Anemometer: Sinnvolle Ergänzung für das Smarthome oder Spielerei?

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Wetterstationen sind standartmäßig in jedem Haushalt. Würde die Windmessung mit einem Anemometer in Verbindung mit einem Smarthome für Hobbygärtner eine sinnvolle Anschaffung sein?

Was versteht man unter einem Anemometer eigentlich?

Kurz gesagt, ist ein Anemometer schlicht und einfach ein Windmesser. Das Wort basiert auf dem griechischen Wort Anemon und bedeutet tatsächlich nichts anderes als Wind – und mit einem „-meter“ werden Messwerte erhoben, so wie Thermometer die Wärme und Barometer den Druck anzeigen.

Es gibt unterschiedliche Funktionsweisen, wie solche Windmesser aufgebaut sind. Die gängigste und bekannteste Variante dürfte das Schalenkreuzanemometer sein. Es erinnert von seinem Aufbau her nicht von ungefähr an Schöpflöffel, die seitlich an einer Drehachse befestigt wurden. Das Drehkreuz wird in der Regel aus drei solcher Windschalen gebildet, die in einem 120°-Winkel zueinander montiert sind (ähnlich dem sternförmigen Markensymbol einer bekannten Automobilmarke).

Windbewegungen führen nun unabhängig von der Windrichtung dazu, dass sich das Kreuz zu drehen beginnt. Je stärker der Wind, desto schneller die Drehung. Durch die Drehzahl, die durch das Messgerät registriert wird, lässt sich dann die Windgeschwindigkeit errechnen, welche regulär in Metern pro Sekunde angegeben wird.

Moderne Anemometer zeichnen die Messwerte außerdem elektronisch auf und können diese je nach Funktionalität an das Smartphone schicken oder in eine generelle Smarthome-Systematik einbringen. Viele Schalenkreuze verfügen zudem über eine Windfahne, die zusätzlich die Windrichtung anzeigt. Im Alltag findet man derartige Anemometer beispielsweise auf Gebäuden, auf Wetterstationen des Wetterdienstes und natürlich auch auf Windkraftanlagen.

Besonders für Letztere ist eine präzise Messung wichtig, um die Windräder stets korrekt ausrichten zu können. Da große Windturbinen zu schwer sind, um sich von selbst in die gewünschte Windrichtung zu drehen, muss diese Arbeit von Stellmotoren verrichtet werden, was natürlich Energie kostet. Damit diese Drehungen nicht umsonst ausgeführt werden, setzt man Windmessgeräte ein, um Windgeschwindigkeit und Windrichtung zu messen. Erst bei Überschreiten einer sinnvollen Geschwindigkeit dreht sich die Windkraftanlage in die jeweilige Richtung.

Übrigens dient diese Einrichtung auch zur Abschaltung von Windturbinen bei einem Sturm, denn bei zu hohen Windgeschwindigkeiten muss der Betrieb aus Sicherheitsgründen eingestellt werden. Doch bereits vor Errichtung eines Windparks wird die Eignung des Standorts mit einer Reihe von Messungen langfristig ermittelt – schließlich möchte man ein Windrad nicht am falschen Ort bauen. Schalenanemometer bestechen durch ihren einfachen Aufbau und ihre vergleichsweise hohe Messgenauigkeit.

Video: Anemometer Vergleich Davis – Thies

Welche Bauarten für Anemometer gibt es?

Es gibt neben dem bereits erwähnten Schalenanemometer noch weitere Bauarten, die je nach Anforderungen an Messgenauigkeit und Einsatzbereich verwendet werden.

Die gängigsten möchten wir kurz auflisten:

  • Schalenanemometer
  • Windplatte
  • Flügelrad
  • Ultraschall
  • Hitzedraht

Darüber hinaus gibt es für spezielle Anwendungen weitere Arten von Anemometern https://www.spektrum.de/lexikon/physik/anemometer/517. In der Luftfahrt werden beispielsweise Staurohranemometer eingesetzt, die mittels Druckmessung die Windgeschwindigkeit anzeigen.

Funktionsweisen verschiedener Anemometer

Wie das Schalenradanemometer funktioniert, haben wir bereits erklärt. Daher möchten wir auch kurz die anderen gängigen Messmethoden erläutern. Eine der frühesten verwendeten Bauweisen ist die sogenannte Windplatte, bei der entweder mittels Schwing- oder Deflektionsplatte die Windgeschwindigkeit anhand der Veränderung der Plattenpositionen abgelesen werden kann. Die an einer Skala angezeigten Messwerte sind jedoch im Vergleich zu einem modernen Gerät nicht besonders genau, weswegen diese Bauweise kaum noch zum Einsatz kommt. Anders ist es beim Flügelrad-Anemometer, das sich besonders für mobile Anwendungen mit in der Hand gehaltenen Geräten eignet.

Dabei ist ein kleiner Rotor in dem Gerät verbaut, der sich je nach Windstärke unterschiedlich schnell dreht. Das über den Rotor angetriebene Zählwerk ermöglicht die Ermittlung der Windgeschwindigkeit. Die meisten Hand-Anemometer werden heute mit dieser platzsparenden und praktischen Methode betrieben, obwohl es auch Schalenanemometer für den Handbetrieb gibt.

Geräte mit Flügelrad können auch bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten (z. B. bei Sturmgefahr) verwendet werden und liefern zuverlässige Werte. Geräte mit Ultraschall ermitteln die Schallgeschwindigkeit zwischen mehreren verschiedenen Ultraschallsensoren, die in verschiedene Richtungen zeigen. Über den sogenannten Doppler-Effekt lässt sich sowohl die horizontale als auch die vertikale Windgeschwindigkeit sehr präzise ermitteln, indem Luft- oder Staubteilchen im Luftstrom der Messvorrichtung registriert werden.

Auch die Windrichtung kann man so feststellen. Immer öfter werden diese Ultraschall-Anemometer auch im Privatbereich (z. B. für die Ausstattung von Smarthomes) eingesetzt. Das Hitzedraht Anemometer besteht aus einem extrem dünnen Drahtelement, das elektrisch beheizt wird. Der Durchmesser beträgt oft nur einen Bruchteil eines Millimeters (z. B. 0,004) bei einer Länge von 1 bis 1,5 mm, wobei die Drahtenden auf empfindlichen Nadeln gelagert sind.

Der Hitzedraht muss auf eine Temperatur gebracht werden, die oberhalb der aktuellen Lufttemperatur liegt. Der zu messende Luftstrom kühlt den Draht ab. Aufgrund der Korrelation zwischen Temperatur und elektrischem Widerstand im Ausgangsmaterial kann die Strömungsgeschwindigkeit abgeleitet werden. Derartige Anemometer sind aufgrund des dünnen Drahtelements sehr empfindlich und eignen sich für präzise Messungen von Luftströmungen mit geringen Geschwindigkeiten.

Sie werden unter anderem zur Ermittlung verwirbelter Fluidströme eingesetzt, die spontanen Geschwindigkeitsschwankungen unterliegen. Eine Alltagsanwendung für derartige Anemometer ist der an Kraftfahrzeugen häufig eingesetzte Luftmassenmesser, dessen Werte dem Steuergerät wichtige Informationen über den Luftstrom für die Verbrennung im Motor liefern.

es gibt tatsächlich praktische Anwendungsmöglichkeiten im Privatbereich, wo die Erhebung der Windgeschwindigkeit und Windrichtung Sinn macht.

Es gibt tatsächlich praktische Anwendungsmöglichkeiten im Privatbereich, wo die Erhebung der Windgeschwindigkeit und Windrichtung Sinn macht.(#01)

Wozu braucht man ein Anemometer im Alltag?

Nun werden viele Menschen auf den ersten Blick fragen, wozu sie ein Anemometer für ihre Wohnung benötigen. Doch es gibt tatsächlich praktische Anwendungsmöglichkeiten im Privatbereich, wo die Erhebung der Windgeschwindigkeit und Windrichtung Sinn macht. Gerade für Smarthomes, die über weitere Steuerungsmöglichkeiten verfügen, ist diese zusätzliche Information nützlich. Ein Beispiel wäre die Anwendung auf dem Balkon, wo man vergessen hat, die Markise einzufahren. Droht nun ein Gewitter, könnte das zu größeren Schäden führen, wenn die Markise fortgeweht wird.

Ist ein Anemometer installiert und ins Smarthome eingebunden, können bestimmte Grenzwerte für die Windgeschwindigkeit eingestellt werden. Beim Überschreiten dieser Werte fährt sich die Markise selbsttätig ein, bevor es zu Sturmschäden kommen kann. Alternativ kann man sich natürlich auch die Werte auf dem Smartphone ansehen und gegebenenfalls von jedem Ort aus per Fernsteuerung eingreifen. Günstige Anemometer verfügen natürlich nicht über die Genauigkeit, wie sie für den Wetterdienst oder industrielle Anwendungen benötigt werden, doch durch den technischen Fortschritt sind auch kleinere Anemometer für den Hausgebrauch genau genug.

So können Hobbygärtner ihre Gewächshäuser im eigenen Garten ebenso mit einem solchen Standard Anemometer überwachen wie gewerbliche Betriebe, die Informationen zur Windgeschwindigkeit in der Landwirtschaft benötigen. Hobbyflieger auf Segelflugplätzen oder Modellbau-Enthusiasten verwenden ebenfalls derartige Messgeräte. Einer der bekanntesten Hersteller für den privaten und professionellen Markt ist Testo Instruments. Der renommierte Hersteller bietet Messgeräte jeder Art an, bietet Lösungen für jeden Bedarf und zeichnet sich vor allem durch die Einbindung seiner Smartphone App aus, die bei vielen anderen Geräten leider noch fehlt.

Die Zeitschrift ComputerBILD hat 2019 einen aktuellen Test für Anemometer veröffentlicht, der vor allem eines beweist: Auch Modelle für den Hausgebrauch verfügen inzwischen über eine beeindruckende Messgenauigkeit, die sich mit Profigeräten durchaus vergleichen lässt. Insbesondere die Geräte von Testo Instruments weisen nur relativ geringe Abweichungen von der tatsächlichen Windgeschwindigkeit auf.

Die häufigste Anwendung für Anemometer in privaten Haushalten dürfte beim Einsatz als lokale Wetterstation liegen. Während die Wettervorhersage für größere Gebiete inzwischen recht präzise sind, stellt man immer wieder fest, dass insbesondere im lokalen Bereich große Abweichungen auftreten.

Die häufigste Anwendung für Anemometer in privaten Haushalten dürfte beim Einsatz als lokale Wetterstation liegen. Während die Wettervorhersage für größere Gebiete inzwischen recht präzise sind, stellt man immer wieder fest, dass insbesondere im lokalen Bereich große Abweichungen auftreten.

Das lokale Wetter mit dem eigenen Anemometer analysieren

Die häufigste Anwendung für Anemometer in privaten Haushalten dürfte beim Einsatz als lokale Wetterstation liegen. Während die Wettervorhersage für größere Gebiete inzwischen recht präzise sind, stellt man immer wieder fest, dass insbesondere im lokalen Bereich große Abweichungen auftreten. So können wenige Kilometer darüber entscheiden, ob man von einem Unwetter betroffen ist oder nicht. Für die eigene Wetterstation eignen sich Smarphones mit App und entsprechende andere Endgeräte für Smarthomes besonders gut, da man immer alle Daten präzise erfasst, speichern und auswerten kann.

Neben den praktischen Auswirkungen wie bei der bereits erwähnten Markise, dem Schließen automatisierter Fenster und Rollläden lassen sich die Datenauswertungen auch langfristig nutzen, etwa zur Prognose für den eigenen Tomatengarten im Hinterhof. Sinnvoll ist es, Anemometer mit Smarthome-Funktionalität anzuschaffen, die sich problemlos in ein vorhandenes WLAN-Netz einbinden lassen. So wird nicht nur die Auswertung erleichtert, sondern auch der Aufbau insgesamt kinderleicht.

Die Kosten variieren dabei je nach Funktion und Ausstattung der Anemometer. Von sehr günstigen Geräten zum einfachen Ermitteln der aktuellen Windgeschwindigkeit bis hin zu Profimodellen mit Thermometer, Hygrometer und Barometer, die zahlreiche weitere Informationen zu Windrichtung, Luftfeuchtigkeit, UV-Index und mehr liefern, lässt sich so ziemlich alles realisieren.

Fazit: Ein Anemometer ist eine sinnvolle Ergänzung für das Smarthome

Wer sein Smarthome sukzessive um Funktionen erweitert, kommt irgendwann um eine eigene Wetterstation nicht mehr herum. Insbesondere der Einsatz eines Anemometers macht Sinn, um beispielsweise Rollläden, Fenster, Markisen oder Balkontüren selbsttätig vom Smarthome schließen zu lassen, wenn ein Sturm droht. Wer sich nicht gleich für eine komplette Wetterstation mit allen Funktionen entscheiden möchte, kann die Komponenten auch Zug um Zug erweitern. Wichtig ist nur, dass sie mit der jeweiligen Smarthome Standard (oder auch mit Sprachassistenten wie Amazons Alexa) kompatibel ist. Über Apps lassen sich viele Geräte schon heute bequem auslesen und steuern.


Bildnachweis:©Shutterstock-Titelbild:

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