Mediul termic optim îmbunătățește performanța muncii de birou

Introducere

Salariile lucrătorilor de birou sunt de multe ori mai mari decât costurile de exploatare a unei clădiri în țările dezvoltate. În consecință, chiar și îmbunătățiri reduse ale performanței și productivității umane în urma îmbunătățirii calității mediului înconjurător (IEQ - indicator of thermal environment) pot duce la un beneficiu economic substanțial. Se estimează că îmbunătățirea mediului interior în clădirile de birouri ar duce la o creștere directă a productivității de la 0,5% la 5% anual. Această estimare include efectele mediului termic și calitatea iluminării care afectează vederea, și este afectată parțial de poluarea aerului din interior sau de distragerea provocată de mirosuri și efectele acestora asupra productivității.

Chiar dacă beneficiile potențiale de productivitate sunt destul de substanțiale, acestea nu sunt, în general, luate în considerare în calculele economice cost-beneficiu referitoare la proiectarea și funcționarea clădirii. Acest lucru este în ciuda faptului că inginerii din construcții sunt interesați treptat de îmbunătățirea mediilor interioare și de a cuantifica efectele ulterioare ale acestor îmbunătățiri asupra productivității. Pe lângă relațiile dintre calitatea aerului, ventilația și performanța, rata de ventilație și rata de absență, a fost dezvoltată și funcția de estimare a efectului temperaturii asupra performanței lucrărilor de birou.

Obiectivul este de a compara relațiile cantitative între mediul termic (temperatură și senzație termică) și performanța umană. Efectele temperaturii interioare asupra performanței umane sunt apoi discutate luând în considerare diferențele de sezon (iarnă față de vară), precum și selectarea diferitelor categorii de medii interioare utilizate pentru proiectare, așa cum este prescris de standardul european EN15251 (2007).

Relația dintre mediul termic și performanța muncii

Temperatura aerului este indicatorul frecvent utilizat în mediul termic în IEQ (calitatea mediului interior) și în cercetarea productivității. Una dintre primele încercări de a crea relația dintre temperatură și performanță a fost făcută de Wyon (1986) și s-a bazat în principal pe studiile sale experimentale; relația diferențiată între efecte vara și iarna (în funcție de îmbrăcăminte), precum și între efecte pentru diferite tipuri de muncă. Relația a arătat că atât temperaturile ridicate, cât și cele prea scăzute au efecte negative asupra performanței muncii de birou.

Trebuie discutat dacă efectele mediului termic asupra performanței trebuie definite doar folosind temperatura sau ar trebui utilizate și alte valori precum disconfortul termic. Această întrebare este deosebit de valabilă având în vedere că Wyon (1975) a arătat că subiecții pot obține rezultate de performanță similare sub două temperaturi diferite de aproximativ 23,2 °C și 18,7 °C. La ambele temperaturi au obținut evaluarea subiectivă a neutralității termice prin ajustarea ușoară a temperaturii aerului. Această întrebare este valabilă, de asemenea, având în vedere faptul că disconfortul termic nu este influențat doar de temperatură, ci este rezultatul combinării a șase parametri:

• producția de căldură metabolică (activitate fizică)
• îmbrăcăminte
• temperatură
• temperatura radiantă medie
• viteza aerului
• umiditatea aerului

Combinații diferite ale acestor parametri pot avea ca rezultat aceeași senzație termică sau Predictive Mean Vote (PMV) așa cum este definit de Fanger (1970).

În consecință, acești doi indici împreună cu temperatura pot fi folosiți pentru a descrie modul în care mediul termic afectează performanța.

Figura 1 Relațiile dintre senzația termică și performanța relativă cu categorii suprapuse de mediu interior conform standardului EN15251 (2007); TSV este codat după cum urmează: -3 = rece, -2 = rece, -1 = ușor rece, 0 = neutru, 1 = ușor cald, 2 = cald, 3 = cald.

Figura 1 compară cele trei relații diferite dintre senzația termică și performanța de muncă dezvoltată de Roelofsen (2001), Jensen (2009) și Lan (2011b). Acesta arată că există senzație termică pentru performanțe optime: senzația prea rece sau prea caldă va afecta negativ performanța, deși efectele nu sunt simetrice în jurul neutralității termice și sunt oarecum înclinate spre senzația ușor rece. Modelul Roelofsen (2001) indică cel mai mare impact al disconfortului termic asupra performanței și are cel mai înalt nivel de incertitudine. Relația lui Jensen (2009) este similara cu relația Lan (2011b) pe partea rece, deși este mult diferită pe partea caldă a scării de senzație termică. Cel mai mic impact asupra performanței este observat în relația Lan (2011b) care a inclus doar date de laborator.

Folosind relațiile prezentate în figura 1, relația Roelofsen (2001) prevede că schimbarea categoriei III în categoria I poate crește performanța cu cel puțin 6,98%. Pentru condițiile termice în afara criteriilor definite de categoriile I până la III (categoria IV), se poate aștepta ca performanța să poată fi redusă cu cel puțin 0,5% în comparație cu cea optimă și, probabil, chiar mai mult. Toate relațiile arată că proiectarea pentru o categorie de mediu mai mică va avea ca rezultat o performanță redusă.

Analiza specifică anotimpului

Relația dintre senzația termică și performanța dezvoltată de Lan (2011b) a fost utilizată pentru a crea relația dintre temperatură și performanță pentru vară (Figura 2) și pentru iarnă (Figura 3) pentru a examina efectul sezonului asupra efectelor previzionate ale temperaturii asupra performanței. Relația lui Lan (2011b) a fost utilizată în acest scop, deoarece arată cele mai conservatoare estimări ale efectelor mediului termic asupra performanței dintre relațiile prezentate în figura 1, deși pot fi utilizate și alte relații. Astfel efectele prezentate mai jos sunt efectele minime. Când se creează figurile 2 și 3, temperatura mediană radiantă s-a presupus a fi egală cu temperatura aerului (adică temperatura de operare este egală cu temperatura aerului), nivelul de activitate să fie 1,2 îndeplinit, viteza aerului să fie 0,15 m/s și umiditatea relativă va fi 50%.

Relațiile dintre temperatură și performanță, care sunt independente de schimbările sezoniere și care au fost dezvoltate de Berglund (1990) și Seppänen (2006) au fost suprapuse Figurilor 2 și 3 pentru comparație.

Figura 2 Relațiile dintre temperatura aerului și performanța cu categoriile suprapuse de mediu interior pentru condițiile de vară conform standardului EN15251 (2007).

Figura 3 Relațiile dintre temperatura aerului și performanța cu categorii suprapuse de mediu interior pentru condiții de iarnă conform standardului EN15251 (2007).

Folosind relațiile prezentate în figurile 2 și 3 se estimează că performanța va scădea de la performanțele optime de 100% între 0,08% și 0,39% vara și între 0,14% și 0,49% iarna. Prin urmare, schimbarea categoriei de mediu interioare de la III la I, se poate aștepta ca performanța lucrărilor de birou să fie îmbunătățită cu cel puțin 0,31% până la 0,35%. Pentru temperaturi în afara categoriei I până la III (categoria IV), se poate aștepta ca performanța să poată fi redusă cu cel puțin 0,39%. Acest lucru arată, de asemenea, cerințele de temperatură pentru diferite categorii de mediu interior, astfel cum este specificat de standardul EN15251 (2007).

Figurile 4 și 5 arată impactul schimbărilor în izolația îmbrăcămintei în timpul verii și iernii asupra temperaturii aerului pentru o performanță optimă; ele se bazează pe relația Lan și colab. (2011b) prezentat în figura 3. Izolația fiecărui ansamblu este calculată conform descrierii din manualul ASHRAE (2005). Toate ansamblurile includ pantofi și pantaloni scurți sau chiloți. În timpul verii, temperatura aerului interior pentru o performanță optimă poate fi crescută de la aproximativ 23,9 ° C la 25,4 ° C atunci când oamenii poartă pantaloni scurți de mers și cămașă cu mâneci scurte. Temperatura aerului interior pentru performanțe optime poate fi scăzută de la aproximativ 21,9 ° C la 19,7 ° C pe timpul iernii, atunci când pantalonii, cămașa cu mâneci lungi, pulover cu mâneci lungi groase și vesta cu mâneci groase sunt alese corespunzător.

Figura 4 Relația dintre temperatura interioară și performanța umană la diferite niveluri de izolare a îmbrăcămintei în condiții de vară.

Figura 5 Relația dintre temperatura interioară și performanța umană la diferite niveluri de izolare a îmbrăcămintei pentru condițiile de iarnă.

Implicaţii

Multe țări impun acum că termostatele ar trebui să fie setate mai sus pe timp cald, pentru a economisi energia utilizată pentru răcirea clădirilor. Figura 4 arată că creșterea temperaturii aerului la 28 ° C și peste, chiar și cu îmbrăcăminte foarte ușoară, poate reduce performanța cu minimum 0,5% dacă relația cea mai conservatoare a Lan (2011b) este selectată. Temperaturile crescute pot duce, de asemenea, la reacții fiziologice negative (de exemplu, probleme ale ochilor, modificarea modelelor respiratorii și schimbul de oxigen), care pot afecta, în consecință, condițiile de sănătate și performanța, deși în prezent nu este clar dacă aceste efecte se datorează doar temperaturii ridicate sau se datorează disconfortului termic sau ambelor. Deoarece temperaturile ridicate vara pot avea consecințe negative pentru utilizatorii de clădiri, se poate recomanda ca temperatura aerului în timpul verii să fie stabilită în jumătatea inferioară a intervalului de confort termic de vară, în principal pentru a îmbunătăți performanța lucrărilor de birou, dar și pentru a evita sănătatea negativă. Aceasta nu trebuie să coste energie dacă sunt avansate doar metodele care permit evitarea disconfortului termic din cauza căldurii cu consum redus de energie. Una dintre metodele demne de luat în considerare poate fi, de exemplu, utilizarea ventilației personalizate pentru răcire, intensificând transferul convectiv de căldură.

De asemenea, multe țări impun acum că termostatele trebuie să fie mai scăzute pe timp rece pentru a economisi energia utilizată pentru încălzirea clădirilor. Figura 3 arată că menținerea temperaturilor în timpul iernii la 20 °C ar avea practic un efect minim (aproximativ 0,05% descreștere) asupra performanței. Se estimează că eliminarea temperaturilor peste 23 °C în timpul iernii ar duce la beneficii economice anuale din care 70% sunt atribuite performanței îmbunătățite și 30% la prevalența redusă a simptomelor SBS - Sick Building Syndrome. Așa cum se arată în figura 4, temperatura pentru performanțe optime în timpul iernii ar putea fi scăzută eficient prin creșterea nivelului de izolare a îmbrăcămintei. Astfel, menținerea clădirilor în timpul iernii la capătul mai rece al gamei de confort recomandate poate să nu afecteze performanța, dar poate reduce substanțial multe simptome acute, toate obținute împreună cu economisirea unei cantități mari de energie.

Limitări

Relațiile prezentate în figurile 1 până la 5 sunt aplicabile clădirilor cu încălzire și răcire mecanică. În mod specific, Figurile 2 și 3 furnizează diferite setări de răcire / încălzire atunci când se aplică modelul PMV al Fanger (1970). Pentru clădirile fără răcire mecanică, temperatura interioară (fiind temperatura la care oamenii nu doresc nici mai multă răcire, nici mai multă încălzire) este o funcție a temperaturii exterioare, așa cum este prescris de modelul de confort adaptiv (de Dear și Brager, 1998; EN15251, 2007). În conformitate cu modelul adaptiv, este posibilă atingerea neutralității termice pe întreaga gamă de temperaturi exterioare, datorită acțiunilor adaptative, cum ar fi deschiderea ferestrelor, reglarea îmbrăcămintei și schimbări de comportament.

Mai multe date despre efectele asupra performanței ar mai fi necesare de la clădirile în care sunt specificate condițiile termice folosind modelul adaptiv. Cu toate acestea, trebuie menționat că condițiile termice care oferă neutralitate termică, de exemplu definit de modelul adaptiv, poate să nu dea naștere la performanțe maxime. Acest lucru a fost deja demonstrat de Pepler și Warner (1968) și este bine ilustrat și de relațiile prezentate în figura 1 care indică faptul că un mediu ușor rece promovează performanța.

Concluzii

Condițiile termice inadecvate, exprimate atât de temperaturi ridicate, fie prea scăzute, de mediul prea cald sau prea rece, au efecte negative semnificative asupra performanței umane.

Studiile indică faptul că un mediu rece confortabil este benefic pentru efectuarea lucrărilor de birou. Evitarea temperaturilor ridicate iarna și vara poate aduce beneficii măsurabile.

Proiectarea mediului termic pentru categoria inferioară a mediului interior, astfel cum este specificat în standardul EN15251 (2007) va determina performanța redusă a lucrărilor de birou.

Economiile potențiale pentru primele costuri și costurile de funcționare prin proiectarea pentru categoria inferioară a mediului interior pot fi contracarate, prin urmare, prin performanța redusă a lucrătorilor de birou. Astfel, proiectarea pentru cea mai înaltă categorie ar fi de dorit.