Miért hasznos a meteorológiai állomás?

Az intelligens otthon és az okos épületek megkövetelik a minél magasabb szintű műszaki tartalmat az épületautomatizálás területén is. A növekvő elvárások eredményeként a megszokott mérőeszközöktől elbúcsúzva a fejlettebb, nagytudású meteorológiai állomások felé kell az automatizálásnak is elindulnia…

 

A meteorológia és az időjárás

A cím megválasztása sem volt egyszerű feladat, hiszen el kellett dönteni, hogy időjárási paraméterekről vagy meteorológiai paraméterekről lesz a későbbiekben szó. A két meghatározást hajlamosak vagyunk összemosni, ezért pár szóban megnézzük közelebbről mindkettőt.

Maga a meteorológia „születése”, mint tudomány és mint kifejezés Arisztotelész Meteorologica című művéhez köthető. A Kr.e. IV. században megjelent könyv a légköri tudományok egy általánosabb témafeldolgozása volt, hiszen érintette a geológiai tudományokat is. A mű tartalmáról annyit mindenképpen érdemes tudni, hogy a mindenki számára ismert vízkörforgásnak nevezett folyamat itt került bemutatásra. Sokáig légtüneménytan néven volt ismeretes utalva a tudományág szakterületére. Napjainkban a meteorológia a légköri tudományok egyik alágának elnevezése, amely az időjárási folyamatokkal és azok előrejelzésével foglalkozik.

Időjárásnak nevezzük egy bolygót a világűrtől elválasztó atmoszféra adott pillanatban fennálló fizikai jellemzőit, állapotait, az állapotok kialakulását és átalakulását egymásba. Az időjárás fontos jellemzői: a hőmérséklet, a szélirány és szélsebesség, a légnyomás, valamint a nedvességtartalom, de a legfontosabb jellemzője a változékonyság. A megfigyelhető időjárási események a légkörünkben található változóktól és azon változók egymásra egy adott időn belüli kölcsönhatásaitól függenek. A megfigyelt időjárási eseményeink nagy része a troposzférában játszódik le és ezeknek, mint meteorológiai jelenségeknek a tanulmányozásával, magyarázatával foglalkozik a meteorológia tudománya.

 

Automata állomások

Témánk szempontjából a meteorológiai adat fogalma a fontos, amely definíció szerint valamely meteorológiai paraméter mért, megfigyelt vagy ezek eredményéből származtatott számszerű értéke. Tágabb értelmezésben meteorológiai adatnak tekinthető bármilyen távérzékelő rendszer által szolgáltatott grafikus információ, mint például egy meteorológiai radar képe. Távérzékelő rendszer lévén elengedhetetlen a pontosság és a megbízhatóság, hiszen a kapott adatok csak akkor használhatók fel hatékonyan. A folyamatos technológiai fejlődés eredményei a minőségi, hosszú távon megbízható műszerek, amelyek egyre kisebb hibaszázalékkal, egyre sűrűsödő mérési ciklusidővel működnek. A fejlesztések során fontos szempont a gazdaságosság és a folyamatos rendelkezésre állás teljesítése. Ha az előbbi két tényezőt nem párhuzamosan vizsgáljuk, akkor könnyen eshetünk abba a hibába, hogy nagyon olcsó mérőműszerünk lesz időben elcsúszott (késő) mérési adatokkal.  

A minél hatékonyabb adatgyűjtés jegyében születtek meg az automata állomások, amelyek emberi felügyeleti nélkül folyamatosan gyűjtik a fontosabb időjárási paramétereket. Típusától függően ez lehet egy-két paraméter (hőmérséklet, szélsebesség…) figyelésére alkalmas műszer vagy összetett, kompakt állomás is.

Néhány szót illik az automata meteorológiai állomások elvi felépítéséről és működéséről is ejteni. Általában három nagy egységből állnak: a szenzorok (pl.: nyomásmérő), a központi adatfeldolgozó egység és a perifériák (pl.: tápegység). Az adatfeldolgozó gyűjti, tárolja és publikálja a szenzorok adatait előre meghatározott módon. Az adatok továbbítása többféle módon (vezetékes vagy éppen rádióhullámos kommunikációs csatornákon) történhet. Helyi alkalmazás esetén közvetlen kábelezéssel vagy infra jelekkel történik a telepített számítógép vagy PLC számára az adattovábbítás.

 

Meteorológiai paraméterek szerepe az épületautomatikában

A tapasztalatok azt mutatják, hogy az épületek üzemeltetéséhez szinte alig kérnek információt az időjárásról, holott jelentős szerephez kellene jutni a méréseknek és főleg a mért adatokra adott reakcióknak. A leggyakrabban a külső hőmérséklet figyelése az elvárás, ritkábban a megvilágítás, a szél sebessége vagy iránya a figyelendő paraméter. Speciális esetekben a páratartalom vagy az esőérzékelés kap szerepet, és elvétve a naphoz köthető adatok (globális besugárzás, napszög…). Holott az épületautomatizálásnak az lenne a lényege, hogy ismeri a felhasználó igényeit, előre tudja és megtanulja szokásait, reagál az időjárás változásra annak érdekében, hogy még kényelmesebbé és energiatakarékosabbá tegye épületeink használatát. Az intelligens házak „okossága” abban rejlik, hogy ismerik a felhasználó szokásait és elvárásait, ezáltal a környezeti paraméterek ismeretében a legjobb körülményeket – a legnagyobb komfortot - igyekszik elérni.

Napjainkban – szerencsére - már elképzelhetetlen fűtési-hűtési rendszert telepíteni és üzemeltetni külső hőmérséklet mérése nélkül. Attól függően azonban, hogy hová telepítjük a mérőt jelentősen befolyásolni tudjuk a rendszerünk hatékonyságát és gazdaságosságát is. Jól mutatja a jószándék és a pokol „viszonyát” az ábra, ahol a klíma kültéri egysége felett volt a külső hőmérsékletmérő. Az áthelyezésével érezhetően nőtt az ott dolgozók komfortérzete és csökkent az épület üzemeltetési költsége…

A motoros redőnyök és zsaluziák elterjedése feladatként jelent meg az épületautomatikában, ugyanakkor újabb távlatokat is nyitottak az intelligens ház világában. Ha az épület legalább szélmérővel rendelkezik, akkor egyrészt védheti az árnyékolókat a viharok idején.  Az persze jó kérdés, hogy vihar esetén egy külső zsaluzia felhúzása vagy teljes leengedése a jobb döntés… A fűtési rendszerrel „kommunikáló” időjárás állomás nagy előnye, hogy ha fűtési rendszer úgy érzékeli, hogy a külső hőmérséklet emelkedik, automatikusan felhúzhatja a redőnyöket, így a napfény segítségével felmelegítheti a helyiségeket ezáltal csökkentve a fűtésigényt. Az árnyékolómozgatás nem elhanyagolható hatása a beáramló fény mennyiségének szabályozása. A fényérzékelő aktorok is hasznosak lehetnek az árnyékolástechnika szempontjából, hiszen a rendszer érzékeli a beáramló fény mennyiségét és ahhoz szabályozza a redőnyök állapotát.  Ha az árnyékolómozgatást összekapcsoljuk a világítási körökkel, akkor a kívánt belső megvilágítást az árnyékolók és a világítótestek összehangolt szabályozásával érhetjük el, ami jelentős energiamegtakarítást és ezáltal költségcsökkentést eredményezhet. Ideális esetben külső megvilágításérzékelővel is rendelkezünk, amely égtájanként méri a megvilágítást, ezáltal az árnyékolók mozgatása égtáj szerint történik.  

 

A kompakt állomások előnye

A fenti leírás során „telepítettünk” az épületünkre külső hőmérőt, szélirány és szélsebesség mérőt, majd végül fényérzékelőt is. Az egyedi állomások telepítési nehézségei mellett nem elhanyagolható a tény, hogy a külön-külön megvásárolt mérők ára már összemérhető egy kisméretű, de kompakt állomás árával. Ha szeretnénk továbblépni a meteorológiai paraméterek világában és még okosabb épületet szeretnénk, felmerülhet az esőérzékelés vagy a páratartalom mérés igénye. A locsolórendszerek jellemzően saját automatikával érkeznek, de egy meglévő épületautomatikai rendszerbe gond nélkül integrálhatók, ezáltal megtakarítva a külön vezérlés díját és egy megfelelően megírt programnak köszönhetően a talajnedvességmérő bekerülési költségét.

Napkollektoros vagy napelemes rendszer esetében a hatásfok – és ezáltal a hibaelhárítás vagy a karbantartás hatékonyságának – javítása érdekében a globális besugárzást, a napmagasságot vagy épp a beesési szöget is érdemes figyelemmel kísérni. A rendelkezésre álló regisztrátumok alapján gyorsan kiszűrhető a hatásfokromlás, ezáltal elkerülhető a nagyobb meghibásodás, esetlegesen a termeléskiesés.

Az éjszakai megvilágítás mérése segítséget nyújthat a díszvilágítás vagy az éjszakai reklámvilágítás vezérlésében. Az alkonykapcsolókkal ellentétben a sötétebb, borúsabb napokon csak akkor lép működésbe ez a típusú világítás, ha azt az automatika az időprogramjának köszönhetően engedélyezi.

A képen látható meteorológiai állomás elfér egy felnőtt tenyerében, mégis több mint 11 meteorológiai paraméter mérésére alkalmas. Kialakításának köszönhetően minden mérése elektronikus elven történik, vagyis nincsenek benne mozgó alkatrészek, ezáltal a meghibásodás esélye is jelentősen csökken. Az általános paraméterek mellett a dátum, a pontos idő, valamint a GPS koordináták publikálására is képes soros vonalon.