Google+

Pierwsze stacje pogodowe KNX służyły głównie do dwóch celów: ochrony żaluzji i markiz przed uszkodzeniem na skutek silnego wiatru oraz do celów informacyjnych. Kolejnym sposobem wykorzystania informacji pogodowych było ograniczanie zużycia energii przez zapewnienie optymalnego dostarczania energii cieplnej promieniowania słonecznego do wnętrz domów.

Fot. 1. Stacja pogodowa Plus G207400 wraz ze wspornikiem do mocowania na ścianie lub maszcie Fot. 1. Stacja pogodowa Plus G207400 wraz ze wspornikiem do mocowania na ścianie lub maszcie. Fot.: GIRA

Wykorzystywane w ten sposób stacje pogodowe KNX sterowały żaluzjami. W lecie – ograniczając przegrzewanie się pomieszczeń, dzięki czemu spadały koszty pracy urządzeń klimatyzacyjnych. A w zimie – zwiększając absorpcję słonecznego ciepła przez oszklone elementy budowli. Natomiast wtedy, gdy operacja słoneczna była słaba, a na zewnątrz mróz, dzięki zamykaniu żaluzji, wnętrza chronione były przed nadmierną utratą ciepła.

Przewagi nowego pokolenia

Nowa generacja stacji pogodowych KNX umożliwia znaczne szersze ich wykorzystanie. Możliwe jest to dzięki zwiększeniu zakresu pomiarowego stacji. Starsze stacje służyły do kontrolowania natężenia promieniowania słonecznego (z czterech stron świata), siły wiatru i rozpoznawania opadów. Niektóre dodatkowo odczytywały datę i godzinę za pomocą DCF77. Zakres działania najnowszych stacji pogodowych jest znacznie szerszy. Oferowana przez Gira stacja pogodowa wysyła do magistrali KNX następujące informacje:

  • prędkość wiatru,
  • kierunek wiatru,
  • temperaturę otoczenia,
  • temperaturę odczuwalną,
  • natężenie oświetlenia z czterech stron świata,
  • informacje o zmierzchu (z północy),
  • informacje o rozpoznaniu opadów atmosferycznych,
  • wielkość promieniowania globalnego,
  • ciśnienie atmosferyczne,
  • wilgotność względną powietrza,
  • wilgotność bezwzględną powietrza,
  • pozycję geograficzną,
  • wysokość nad poziom morza,
  • położenie słońca,
  • ogólną ocenę sytuacji pogodowej.

Część z tych parametrów jest bezpośrednio rejestrowana przez stację pogodową Gira, inne są obliczane na podstawie pomierzonych wartości. Wszystkie te dane są wysyłane do systemu KNX za pośrednictwem magistrali KNX. Dzięki tak bogatemu zestawowi informacji można je wykorzystywać nie tylko do sterowania żaluzjami, ograniczania zużycia energii, ale też do sterowania siłownikami paneli fotowoltaicznych i do całkowicie subiektywnej oceny warunków panujących na zewnątrz domów.

Fot. 2. Budowa stacji pogodowej Gira. Fot.: GIRA Fot. 2. Budowa stacji pogodowej Gira. Fot.: GIRA

Miejsce montażu

Fot. 3. Miniaturowy serwer Gira X1-G209600 umożliwia przetwarzanie
danych i dostęp za pośrednictwem urządzeń mobilnych. Fot.: GIRA Fot. 3. Miniaturowy serwer Gira X1-G209600 umożliwia przetwarzanie danych i dostęp za pośrednictwem urządzeń mobilnych. Fot.: GIRA Fot. 4. Panel sterujący Gira G1 służy m.in. do komunikowania
się ze stacją pogodową. Fot.: GIRA Fot. 4. Panel sterujący Gira G1 służy m.in. do komunikowania się ze stacją pogodową. Fot.: GIRA Fot. 6. Panel Gira G1 służy do podawania warunków pogodowych
rozpoznanych przez stację oraz do wyświetlania informacji
i prognoz on line. Fot.: GIRA Fot. 6. Panel Gira G1 służy do podawania warunków pogodowych rozpoznanych przez stację oraz do wyświetlania informacji i prognoz on line. Fot.: GIRA

Nowa stacja pogodowa jest jednym urządzeniem zawierającym w obudowie różne czujniki oraz elektronikę przetwarzającą pomierzone wartości i wysyłającą je do magistrali. Nie ma w niej żadnych elementów ruchomych, które mogłyby ulec uszkodzeniu na skutek niesprzyjających warunków atmosferycznych. Warunkiem niezakłóconego działania urządzenia jest właściwe przyłączenie magistrali KNX oraz zasilania. Dla uniknięcia błędnych pomiarów konieczne jest dobre usytuowanie stacji i montaż na trwałym i stabilnym podłożu. Najlepszym sposobem jest montaż stacji pogodowej na słupie zakończonym rurą o średnicy zewnętrznej maks. 25 i wewnętrznej nie mniejszej niż 19 mm. Wtedy tuleja (8) wraz z przewodem wpuszczona jest w tę końcówkę. Alternatywnie do montażu stacji można wykorzystać załączone ramię (9) przymocowane do słupa lub do elewacji. Montaż na ścianie zawsze zakłóca działanie jakichś czujników. Gdy nie ma innej możliwości montażu, wskazane jest zainstalowanie kilku (maksymalnie 3) stacji połączonych kaskadowo. Tak, aby ich odczyty uzupełniały się i mogły być przeliczane za pomocą układów logicznych, w które jest wyposażone urządzenie główne, homeserwer względnie serwer Gira X1 lub bramka logiczna Gira L1.
Aby czujniki wbudowane w stację prawidłowo odczytywały stany czynników atmosferycznych, nie mogą być osłonięte ani narażone na zakłócenia. Typowym błędem jest montaż w miejscu okresowo zasłaniającym promieniowanie słoneczne, np. w cieniu drzewa, komina lub pod markizą względnie daszkiem czy okapem. Ale na pracę urządzenia wpływa także wiele innych czynników. Na przykład urządzenia wytwarzające pole elektromagnetyczne, w szczególności anteny nadajników. Także montaż w pobliżu kominów, otworów wentylacyjnych powoduje podawanie nieprawdziwych danych spowodowanych wpływem temperatury spalin i wywiewanego powietrza na otoczenie stacji. Wilgoć zawarta w wydmuchiwanym powietrzu zakłóca pracę czujników wilgotności, a dodatkowo może spowodować oblodzenie obudowy urządzenia. Podobnie jak woda kapiąca na nie. Z podobnych powodów stacja nie może być zainstalowana zbyt nisko nad płaską powierzchnią, gdyż rozpryski skapującej wody mogą doprowadzić do zawilgocenia lub oblodzenia podstawy stacji. Duży wpływ na pracę termicznych czujników wiatru ma ukształtowanie najbliższego toczenia. W przypadku płaskiego dachu należy urządzenie montować możliwie najbliżej środka. A gdy dach ma bardziej skomplikowany kształt, stacja nie powinna się znajdować w tzw. bąblu, w którym przepływ wiatru jest zupełnie inny niż w otoczeniu. Natomiast ze względów praktycznych urządzenia należy montować w miejscu dostępnym do ewentualnych działań konserwacyjnych, np. czyszczenie z kurzu.
Po wybraniu najlepszego miejsca, dla zapewnienia sensownej interpretacji odczytów kierunku wiatru i jasności konieczne jest ustawienie specjalnej śruby ampulowej (4) dokładnie na północ. I trwałą jej stabilizację w tym położeniu przez solidne jej dokręcenie.
Kolejnym etapem jest połączenie przewodu wyprowadzonego ze stacji do magistrali KNX oraz zasilania 24 V AC/DC. W niezaprogramowanym urządzeniu powoli miga LED programowania umieszczona pod osłoną obudowy z prawej strony północnego czujnika natężenia oświetlenia. (W trybie programowania LED świeci w sposób ciągły, a przy zmianie oprogramowania szybko miga. W zaprogramowanej i działającej stacji LED jest zgaszona.)

Parametry stacji pogodowej Gira – wartości wielkości bezpośrednio mierzonych
Czujnik fizycznyZakres pomiarowyRozdzielczość pomiarowaDokładność pomiaru
Natężenie oświetlenia(1-4) 0...150 klx0,1 klx+/- 4,5 klx
Zmierzch0...900 lx1 lx +/-10 lx
Prędkość wiatru0...40 m/s0,1 m/s+/- 1,5 m/s
Kierunek wiatru1...360°+/- 10°
Promieniowanie globalne0...1300 W/m²1 W/m²+/- 130 W/m²
Opady0/1 (NIE/TAK)
Temperatura-30...+60 °C0,1 °C+/- 1 °C
Wilgotność względna0...100%0,1%+/- 10%
Ciśnienie atmosferyczne300...1100 hPa0,1 hPa+/- 0,5 hPa
GPS/GLONASSData
Godzina
Wysokość położenia
Szerokość geograficzna
Długość geograficzna

Zastosowanie stacji pogodowej

Komunikaty wysyłane ze stacji pogodowej KNX można wykorzystywać na wiele sposobów. Wszystkie zastosowania są ze sobą połączone, ale można je podzielić na kilka grup:

  • ochrona techniczna budynku,
  • minimalizowanie strat energetycznych,
  • informowanie o stanie pogody i subiektywnym jej odbiorze,
  • symulacja obecności,
  • sterowanie panelami fotowoltaicznymi.

System magistralny KNX pozwala na zintegrowane sterowanie całym technicznym wyposażeniem budynku. Każda informacja wychodząca ze stacji pogodowej może być wykorzystywana do wielu celów, w różnych instalacjach.

Fot. 5. Korpus stacji pogodowej z widoczną
śrubą do wyznaczania orientacji na
północ i króćcem do wyprowadzenia
przewodów Fot. 5. Korpus stacji pogodowej z widoczną śrubą do wyznaczania orientacji na północ i króćcem do wyprowadzenia przewodów

Wybrane zastosowania

Ochrona techniczna budynku polega na zapobieganiu powstawaniu strat na skutek niesprzyjających warunków atmosferycznych. Najczęściej wspomina się o ochronie markiz i zewnętrznych rolet, które zwijają się, gdy rozpoznany zostanie silny wiatr. Sygnał do ich zwinięcia przychodzi, gdy siła wiatru zaczyna wzrastać ponad zadana wartość graniczną. Jednak przy porywistym silnym wietrze warto zastanowić się, czy zwijanie pofałdowanej markizy przyniesie większy pożytek, czy stratę. Dzięki odpowiedniemu ustawieniu wartości granicznych oraz inercji można zapobiec większości niekorzystnych zdarzeń. Ale silny wiatr, to też zagrożenie dla okien, które mogą zostać rozbite niesionymi przez wiatr przedmiotami. Opuszczenie zewnętrznych żaluzji względnie zamknięcie okiennic zabezpieczy je przed uszkodzeniami. Sygnałem do natychmiastowego zwinięcia markiz, opuszczenia lub podniesienia (w zależności od rodzaju) żaluzji, zamknięcia okien może być rozpoznanie przez stację nagłych zmian ciśnienia sygnalizujących prawdopodobieństwo coraz częściej spotykanych w naszej strefie klimatycznej huraganowych wiatrów czy trąb powietrza. Śledzenie przez stację pogodową KNX zmian temperatury pozwala uchronić zewnętrzną instalację wodną przed stratami spowodowanymi zamarznięciem. Zwłaszcza gdy znajdują się w niej elementy wykonane z metalowych odlewów i materiałów wrażliwych na uszkodzenia mechaniczne. Gdy temperatura niebezpiecznie zbliża się do zera, zawory zasilające mogą zostać zamknięte, a zewnętrzna instalacja przedmuchania sprężonym powietrzem. Bardzo wrażliwą na temperaturę jest instalacja z kolektorami słonecznymi służąca do pozyskiwania ciepłej wody. Aby nie doszło do ich uszkodzenia, musi być zapewniony stały odbiór energii. Czujnik promieniowania globalnego wraz z czujnikiem temperatury zadbają o ochronę w postaci całkowitego lub częściowego zasłonięcia kolektorów specjalnymi żaluzjami lub zwiększenia odbioru ciepła.

Fot. 7. Wykres parametrów pogodowych odbieranych przez ludzi jako komfortowe/przyjemne Fot. 7. Wykres parametrów pogodowych odbieranych przez ludzi jako komfortowe/przyjemne. Fot.: GIRA

Niektóre z powyżej opisanych reakcji systemu KNX na dane pogodowe służą także do redukcji strat energetycznych. W zależności od wielkości promieniowania słonecznego i temperatury stacja pogodowa wpływa na pracę żaluzji, rolet i okien. W okresach, gdy wnętrze musi być ogrzewane, system KNX, na podstawie danych pogodowych zapewnia maksymalizację ilości energii cieplnej docierającej do budynku. Wszystkie oszklone powierzchnie zostają odsłonięte. Ale nie zawsze, gdyż wprowadzając algorytm strat ciepła wynikających z różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej, czasem lepiej jest zamknąć żaluzje. Konieczne jest to wtedy, gdy wielkość strat ciepła przewyższa ilość energii dostarczanej przez słońce. Dzieje się tak przy silnym mrozie, wietrze i dużym zachmurzeniu. Natomiast w okresach letnich stacja pogodowa zapobiega przegrzewaniu, powodując osłanianie okien od stron wystawionych na silną ekspozycję słoneczną. Także w okresach dużych dobowych zmian temperatury instalacja KNX porównuje temperaturę zewnętrzną z wewnętrzną. Gdy w domu zbyt ciepło, uchyla okna lub otwiera lufciki zapewniając naturalne, grawitacyjne przewietrzanie domu. W zależności od potrzeb podnosząc lub opuszczając temperaturę we wnętrzach. Sterowanie oknami jest szczególnie ważne w przypadku okien połaciowych, które muszą być natychmiast zamykane przy załamaniach pogody. Nie tylko, aby nie wychładzać, ale też wiatr deszcz nie zalewał pomieszczeń, a wiatr nie nanosił jesiennych liści i pyłu. Dla poczucia komfortu istotne jest posiadanie dobrych informacji o warunkach pogodowych. Do podstawowych należy informacja o temperaturze, ciśnieniu i wilgotności. Istotna jest też wiedza na temat zachodzących zmian. W systemie KNX można obserwować zmiany temperatury, ciśnienia atmosferycznego czy wilgotności względnej na wykresach wyświetlanych na panelach dotykowych, urządzeniach mobilnych czy uniwersalnych urządzeniach obsługowych, jakimi są Gira G1. Oprócz tych konkretnych informacji do dyspozycji są także wartości subiektywne obliczone przez stację pogodową na podstawie odczytanych parametrów oraz indywidualnych upodobań użytkownika. Do tej dziedziny należy informacja o temperaturze odczuwalnej oraz o poczuciu komfortu. O ile w prognozach internetowych można odczytać ogólną wartośc temperatury odczuwalnej, o tyle za pośrednictwem stacji pogodowej można ten parametr dostosować do własnych preferencji. Na subiektywne odczucie temperatury wpływ ma kilka czynników: prędkość wiatru, temperatura powietrza, aktywność, promieniowanie słoneczne oraz wzrost i waga. Także obszar poczucia komfortu może być indywidualnie dostosowywany do konkretnych osób. Stacja pogodowa przydaje się także do symulacji obecności. Proces ten zwykle polega na odtwarzaniu wcześniej zaprogramowanych lub zapamiętanych działań. Czasem w wprowadzaniem błędów losowych. Obserwator szybka zorientuje się, jeśli w domu będzie się świecić światło w dzień lub w sypialni mimo niezasłoniętych rolet czy zasłon. Stacja pogodowa zablokuje działania, które stanowią dysonans. Zapisane wcześniej funkcje realizowane będą tylko wtedy, gdy zewnętrzne warunki pogodowe uzasadniają takie działanie.

Tabela wartości obliczanych
Wielkość obliczonaZakres pomiaruRozdzielczość pomiaruDokładność pomiaru
Maks. jasność czujników 1-40...150 klx0,1 klx0,1°C
Wilgotność absolutna0...100 g/m³0,01 g/m³-
Temperatura odczuwalna-30...+60 °C0,1 °C+/- 1°C
Komfort---

Sprzyjający klimat dla automatycznych pogodynek

Powyżej opisane funkcje nie obejmują wszystkich zastosowań nowych stacji pogodowej Gira. Na przykład jednym z najnowszych jest jej wykorzystanie do sterowania panelami fotowoltaicznymi, ale to „inna bajka”.
Na możliwość zastosowania automatycznej pogodynki zasadniczo wpływa wyposażenie techniczne budynku. Ale nie mniej ważna jest inwencja projektanta. Mając do dyspozycji wiele danych pomiarowych można znajdować kolejne sposoby ich wykorzystania. Nie tylko w domach mieszkalnych, ale także w obiektach przemysłowych. Także do celów technologicznych.
Warto podkreślić, że sama stacja jest niewielka i wszystkie czujniki znajdują się w jednej półprzezroczystej obudowie. Łatwy montaż oraz odporność na czynniki zewnętrzne stanowią jej ważne zalety. Aby móc teraz i w przyszłości skorzystać z jej możliwości, należy we wszystkich planowanych instalacjach przewidzieć miejsca do jej montażu oraz instalację pozwalającą na jej przyłączenie do najlepiej dopracowanego systemu automatyki budynkowej, jakim jest system KNX.

Andrzej Dubrawski