Under Fredens Ark, den største bygning på Christiania, står en vandtank, og på den sidder der en Kamstrup Multical-varmemåler, ligesom det er tilfældet mange andre steder i verden.

Kender man Kamstrups målere, vil man dog hurtigt se, at denne ikke er som de andre: I bunden sidder en antenne, og da Kristoffer Ek – selvlært ingeniør, programmør og christianit – skruer frontpanelet af med sin Leatherman-lommekniv, viser det sig, at kommunikationsmodulet og strømforsyningen er blevet skiftet ud.

»Vi plomberer dem ikke. Hvis nogen piller ved dem, kan vi jo se, at data er blevet fucked up, og det hele er baseret på tillid,« siger Kristoffer Ek og fortæller så, hvad der gør Christianias nabovarme unik:

Kamstrup-måleren er en del af et 350 noders mesh-lignende NAT-netværk, som er udviklet af Kristoffer Ek og Johannes Valbjørn, som begge indgår i Christianias nabovarmegruppe.

Varmeforbruget aflæses automatisk en gang i minuttet, og data sendes trådløst til en central server gennem netværket af varmemålere. Netværket kører på en minimal wifi-infrastruktur, da hver varmemåler også fungerer som en router, og det gør det muligt for Christiania at indsamle big data om varme­forsyningen og forbruget i realtid.

Video: Sådan holder Christiania nabovarme styr på forbruget

Ingen penge, ingen varme

Derudover er Kamstrup-målerne i netværket hver især koblet til en ventil. Når der ikke er flere penge på en nabovarme-brugers konto, så lukker måleren automatisk for det varme vand. I stedet for at betale a conto kan christianitterne altså købe varme for en hund, en plov, en tusse, eller hvad deres behov og økonomi måtte være til i øjeblikket.

»Vi troede egentlig, folk ville opfatte prepaid-systemet som formynderisk, men vi tog fejl,« fortæller Alfred Christensen, da vi sidder i Rejsestalden, hvor Christianias selvadministration holder til.

Alfred er en af initiativtagerne til det nabovarmeprojekt, som varmer halvdelen af Christiania op. Han er uddannet vindmøllebygger og var med til at starte Middelgrundens Vindmøllelaug. Han har arbejdet med energi hele sit liv og fortæller, at motivationen for at bringe nabovarme hertil var at komme de osende individuelle bræn­de­ovne til livs og skabe en sundere og mere bæredygtig løsning på Christiania.

Cirka 900 indbyggere bor i Christianias 265 huse. Mange huse har beboerne selv bygget, og indtil for få år siden blev størstedelen af dem varmet op med brændeovne. Illustration: Morten Aagaard Krogh

»Vi var ved at blive slået ihjel af det,« siger han om brændeovnene, som var Christianias primære varme­kilde indtil for få år siden:

»Er det 550 mennesker, der dør af det hvert år? To af dem var på Christiania, det kan jeg godt sige dig.«

Vi plomberer dem ikke. Hvis nogen piller ved dem, kan vi jo se, at data er blevet fucked up, og det hele er baseret på tillid. Kristoffer Ek, selvlært ingeniør, programmør, christianit

Der er nu syv decentrale varmeværker på Christiania, som leverer en samlet effekt på omtrent en megawatt og årligt forbrænder cirka 400 ton træpiller. Med de modificerede Kamstrup-målere er systemet så godt som selvadministrerende.

Lys, lyd og data

Men hvordan gik det til det, at Christiania fik sin egen version af Kamstrups populære måler? Historien starter med en røggastester, nærmere bestemt en Testo 310, som initiativtagerne til nabovarmen bruger til at måle sammensætningen af gasser i skorstenene, så de kan optimere forbrændingen i fyrene.

Testo’en var nyttig, og de brugte den flittigt, men den kunne ikke gemme måledata. Hvis man ønskede at sammenligne data over tid, så skulle man altså notere målingerne med blyant og papir. Det passede ikke hverken Kristoffer eller Johannes, så da de en dag fik nys om, at man kunne udskrive resultaterne ved hjælp af en HP IR-printer, som modtog måledata via en infrarød port i Testo’en, så vakte det deres interesse.

Men i stedet for at købe HP’s printer undersøgte de protokollen, som printeren brugte til at kommunikere med Testo’en. Den var veldokumenteret, viste det sig, og da de hellere ville have data gemt i digitalt format end på papir, besluttede de sig for at designe deres egen løsning.

Christianias nabovarme er bygget op om syv decentrale varme­værker. Kristoffer Ek sidder her i fyrrummet på det største af dem, Mælkebøtten. De tre fyr her er på henholdsvis 300, 200 og 125 kW. Illustration: Morten Aagaard Krogh

Johannes, som på det tidspunkt studerede på DTU, havde tidligere programmeret iPhones, og han vidste, at det både var dyrt og besværligt at designe hardware, som kommunikerer med telefonen gennem Apples kombinerede lader og datastik. Men han vidste også, at det er let at sende lyd ind og ud af telefonen, og at der ikke er restriktioner på telefonens minijackstik.

Kristoffer og Johannes besluttede derfor at lave en PIC-chip (Peripheral Interface Controller), som kunne sende data frem og tilbage til telefonen gennem lyd og samtidig kommunikere med Testo’en gennem den infrarøde port; en slags virtuel printer. Ved hjælp af et open source-bibliotek kaldet SoftModem, et par hjemmeætsede printboards, og en god del debugging – som blandt andet bestod i at studere signalet i lyd-programmet Audacity – lykkedes det dem at bygge et kommunikationsmodul og en app, som kunne aflæse og gemme målingerne fra Testo’en på telefonen.

Hvad kunne det ellers bruges til?

De stod nu med et stykke elektronik, som de havde brugt mange timer på at udvikle og bygge, men hvad kunne det ellers bruges til? Et andet apparat, som de brugte ofte, og som ligesom Testo’en nødigt ville af med måledata, var Kamstrups varmemålere.

»Alfred gik rundt og skrev målinger ned en gang om året,« siger Johannes Valbjørn og fortsætter:

»Hvis vi bare kunne få ham til at erstatte blyanten med en iPhone, så var vi nået i mål med et eller andet.«

De begyndte derfor at studere varme­målerne nærmere.

»Da vi kunne snakke med Testo’en, var det nærliggende, at vi også kunne snakke med Kamstrup-målernes IR-port,« fortæller Johannes Valbjørn.

MeterLogger til iOS. Til venstre ses dioder til kommunikation med Kamstrups IR port, til højre ser minijackstik til kommunikation med iPhone. Illustration: Kristoffer Ek/Christiania nabovarme

Dokumentationen til Kamstrup-målerens kommunikationsprotokol fandt de på internettet – dog ikke i fuldstændig form. Nogle gange virkede det ligefrem, som om måleren talte et andet sprog, så Kristoffer og Johannes brugte en stor del af vinteren 2013/2014 i fyrrummet under spillestedet Loppen. Ofte om aftenen, mens loftet vibrerede i takt med koncerterne ovenpå.

På fyret under Loppen sad der nemlig en Kamstrup-måler, som de havde koblet til Kristoffers computer. Ved hjælp af en logic analyzer og et lille Kamstrup-program, Kamstrup MeterTool, som kunne kommunikere med måleren, gik de i gang med at lave reverse engineering af Kamstrup-måleren.

I den tid læste de også flittigt på Poul-Henning Kamps blog på ing.dk, da han i 2012 også havde eksperimenteret med at hente data fra en Kamstrup-måler til en Arduino. I sommeren 2014 lykkedes det Johannes og Kristoffer at lave et modul til iPhone og Android, som kunne hente data ud af Kamstrups målere gennem den infrarøde port og telefonens lydstik.

Én chip klarer alt arbejdet

Men selv med en iPhone i lommen var det tidskrævende at gå rundt til de mange målere på Christiania, og Johannes og Kristoffer spurgte derfor hinanden, om de ikke kunne få data til at komme til dem i stedet. Først forsøgte de med forskellige trådløse løsninger, heriblandt Kamstrups ZigBee-modul, men løsningerne på markedet var enten dyre, eller også virkede de dårligt.

»Der var to ting i vejen: Det var svært at at finde en co-processor, som kunne tage sig af en eller anden form for netværk, og som var billig, åben og kunne snakke med en computer rimelig nemt. Det var den ene ting. Den anden var, at vi var meget utilfredse med, at vi skulle have en mikrocontroller til at tage sig af hele arbejdet, og en anden chip, som tog sig af at snakke hjem,« forklarer Johannes Valbjørn.

Det var grundlæggende imod Johannes og Kristoffers to vigtigste designprincipper: De ønsker at bygge ting, der er open source, og udnytte ressourcerne effektivt.

»Derfor var det en åbenbaring, da vi opdagede chippen ESP8266, som var over det hele på hackaday.io (et forum for udvikling af hardware, red.),« fortsætter Johannes.

Sådan gjorde de Christiania nabovarme har designet et wifi-kommunikationsmodul til Kamstrups varmemålere, så de kan fjernaflæses i realtid. Projektet er open source, og hver enhed består af: Kamstrup-måleren på bordet i værkstedet. Illustration: Kristoffer Ek/Christiania nabovarme Én Kamstrup Multical Type 66-CDE, 601, 602 eller Multical III-varmemåler købt brugt til 300-1.500 kroner. Én Ai-Thinker ESP8266 ESP-07-chip, som kan købes på f.eks. aliexpress.com til cirka 16 kroner. Chippen kører nabovarmes kode, kommunikerer med Kamstrup-måleren og sender data hjem til serveren. Én specialdesignet printplade, Kamstrup-WiFi+Power, hvorpå ESP8266 chippen monteres sammen med modstande, optocouplere, TRIAC’s og stik til en samlet værdi af cirka 35 kroner. Printpladen bliver produceret i Kina og kan købes til cirka 4 kroner. Én specialdesignet PSU-printplade, (strømforsyning) produceret i Kina. Pris: cirka 6 kroner. På printpladen monteres en til formålet designet strømforsyning, idet Kamstrup’ens egen ikke leverer strøm nok til både Kamstrup-måleren og kommunikationsmodulet. Strømforsyningen, en 230 V AC switch mode 3,6 V- strømforsyning, kan man købe til 41 kroner på aliexpress.com. Yderligere dele for ca. 10 kroner. Wifi-antenne (valgfri), pris: cirka 14 kroner. Termoaktuator (valgfri) kan tilføjes, hvis man ønsker at give Kamstrup-måleren mulighed for at lukke for det varme vand. Den koster omkring 250 kroner. Find software og vejledning på: github.com/nabovarme.

ESP8266 er en billig wifi-mikrochip produceret i Shanghai af Espressif Systems. Den blev oprindeligt lanceret som en seriel port-forlænger i 2014, men den fik hurtigt hacker- og maker-miljøets opmærksomhed.

»Det spændende ved den er, at det er en modem-chip, vi kan køre kode på,« siger Johannes Valbjørn.

ESP8266 bød dog også på den udfordring, at koden kun kan køre, når chippens firmware ikke arbejder – det vil sige i højst 20 millisekunder.

»Det gør, at dit program bliver lidt mærkeligt: I stedet for at lave ét program laver du en masse små programstykker, som bliver kørt, eller envoked, i forskellige situationer,« forklarer Johannes Valbjørn.

Hvis en af disse såkaldte call­back-baserede rutiner kræver ESP8266’erens opmærksomhed i mere end 20 millisekunder, så stopper den, når tiden er løbet ud, hvorefter en scheduler starter opgaven igen på et senere tidspunkt. Dermed kan ESP8266’eren både kommunikere med Kamstrup-måleren, sende data hjem til MQTT-serveren (Message Queuing Telemetry Transport), lukke for det varme vand og videresende data fra målere op til 300 meter væk i line-of-sight.

Varme til genbrugspriser

Trods open source-tilgangen og de hjemmebyggede komponenter er varmemålerne fra Kamstrup udgangspunktet for hele systemet. Men hos målerproducenten kender senior vice president for Technology & Electricity-divisionen Henrik Mørck Mogensen ikke til detaljerne i Christianias løsning og vil derfor ikke kommentere den:

»Men vi ser generelt positivt på innovation, og at andre også udvikler løsninger, der kan reducere energiforbrug og skabe bevidsthed om brugen af vand og energi,« siger han.

Kamstrup-målerne har Christiania købt brugt på Den Blå Avis, og i det hele taget har genbrug spillet en stor rolle i nabovarmeprojektet. Kedlerne, som pillefyrene er bygget op omkring, er ombyggede olie- og gasfyr, især af mærket Viessmann, som christianitterne køber brugt. Og den store andel af genbrug har holdt prisen på projektet nede. Langt nede.

Alle delene til modifikationen af varmemåleren. Til højre strømforsyning, i midten selve kommunikationsmodulet med forbindelse til blå skrueterminaler, hvorfra den eksterne ventil styres. Nederst til venstre ses forbindelsen til en ekstern wifi-antenne. Det lille serielle interface i midten af boardets venstre side forbindes med selve Kamstrup-måleren, der monteres ovenpå. Illustration: Johannes Valbjørn/Christiania nabovarme

»Jeg kan ikke rigtigt sige noget tal, men det har været ekstremt billigt, det har måske kostet en tredje­del eller en fjerdedel af markedsprisen,« fortæller Alfred Christensen – men det betyder nu ikke, at Christiania stadig vil blive varmet op med træpiller om 40 år:

»Det er kun noget, vi gør i en periode. Det er jo en lidt primitiv måde at få varmen på, men den er langt at foretrække i forhold til brændeovnene. Jeg kan godt forestille mig, at vi om 10-20 år er gået over til en avanceret varmepumpeløsning og vindenergi.«

I mellemtiden kan det være, at Christianias elforsyning gennemgår en lignende udvikling – Johannes Valbjørn og Kristoffer Ek er i hvert fald begyndt at udvikle et system til Christianias elmålere inspireret af succesen med varmemålerne.