Stacja pogody w inteligentnym domu

Niewątpliwie pogoda wpływa na nasze codzienne życie. Wprawdzie nie mamy wpływu ani możliwości aby ją zmienić, ale możemy się do niej przystosowywać. A dzięki prognozie pogody nawet przygotować, w razie radykalniejszych zjawisk pogodowych. Dzisiaj przyjrzymy się możliwościom pomiarowym stacji pogodowych i jak wpływają na nas oraz nasz inteligentny dom.

Cechą charakterystyczną Internetu rzeczy jest integracja wszystkich instalacji oraz usług, co umożliwia przepływ informacji między nimi. W tym również stacji pogody, dzięki niej możemy wyposażyć nasz dom w dodatkowe zmysły. Dużą zaletą prywatnej stacji jest pomiar warunków pogodowych w naszym miejscu zamieszkania. W porównaniu do niedawno dodanych warunków pogody, gdzie stany parametrów stacji meteorologicznych IMGW są oddalone o wiele kilometrów od naszego domu. Konieczność posiadania stacji pojawia się dopiero wtedy, kiedy jej wskazania powodują konkretne działania w inteligentnym domu. Dzięki czemu możemy zautomatyzować pracę urządzeń zależnie od warunków wewnętrznych i zewnętrznych. Stacja meteorologiczna jest więc kluczowym elementem takiego systemu. Tutaj musimy sobie zadać pytanie, które parametry pogodowe są dla niego najważniejsze oraz jak wpływają na nasze samopoczucie.

Stacja meteorologiczna

Stacja pogody, a właściwie meteorologiczna. To miejsce wykonywania pomiarów i obserwacji bieżących warunków meteorologicznych. Meteorologia, jak wskazuje Wikipedia to: nauka zajmująca się badaniem zjawisk fizycznych i procesów zachodzących w atmosferze. Profesjonalna stacja meteorologiczna jest wyposażona w poletko pomiarowe, jest to trawiasty obszar o wymiarach 15 ×15 m, na terenie którego są zainstalowane przyrządy meteorologiczne. Podstawowy zestaw przyrządów to klatka meteorologiczna z kompletem termometrów, wiatromierz, deszczomierz, termometry gruntowe, heliograf, ewentualnie przyrządy do pomiarów promieniowania słonecznego. Na prywatne potrzeby nie jest konieczne posiadanie własnego ogródka meteorologicznego. Dzięki współczesnej miniaturyzacji powstały tzw. multisensory, czujniki dokonujące pomiaru wielu wielkości pogodowych. Wprowadzenie multisensorów przerodziło się w budowę kompaktowych stacji pogodowych. Charakteryzują się one brakiem elementów ruchomych i wszystkie urządzenia pomiarowe są zamknięte w jednej obudowie. Dzięki temu, od wielu lat następuje dynamiczny rozwój tzw. prywatnych stacji pogodowych. Coraz większy wybór na rynku powoduje pozytywną różnorodność, w budowie i liczbie dokonywanych pomiarów, stopniem przetwarzania informacji oraz możliwościami kalibracji. Dzięki temu każdy na prywatnym balkonie, tarasie czy ogrodzie, może sobie pozwolić na posiadanie prywatnej małej stacji pogody.

Co zawiera domowa stacja meteorologiczna?

Jak wspomniałem stacja pogodowa służy do pomiaru bieżących warunków meteorologicznych, dla ułatwienia podzielimy sobie je na dwie kategorie: wewnętrzną/pokojową stacje pogody oraz zewnętrzny moduł.

Pokojowa stacja pogody

Możemy ją postawić w naszym salonie, jej główne zadanie to dbanie o komfort w Twoim domu, pozyskując kluczowe dane za pomocą czujników, a następnie przykładowo: powiadamia o konieczności przewietrzenia, by zmniejszyć ilość zanieczyszczeń. Domowe stację są wyposażane w następujące pomiary:

• Temperatura w pokoju [K, °C, °F] (trend, minimalna w dniu, maksymalna w dniu)
  • Wyrażona najczęściej w stopniach Kelwina, Celsjusza, Fahrenheita. Temperatura w pokoju jest odczuwana bardzo subiektywnie. Według ogólnych zaleceń temperatura w mieszkaniu powinna wynosić między 18 a 22°C. Stacja pogody zapisuje również w pamięci maksymalną i minimalną temperaturę, jaka pojawiła się w danym dniu. Trend obliczany jest na podstawie np. ostatniej godziny. Pamiętajmy również aby postawiona stacja nie była nastawiona na działanie promieniowania słonecznego, gdyż ma wpływ na odczyty temperatury.
• Wilgotność w pokoju [%]
  • Czyli, wilgotność względna wyrażona w procentach, jest to zawartość pary wodnej w powietrzu (w określonej temperaturze) w porównaniu do maksymalnej ilości pary wodnej, jaką może utrzymać na tym określony poziome. Zbyt duża wilgotność w pomieszczeniu może powodować powstanie grzybów i pleśni, te z kolei prowadzą do mniej lub bardziej poważnych chorób. Miejscami najbardziej narażonymi na pojawienie się wilgoci to kuchnia i łazienka. Zaś zbyt mała wilgotność w pomieszczeniu może być przyczyną podrażnienia gardła lub nosa. Komfortowa wilgotność w pokoju waha się miedzy 30% a 70%.
• Miernik poziomu dźwięku [dB] (poziom hałasu)
  • Stacje posiadające czujnik dźwięku, oceniają poziom komfortu akustycznego otoczenia, mierzą średni czas hałasu w ciągu np. 5 minut. Zwykłe ludzkie ucho nie jest w stanie rozróżnić dźwięków poniżej 30 dB. Lecz długotrwałe narażanie się na poziom hałasu powyżej 65dB wyraźnie pozbawia zdolności do koncentracji. Zaś dźwięki powyżej 95 dB mogą być zagrożeniem dla słuchu.
• Ciśnienie atmosferyczne w pokoju [hPa]
  • Podawana wartość jest ciśnieniem nad poziomem morza, przeliczona z wartości podawanych przez sensor z uwzględnieniem wysokości na jakiej został zamontowany. Podawana jest w hektopaskalach. Stacja wie na jakiej znajduje się wysokości, ponieważ wartość ta jest podawana w czasie konfiguracji, albo brana jest z czujnika GPS. Trend ciśnienia określany jest na podstawie ostatnich 12 godzin.
• Stężenie tlenku węgla [ppm] (poziom CO₂)
  • Duże stężenie tlenku węgla w pomieszczeniu, może powodować złe samopoczucie. Stężenie CO₂ mierzone jest w ppm, czyli liczbie cząstek CO₂ na milion cząstek powietrza. Zwykle poziomy tlenku węgla w pomieszczeniach wahają się między 400 a 5000 ppm. W związku ze złym wpływem na samopoczucie domowników określono dopuszczalne stężenie CO₂ w powietrzu w pomieszczeniu na 1000 ppm, aby zapewnić największy komfort. Stężenie CO₂ w wartościach ponad 2000 ppm, może powodować senność i lekkie bóle głowy.
• CAQI (jakość powietrza)
  • W pomieszczeniach zamkniętych spędzamy 80% czasu a mimo to powietrze w domu często jest bardziej zanieczyszczone niż na zewnątrz. Zanieczyszczenie powietrza to obecność szkodliwych substancji w powietrzu, co może mieć negatywny wpływ na zdrowie ludzi i innych organizmów żywych. Wdychanie zanieczyszczonego powietrza może przyczyniać się do powstania alergii i chorób. CAQI to wskaźnik godzinowej jakości powietrza. Jego wartość informuje o tym, jak czyste jest powietrze, a także, jak oddychanie nim wpływa na zdrowie. Skala europejska składa się z wartości od 0 do 100. Im wyższa wartość, tym większe ryzyko zaistnienia negatywnych symptomów zdrowotnych i złego samopoczucia. Bardzo niskie i niskie to przedział 0 – 10. Średnie to 50 – 75, a powyżej 75 określane jest jako wysokie i bardzo wysokie.

Zewnętrzna stacja pogody

Zewnętrzna stacja meteorologiczna może być podzielona na moduły, oddzielnie mogą zostać dokupione i dołączone, takie moduły, jak wiatromierz czy deszczomierz.

• Ikona bieżącej pogody
  • To wizualne odwzorowanie bieżących warunków pogodowych na podstawie aktualnych informacji. Najczęściej składają się na nie 3 elementy słońce, chmura i opad (deszcz bądź śnieg) w różnej konfiguracji.
• Temperatura [K, °C, °F] (trend, odczuwalna, minimalna w dniu, maksymalna w dniu)
  • Wyrażona najczęściej w stopniach Kelwina, Fahrenheita czy Celsjusza. Stacja pogody zapisuje również w pamięci maksymalną i minimalną temperaturę, jaka pojawiła się w konkretnym dniu. Trend obliczany jest na podstawie np. ostatniej godziny. Pamiętajmy również, aby postawiona stacja nie była nastawiona na działanie promieniowania słonecznego, co ma wpływ na odczyty temperatury.
• Temperatura odczuwalna [K, °C, °F]
  • Wyrażona w wyrażona najczęściej w stopniach Fahrenheita, Celsjusza czy Kelwina. Jest to odczucie termiczne, które wystąpi przy danych warunkach pogodowych. Wyliczana jest w zależności od przyjętego modelu na podstawie takich parametrów, jak temperatura powietrza, siła wiatru, wilgotność i opady.
• Punkt rosy [K, °C, °F]
  • Jest to temperatura w której powietrze musi zostać schłodzone, aby osiągnąć nasycenie (przy założeniu ze ciśnienie atmosferyczne i wilgotność są stałe). Po osiągnięciu nasycenia para wodna zaczyna kondensować w ciekłą wodę. Wyższy punkt rosy oznacza więcej wilgoci w powietrzy. Ciekawostka: punkt rosy jest zawsze niższy (lub równy) temperaturze powietrza.
• Wilgotność [%]
  • Czyli, wilgotność względna wyrażona w procentach, jest to zawartość pary wodnej w powietrzu (w określonej temperaturze) w porównaniu do maksymalnej ilości pary wodnej, jaką może utrzymać na tym określony poziome. Zbyt duża wilgotność w pomieszczeniu może powodować powstanie grzybów i pleśni, te z kolei prowadzą do mniej lub bardziej poważnych chorób. Miejscami najbardziej narażonymi na pojawienie się wilgoci to kuchnia i łazienka. Zaś zbyt mała wilgotność w pomieszczeniu może być przyczyną podrażnienia gardła lub nosa. Komfortowa wilgotność w pokoju wacha się miedzy 30% a 70%.
• Ciśnienie atmosferyczne [hPa]
  • Podawana wartość jest ciśnieniem nad poziomem morza, przeliczona z wartości podawanych przez sensor z uwzględnieniem wysokości na jakiej został zamontowany. Podawana jest w hektopaskalach. Stacja wie na jakiej znajduje się wysokości, gdyż ta wartość jest podawana w czasie konfiguracji, albo brana jest z czujnika GPS. Trend ciśnienia określany jest na podstawie ostatnich 12 godzin.
• CAQI (jakość powietrza)
  • Zanieczyszczenie powietrza to obecność szkodliwych substancji w powietrzu, co może mieć negatywny wpływ na zdrowie ludzi i innych organizmów żywych. Wdychanie zanieczyszczonego powietrza może przyczyniać się do powstania alergii i chorób. CAQI to wskaźnik godzinowej jakości powietrza. Jego wartość informuje o tym, jak czyste jest powietrze, a także jak oddychanie nim wpływa na zdrowie. Skala europejska składa się z wartości od 0 do 100. Im wyższa wartość, tym większe ryzyko zaistnienia negatywnych symptomów zdrowotnych i złego samopoczucia. Bardzo niskie i niskie to przedział 0 – 10. Średnie to 50 – 75, a powyżej 75 określane jest jako wysokie i bardzo wysokie.
• PM2,5
  • Pył zawieszony jest terminem opisywania mieszaniny cząstek stałych i kropelek cieczy w powietrzy. Niektóre cząstki pojawiają się w sposób naturalny (pożary lasów), ale często jest to efekt emisji ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych, czy pyłu drogowego. Im mniejsze i lżejsze cząstki, tym dłużej pozostają one w powietrzu. PM2,5 to zanieczyszczenia powietrza o średnicy 2,5 mikrometra (jedna tysięczna milimetra) lub mniej. Zdaniem Światowej Organizacji Zdrowia jest najbardziej szkodliwy dla zdrowia człowieka spośród innych zanieczyszczeń atmosferycznych, gdyż tak drobny pył dostaje się bezpośrednio przez płuca do krwi.
• PM10
  • Pył PM10 mają rozmiar 10 mikrometrów średnicy lub mniej. Cząstki tej wielkości mogą penetrować najgłębsze partie płuc, ze względu na ich niewielkie rozmiary.
• Nasłonecznienie
  • A właściwie, insolacja to średnia moc promieniowania słonecznego przypadającą na jednostkę powierzchni poziomej. Jednostką w układzie SI jest W/m². Wartość szczególnie istotna przy panelach fotowoltaicznych.

Dodatkowo pomiar wiatru

Wiatromierz pozwoli nam na otrzymanie ostrzeżenia w czasie rzeczywistym, gdy zaczyna wiać lub gdy wiatr osiągnie określoną prędkość. Przykładowo zdążymy schować meble ogrodowe, gdy wzrasta prędkość wiatru. Jednostki pomiaru to: m/s, km/h, węzły, skala Beauforta(na podstawie prędkości wiatru). Dzięki wiatromierzowi, możemy otrzymać dodatkowe pomiary takie jak:

• Prędkość wiatru w czasie rzeczywistym
• Kierunek wiatru w czasie rzeczywistym
• Ostrzeżenie o silnym wietrze

Dodatkowy czujnik deszczu

Deszczomierz pozwoli nam na otrzymanie ostrzeżenia w czasie rzeczywistym, gdy zaczyna padać. Pozwoli to nam na wystawienie roślin, które wymagają podlania. Przykładowo możemy otrzymać powiadomienie, gdy spadnie określona ilość deszczu. Do automatycznych pomiarów ciągłych służą pluwiografy (działające tylko w dodatniej temperaturze) rejestrujące ilość, czas trwania i natężenie opadu. Jednostka to milimetrów na godzinę [mm/h]. Dzięki deszczomierzowi, możemy otrzymać dodatkowe pomiary takie jak:

• Ilość deszczu w czasie rzeczywistym
• Łączna dzienna ilość opadów
• Ostrzeżenie, gdy zaczyna padać

Automatyzacje w oparciu o pogodę

W oparciu o tak duży zestaw nowych pomiarów nasz inteligent dom może wykonać szereg automatyzacji. Poniżej przytoczę tylko kilka pomysłów:

• Domowe termostaty dzięki informacji o temperaturze wewnątrz mogą utrzymać komfortową temperaturę, jeśli przyjdą duże mrozy mogą zwiększyć zadaną temperaturę nagrzewania domu.
• Przy zbyt wysokich poziomach wilgotności czy stężenia CO₂ możemy otrzymać powiadomienie o przewietrzeniu domu bądź pokoju.
• Przy złej jakości powietrza atmosferycznego i również otwartym oknie, możemy otrzymać powiadomienie o jego zamknięciu.
• Zbyt duży hałas w domu, może sugerować włamanie do pomieszczenia.
• Nasłonecznienie poinformuje nas o efektywności paneli fotowoltaicznych w naszej okolicy. Może też rozsunąć wszystkie rolety i wpuścić drogocenną energię słoneczną do pomieszczeń.
• Duża prędkość wiatru, czy nagły obfity opad mogą zainicjować zasłonięcie zewnętrznych rolet w celu uchronienia dobytku.

Wybór stacji meteorologicznej

Poza możliwościami pomiarowymi przy wyborze stacji pogody należy zwrócić również uwagę na wygląd samej stacji, aby był elegancki i kompaktowy, ponieważ konieczne jest wystawienie jej w otwartej i zazwyczaj eksponowanej przestrzeni salonu. Moduł zewnętrzny za to powinien być wytrzymały, solidny i odporny na działanie warunków atmosferycznych. Wiatromierze czy deszczomierze ze względu na swoją specyfikę muszą również być wykonane z wysokiej jakości materiałów, odpornej na promieniowanie UV oraz grad, śnieg, silny wiatr i opad.