Auf dem Weg zu individualisierten Klimaanlagen im Büro

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Auf dem Weg zu individualisierten Klimaanlagen im Büro

Die Unterschiede im individuellen Empfinden der Raumtemperatur in ein und demselben Büro sind beträchtlich, wie eine Forschungsarbeit der EPFL zeigt. Eine individuelle Anpassung der Klimaanlage könnte daher den Komfort der Bewohner erhöhen und gleichzeitig Energie sparen.

Über den thermischen Komfort der Menschen in Gebäuden nachzudenken, ist zu einer strategischen und wirtschaftlichen Herausforderung erster Ordnung geworden. Einerseits führt die globale Erwärmung immer wieder zu Hitzeperioden. Andererseits findet weltweit ein Wettlauf gegen die Zeit statt, um den Energieverbrauch und die CO2-Bilanz von Gebäuden bis 2050 zu senken. Dolaana Khovalyg, Assistenzprofessorin mit Tenure Track an der ENAC-Fakultät, arbeitet an diesen Herausforderungen als Leiterin des Laboratoire d’ingénierie du confort intégré (ICE), das dem Forschungszentrum Smart Living Lab in Freiburg angegliedert ist.

Ihre neueste Studie, die in Form eines kurzen Fachberichts in der medizinischen Fachzeitschrift Obesity Journal veröffentlicht wurde, unterstreicht, dass es sinnvoll ist, die Klimatisierung und Beheizung seines Arbeitsplatzes individuell anzupassen, anstatt eine Standardtemperatur im gesamten Großraumbüro beizubehalten. Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, zeigten die Forscherin und ihre Teams anhand von thermophysiologischen Beweisen des Menschen, dass es erhebliche interindividuelle Unterschiede in Bezug auf das thermische Wohlbefinden unter normalen Bürobedingungen gibt.

Multidisziplinäre Forschung

Diese Forschung ist Teil eines multidisziplinären Ansatzes, der die Wechselwirkungen zwischen Mensch und Gebäude berücksichtigt, indem er das Know-how der angewandten Ingenieurwissenschaften mit Kenntnissen der menschlichen Physiologie verbindet. Um die technische Seite zu vervollständigen, arbeitete Dolaana Khovalyg eng mit Yann Ravussin zusammen, dem Leiter des Laboratoire d’Energétique et de Nutrition Avancée (LEAN), das der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg angegliedert ist.

Heutzutage konzentrieren sich Klimaanlagen auf den Raum und nicht auf den Menschen. Sie werden für den Komfort einer typischen Person ohne wesentliche Unterschiede berechnet. In den letzten Jahren hat die Forschung jedoch gezeigt, dass jeder Mensch sehr unterschiedliche Empfindungen in Bezug auf die Raumtemperatur hat", sagt Dolanna Khovalyg. So beeinflussen Alter und Geschlecht den Stoffwechsel, der durch die Ernährung, die Jahreszeiten und die zirkadianen Rhythmen beeinflusst wird. Diese Unterschiede wirken sich auf die Zufriedenheit und das Wohlbefinden des Einzelnen aus. Bei einer durchschnittlichen Temperatur von 21 Grad am Arbeitsplatz im Winter ist es den einen warm, den anderen kalt. Während 80 % mit der Situation zufrieden sind, sind 20 % unzufrieden. Unsere Forschung zielt darauf ab, den Komfort für alle Menschen ohne Unterschied zu optimieren", erläutert Dolaana Khovalyg. Menschen sind Maschinen, die Wärme produzieren, die sie ableiten müssen. Wir haben heute die Technologie und die Überwachungsinstrumente, um diese Wärme individuell und im Minutentakt zu messen.

Heute konzentrieren sich Klimaanlagen auf den Raum und nicht auf den Menschen.

Sehr unterschiedlicher Kalorienverbrauch

Aus diesem Grund konzentrierte sich die praktische Erfahrung dieser Forschung auf die Analyse des individuellen Kalorienverbrauchs von sechs Teilnehmerinnen und Teilnehmern, einer repräsentativen Auswahl von normalen Menschen, die sich ein Büro teilen können. Drei Monate lang nahmen sie an einer Reihe von Experimenten in einer speziell angepassten Klimakammer im ICE-Labor in Freiburg teil. In diesem Raum, in dem die Temperaturen zwischen 16 und 24 Grad schwankten, führten die Personen alltägliche Tätigkeiten wie Sitzen, Stehen oder Essen aus. Für die Forscherin war eine Stichprobe von sechs Personen ausreichend, da der Zweck der Demonstration nicht darin bestand, eine Statistik oder einen Durchschnitt zu erstellen, sondern individuelle Werte zu erhalten, die verglichen werden sollten.

Normalerweise konzentrieren sich Studien, die den Kalorienverbrauch von Individuen berechnen, auf Extremfälle wie Sportler, Abenteurer oder Soldaten, die an Expeditionen in feindliche Umgebungen teilnehmen. Der normale Arbeiter in einem Büro, Dolaana Khovalygs Zielpublikum, wird nur selten analysiert.

In seiner Forschung wurden signifikante interindividuelle Unterschiede zwischen den Probanden nachgewiesen, insbesondere zwischen zwei Männern mit gleichem Körperbau bei identischen Aktivitäten. Durch gezieltere Analysen konnte auch ein sehr unterschiedlicher Unterschied in der Vasokonstriktion, also der Regulierung des Blutdrucks zwischen Brust und Fingerspitzen, trotz einer Umgebungstemperatur von 24 Grad errechnet werden. Dies erwies sich vor allem bei Frauen als signifikant. Einige Frauen bekamen schneller kalte Hände als andere", erklärt Dolaana Khovalyg.

Eine ethische Herausforderung

Die Fähigkeit, den Kalorienverbrauch jedes Einzelnen genau zu messen, eröffnet neue technische Perspektiven: Es ist nun möglich, die Belüftung oder Heizung lokal in Echtzeit anzupassen, indem diese Daten in die Berechnungen des zentralen Wärmeregulierungssystems einfließen, und so den Energieverbrauch des Gebäudes zu optimieren. Die heutigen beheizten oder gekühlten Tische und Stühle funktionieren nur mit begrenzten Temperaturgraden. Die neue Technologie wird es beispielsweise ermöglichen, sie individuell zu gestalten.

Die Forscherin räumt ein, dass die Messinstrumente in dieser Untersuchung einschränkend waren, wie z. B. Silikonmasken für das Gesicht oder am Körper angebrachte Handsensoren. Der nächste Schritt besteht darin, weniger invasive Mittel zu verwenden", sagt Dolaana Khovalyg. Zum Beispiel ist die Fehlerquote der bereits verfügbaren vernetzten Uhren noch zu groß. Derzeit arbeiten wir mit präziseren Infrarotkameras, mit denen wir dank unseres Modells, das auf der menschlichen Physiologie basiert, mehr Personen auf einmal auf nicht-invasive Weise messen können. Die Daten werden mithilfe von Algorithmen verarbeitet, die direkt in das Ventilationskontrollsystem integriert sind. Die Forscherin schätzt, dass die neue Technologie in etwa zehn Jahren in intelligenten Gebäuden eingesetzt werden kann.

Bleiben noch die zu klärenden ethischen Fragen, die größte Herausforderung in diesem Forschungsbereich. Wie können diese persönlichen Daten in großem Maßstab genutzt werden - Es zeichnen sich Wege ab, indem nicht-invasive Messinstrumente verwendet werden, die diese Informationen nicht speichern. So wird beispielsweise an Sensoren gearbeitet, die direkt auf dem Stuhl des Mitarbeiters statt auf seinem Körper angebracht werden. Die Nutzer dieser zukünftigen intelligenten Gebäude müssen jedoch auf die eine oder andere Weise über diese Praxis informiert werden", schließt Dolaana Khovalyg.

Referenzen

Dolaana Khovalyg, Yann Ravussin, "Interindividual variability of human thermoregulation: Toward personalized ergonomics of the indoor thermal environment", Obesity Journal, 23 June 2022.


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