Development of a microclimate station based on low-cost microcontrollers and sensors
DOI:
https://doi.org/10.46421/entac.v20i1.5845Keywords:
thermal monitoring station, prototype, calibration, environmental comfortAbstract
Research on thermal comfort to ensure environmental quality is imperative concerning a diversity of pressing matters such as climate change, increased energy consumption in buildings, among others. The study deals with the development of a low-cost microclimatic station for thermal monitoring of indoor environments. Llow-cost microcontrollers and sensors are emerging as an alternative to conventional devices for monitoring environmental comfort, overcoming limitations imposed by the high cost of commercially available equipment. This work presents the prototyping of a low-cost environmental monitoring system, the description of the sensors’ calibration procedure based on comparisons against a reference station, and an example of the system's application. Several prototypes were assembled and tested. Regarding calibration, the differences between the low-cost sensors and the reference can be adjusted by means of a linear regression fit. The final cost of the low-cost station was approximately 800 Brazilian reals. The availability of open-source programming allows other researchers to reproduce the proposed equipment.References
NETO, J., GOBO, J. P. A., PEREIRA, G., DA SILVA CARDOZO, F., & TAVARES, K. S. R. Revisão Sistemática Acerca dos Estudos de Conforto e Sensação Térmica no Brasil. Boletim Alfenense de Geografia, v. 4, n. 7, p. 25-42, 2024.
NAZARIAN, N. et al. Project Coolbit: can your watch predict heat stress and thermal comfort sensation? Environmental Research Letters, v. 16, n. 3, p. 034031, 2021.
World Health Organization (WHO). Heat-waves: risks and responses. Health and Global Environmental Change Series, No. 2EUR/03/5036810. 124p, 2004. Disponível em: https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/107552/9789289010948-eng.pdf?sequence=1. Acesso em: 01/12/2023.
FEMA. Department of Homeland Security, Federal Emergency Management Agency of United States. 2024. Extreme Heat | Response Planning (Shelter). Disponível em: https://community.fema.gov/ProtectiveActions/s/article/Extreme-Heat-Response-Planning-Shelter. Acesso em: 01/12/2023.
FOGGIATO, F. CAMARA MUNICIPAL DE CURITBA. 2024. Sugerido plano de contingência a ondas de calor, em Curitiba. Disponível em: https://www.curitiba.pr.leg.br/informacao/noticias/sugerido-plano-de-contingencia-a-ondas-de-calor-em-curitiba#:~:text=O%20vereador%20salientou%20que%20%E2%80%9Co,bon%C3%A9%2C%20frutas%20e%20instala%C3%A7%C3%B5es%20sanit%C3%A1rias. Acesso em: 14/03/2024.
KIMMLING, M.; HOFFMANN, S. Behaglichkeitsmonitoring – flächendeckend und kostengünstig mit der Sensorstation CoMoS. Bauphysik, v. 41, Heft 2, 2019.
ROMERO, M.A.B. et al. Instrumentação para medições em escala microclimática: uma proposta de mochila bioclimática. Cadernos de Arquitetura e Urbanismo: Dossiê Especial Tecnologia, Ambiente e Sustentabilidade, Paranoá, v. 1, n. 26, p. 96-105, 2020.
ALI, A. S.; ZANZINGER, Z.; DEBOSE, D.; STEPHENS, B. Open-Source Building Science Sensors (OSBSS): A low-cost Arduino-based platform for long-term indoor environmental data collection. Building and Environment, v. 100, p. 114-126, 2016.
KRÜGER, E.; IHLENFELD, W.; LEDER, S.; CARVALHO, L. Application of microcontroller‑based systems in human biometeorology studies: a bibliometric analysis. International Journal of Biometeorology. v. 67, n. 9, p. 1397-1407, 2023.
IHLENFELD, W.; KRÜGER, E.; LEDER; S.; de QUADROS, B.; LIMA, L. Prototipação de sistema portátil de monitoramento ambiental de baixo custo para estudos de conforto ambiental em espaços abertos. In: XVII ENCONTRO NACIONAL e XIII ENCONTRO LATINO-AMERICANO DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO. Anais, São Paulo, 2023.
IHLENFELD, W.; KRÜGER, E.; LEDER; S.; de QUADROS, B.; MIZGIER, M. Aplicação prática de sistema portátil de monitoramento ambiental de baixo custo: comportamento térmico de canions urbanos. In: XVII ENCONTRO NACIONAL e XIII ENCONTRO LATINO-AMERICANO DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO. Anais, São Paulo, 2023.
INTERNACIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 7726. Ergonomics of the thermal environments - Instruments for measuring physical quantities. Genebra, ISO, 1998.
TREVISAN, L. Y. I.; SHIBATA, R.; CELLIGOI, G.; RIBEIRO, R. S.; AMARILLA, R. S. D.; KRÜGER, E. L. Avaliação Pós-Ocupação de uma Câmara Bioclimática de Baixo Custo: a percepção térmica e acústica no diagnóstico de um ambiente construído. Ambiente Construído, v.20, n.1, p.285–303, 2020.
SLATER, B. V.; MARCHIONI, D. M. L.; VOCI, S. M. Aplicação de regressão linear para correção de dados dietéticos. Revista de Saúde Pública, São Paulo, v. 41, n. 2, p. 190-196, 2007.
WILLMOTT, C. J. Some comments on the evaluation of model performance. Bulletin of the American Meteorological Society, Lancaster, v. 63, n. 11, p. 1309-1313, 1982.
IHLENFELD, W. Desenvolvimento de equipamento de baixo custo para condução de pesquisa de campo dinâmica em conforto ambiental em espaços abertos. 2024. 197p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2024.
MATZARAKIS, A., RUTZ, F., MAYER, H. Modelling Radiation fluxes in simple and complex environments – Basics of the RayMan model. International Journal of Biometeorology v. 54, p. 131-139, 2010.
GAGGE, A. P., FOBELETS, A. P., BERGLUND, L. G. A standard predictive index of human response to the thermal environment. ASHRAE Transactions, v. 92, p. 709-731, 1986.
STAIGER, H., LASCHEWSKI, G. & GRÄTZ, A. The perceived temperature – a versatile index for the assessment of the human thermal environment. Part A: scientific basics. International Journal of Biometeorology, v. 56, p. 165–176, 2012.
