Ihmisten yksilöllisten lämpöaistimusten arviointi ja vaikutukset talotekniikan suunnitteluun Evicures, 21.1.2015 Johtava tutkija Pekka Tuomaala Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy
Ihmisen lämpöviihtyvyyden evoluutio Ennen Nyt Tulevaisuudessa 23/01/2015 2
Ihmisen lämpöaistimuksen arviointiin tarvittavat reunaehdot Tilan reunaehdot Operatiivinen lämpötila Ilman virtausnopeus Ilman kosteus Ilman lämpötila Pintojen lämpötilat Käyttöjän reunaehdot Metabolia [W] Vaatetus [clo] Anatomia (kudosjakauma) Aktiivisuustaso [MET] 23/01/2015 3
Laskenta- ja analysointiympäristö Rakennuksen simulointiympäristö Ihmismalli (HTM) Anatomia (Passive Model) Fysiologia (Control Model) Tilamalli Lämmönsiirto Virtauslaskenta Kudoslämpötilat Zhang Hui (2003) Lämpöviihtyvyys Lämpöaiastimus Tuottavuus, terveys 23/01/2015 4
Ihmismalli Human Thermal Model (HTM) Anatomia (Passive Model) 16 kehon osaa Kussakin on tyypillisesti neljä kudoskerrosta (luu, lihas, rasva ja iho) Fysiologia (Control Model) Verenkierto (tyypillisesti 50% kehon sisäisestä lämmönsiirrosta) Metabolia [W] ja vilunväristykset [W] Hikoilu [-W] Lämmönsiirto kehon ja ympäristön välillä Kostea lämmönsiirto Konvektiivinen lämmönsiirto Säteilylämmönsiirto 5
Yksilöllisen kehon koostumuksen vaikutukset ihmisen lämpöaitimukseen BMI = 25 Naisten (keskimääräinen) rasvaprosentti on 30 % Miesten (keskimääräinen) rasvaprosentti on 20 % 1. Ihmisen lämpöaistimuksen arviointiin tarvittavat reunaehdot Q rasva = 0,004 W/kg Q lihas = 0,67 5,07 W/kg Q iho = 1,01 W/kg Q sisäelimet = 3,83 W/kg Q aivot = 12,7 W/kg 2. Yksilölliset eri kudosten jakaumat riippuvat iästä, sukupuolesta, painoindeksistä ja lihaksikkuudesta 23/01/2015 6
Yksilölliset lämpöaistumukset Kaikilla sama aktiivisuus 1 MET (58 W/m 2 ) ja vaatetus (0.86 clo) Operatiivinen lämpötila vaihteli 17 C 27 C Kolme miestä ja kolme naista ΔTNT = 6 C TNT on neutraali lämpötilataso (overall thermal sensation on nolla) 23/01/2015 7
Individual thermal preferences Source: Daum et al. 2011 23/01/2015 8
Sisäilmaston laatuluokitus lämpöolosuhteet 26.7 C 25.2 C 24.4 C 22.6 C 22.2 C 20.7 C (1.0 MET; 0.86 clo) 23/01/2015 9
Office Indoor Environmental Quality (IEQ): What s Behind the Complaints? Occupant survey An example of occupation perception (percentage of dissatisfied) map in a case-study building (Kosonen et al.). Facility management survey The International Facility Management Association (IFMA) has conducted many surveys of its members over the years and consistently thermal comfort comes in as the number one complaint as presented in Figure 2. 23/01/2015 10
Yhteenveto Viimeisimpien tutkimustulosten perusteella näyttää ilmeiseltä, että ihmisten välillä on yksilöllisiä eroja lämpöaistimuksissa Potentiaalisena selityksenä on ihmisten väliset yksilölliset erot lihas- ja rasvakudoksen määrissä. Erityisesti sukupuolella ja henkilökohtaisella lihaksikkuudella on vaikutusta kudosjakaumiin, lämmöntuottoon ja tätä kautta lämpö-aistimukseen. Tulosten varmentamiseksi tarvitaan ehdottomasti lisää laboratorio- ja kenttämittauksia (Evicures 2.4.1, 2.4.2 ja 3.3.1) Ihmisten yksilöllisten lämpöaistimusten arviointiosaamista voidaan hyödyntää (i) suunnittelu- ja mitoitusperusteiden päivityksessä (Evicures 2.1.3), (ii) rakennus- ja talotekniikkaratkaisujen tuotekehityksessä sekä (iii) tarpeen mukaisen lämmityksen ja jäähdytyksen toteutuksessa (EPSHP Teho-osasto, Evicures 3.3.1) 23/01/2015 11
TECHNOLOGY FOR BUSINESS 12
Indoor Environment Quality vs Health, productivity, well-being 23/01/2015 13
I Q Profitability Estimation of an office case 0.5% performance improvement (i.e., reduction in labour costs): 12 min/week Salary 5000 /month/person HTS benefit 0.005-25 /month/person Calculation Time 10 a Interest Rate 0.2 - Present value coefficient 4.19 - HTS Present Value 1006 Profitability of HTS adjusting individual and demand-controlled temperature level 5,000 /month +0.5% productivity HTS price/space a) 200 PB 0.83 a b) 1000 ROI 20% Payback Time 10 months 0.83 years HTS Selling Price 200 /space Maintenance 5 /month/space HTS Production Cost 100 /space HTS Profit 100 % 23/01/2015 14
I Q Profitability Estimation of an office case Wyon & Wargocki 2006 People who feel uncomfort lose their motivation to work and tend to take more breaks Preller et al. 1990 Large number of people working in Dutch office buildings showed that individual control of temperature had significant and positive effect: sick leave due to SBS was as much as 30 percent lower in situations where individual workers could control their own thermal environment, in comparison with situations where they were obligated to accept conditions that were optimum for the group rather than for the individual. Raw et al. 1990 In UK similar results indicate that selfestimates of efficiency are significally higher when individuals can control their own thermal climate 23/01/2015 15