersten Probedruck wurden die Passungen, die Abstände zwischen den Lamellen und die Befestigung des Sensors überprüft.

Anschließend konnten kleinere Anpassungen direkt im 3D-Modell vorgenommen werden. Besonders wichtig war, dass der Sensor sicher im Inneren sitzt, gleichzeitig aber möglichst frei von der Umgebungsluft umströmt werden kann.

3D-Druck aus ASA

Die fertigen Bauteile wurden aus weißem ASA gedruckt. Die helle Oberfläche reflektiert einen großen Teil der auftreffenden Sonnenstrahlung und erwärmt sich dadurch weniger stark als ein dunkles Material.

ASA eignet sich für diesen Einsatz besonders gut, da es:

• UV-beständig ist
• Regen und Feuchtigkeit standhält
• gegenüber höheren Temperaturen unempfindlicher ist
• dauerhaft im Außenbereich eingesetzt werden kann

Nach dem Druck wurden die einzelnen Bauteile kontrolliert und anschließend zum vollständigen Radiation Shield zusammengesetzt. Hierbei wurden 2 x M8 Gewindestangen, Unterlegscheiben und Muttern benutzt.

Einbau des Temperatursensors

Der Panasonic-Außentemperaturfühler wurde im Inneren des Radiation Shields befestigt. Dabei durfte der eigentliche Messfühler keinen direkten Kontakt zu den äußeren Lamellen oder zur Wandhalterung haben, da hierdurch erneut Wärme auf den Sensor übertragen werden könnte.

Die Kabelzuführung erfolgt von unten hier wurde eine Kabeldurchführung angebracht. Dadurch bleibt die obere Abdeckung geschlossen und Niederschlag kann nicht direkt in das Gehäuse eindringen.

Nach der abschließenden Montage war der Radiation Shield bereit für die Befestigung an der Außenwand und den anschließenden Vergleich der Messwerte.

Ergebnis

Nach der Montage des Radiation Shields wurden die Messwerte des Panasonic-Außentemperaturfühlers über mehrere Tage beobachtet und mit einer unabhängigen Temperaturmessung verglichen.

Dabei zeigte sich, dass die zuvor auftretenden Temperaturspitzen durch direkte Sonneneinstrahlung deutlich reduziert wurden. Auch die von der Hauswand abgegebene Wärme beeinflusste den Sensor wesentlich weniger, da sich der Messfühler nun mit größerem Abstand zur Fassade befindet.

Während der originale Sensor zuvor zeitweise bis zu 8 °C zu hohe Werte anzeigte, lag die Abweichung mit dem Radiation Shield nur noch bei ungefähr 1-2 °C.

Besonders in den Abendstunden war der Unterschied deutlich erkennbar. Die gemessene Außentemperatur stieg nicht mehr unnatürlich stark an, sondern folgte wesentlich gleichmäßiger dem tatsächlichen Temperaturverlauf.

Fazit

Der selbst konstruierte Radiation Shield erfüllt damit seinen Zweck:

• deutlich geringerer Einfluss direkter Sonneneinstrahlung
• weniger Wärmeeinfluss durch die Hauswand
• gleichmäßigere Temperaturkurve
• realistischere Außentemperaturwerte
• bessere Datengrundlage für die Regelung und Auswertung der Wärmepumpe

Durch die Kombination aus Lamellenaufbau, guter Belüftung, weißem ASA und dem größeren Abstand zur Wand konnte die Messqualität des Panasonic PAW-A2W-TSOD deutlich verbessert werden.

Der Aufwand für Konstruktion, 3D-Druck und Montage hat sich somit gelohnt. Aus einem stark von seiner Umgebung beeinflussten Außentemperaturfühler wurde eine wesentlich zuverlässigere Messstelle.

Verwendete Komponenten

• [Komponente 1]SUNLU ASA White
• [Komponente 2]M8 Edelstahl Gewindestange, M8 Beilagscheiben, M8 Muttern
• [Komponente 3]6er Dübel, Schrauben

Fazit

Der selbst entwickelte Radiation Shield hat die Messung des Panasonic PAW-A2W-TSOD deutlich verbessert. Durch den größeren Abstand zur Hauswand, den Schutz vor direkter Sonneneinstrahlung und die gute Luftzirkulation werden äußere Einflüsse wesentlich besser reduziert.

Die zuvor auffälligen Temperaturspitzen treten nicht mehr in dieser Form auf und der Sensor liefert nun deutlich gleichmäßigere und realistischere Werte. Gerade in den Abendstunden, wenn sich die Fassade stark aufgeheizt hatte, zeigt sich der Unterschied besonders deutlich.

Auch konstruktiv hat sich der Aufbau bewährt. Das Gehäuse ist stabil, witterungsbeständig und kann bei Bedarf problemlos geöffnet oder angepasst werden. Der Druck aus weißem ASA eignet sich für den dauerhaften Einsatz im Außenbereich und unterstützt zusätzlich dabei, eine unnötige Erwärmung durch Sonneneinstrahlung zu vermeiden.

Insgesamt hat sich der Aufwand für Planung, Konstruktion, 3D-Druck und Montage gelohnt. Mit vergleichsweise einfachen Mitteln konnte aus dem ursprünglichen Außentemperaturfühler eine deutlich zuverlässigere Messstelle für die Panasonic-Wärmepumpe geschaffen werden.