 |
The effect of comfort on productivity and energy consumption
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124777 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Kajtár, László |
| Title in Hungarian |
A komfort hatása a produktivitásra és az energiafelhasználásra |
| Title in English |
The effect of comfort on productivity and energy consumption |
| Keywords in Hungarian |
hőkomfort, diszkomfort paraméterek, épület energetika, optimalizáció |
| Keywords in English |
thermal comfort, discomfort parameters, buliding energetics, optimization |
| Discipline |
| Architecture (Council of Physical Sciences) | 80 % | | Ortelius classification: Building design | | Power Engineering (Council of Physical Sciences) | 20 % | | Ortelius classification: Rational use of energy in buildings |
|
| Panel |
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences |
| Department or equivalent |
Department of Building Service Engineering and Process Engineering (Budapest University of Technology and Economics) |
| Participants |
András, Balázs
Bánhidi, László
Érces, Norbert
Herczeg, Levente
|
| Starting date |
2017-10-01 |
| Closing date |
2021-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
32.122 |
| FTE (full time equivalent) |
12.00 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A projekt célkitűzése:
Komfortterekben, elsősorban irodaterekben a kellemes komfort és kiváló produktivitás biztosításának elemzése optimális energiafelhasználás mellett.
A kutató munka fő fázisai:
1. Feldolgozzuk a hazai és külföldi szakirodalmat, mely a klimatizált terek hőkomfortjának biztosításáról és értékeléséről, az irodai munka produktivitásának értékeléséről, valamint az energiafelhasználás elemzéséről szól.
2. A diszkomfort tényezők közül a huzathatás és az aszimmetrikus sugárzás együttes hatásának értékeléséhez CFD szimulációs modellt, eljárást dolgozunk ki. Alapvető feladat ebben a munkafázisban azon levegőhőmérséklet, turbulencia fok, valamint aszimmetrikus sugárzási adatpárok (változatok) meghatározása, melyek a hőkomfort szempontjából a legkellemesebb, illetve a legrosszabb esetet eredményezik.
3. A tanszék Macskásy komfort és klímatechnikai laboratóriuma hőérzeti mérőkamrájában vizsgáljuk a hőkomfort, produktivitás és energiafelhasználás kapcsolatát különböző beállított esetek alapján. A műszeres mérések mellett a produktivitás és a szubjektív hőérzet értékeléséhez élőalanyos vizsgálatot is végzünk.
5. A laboratóriumi mérések és a CFD szimuláció eredményei alapján értékeljük a hőkomfort, a produktivitás és az energiafelhasználás kapcsolatát. A kutatási eredményeink alapján számszerűsíthető, a mérnöki gyakorlat számára értékelhető lesz a hőkomfort, a produktivitás és az energiafelhasználás kapcsolata, a befolyásoló tényezők.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A komfortelméletben mindig alapvető kérdés volt a szubjektív komfortérzet értékelését lehetővé tevő, mérhető műszaki paraméterek meghatározása.
A feladat mindig két különböző párhuzamosan alkalmazott mérési eljárással oldható meg. Egyrészt mérőműszerekkel objektív komfortmérést, másrészt élőalanyos vizsgálatok értékelését tervezzük tudományos komfort kérdőív alapján. A két eredmény összekapcsolása alapján van mód arra, hogy az egyébként szubjektív hőkomfort érzetet objektív, mérhető műszaki jellemzőkkel tudjuk értékelni. Természetesen ehhez megfelelő létszámú alanyt kell alkalmazni. A hazai és nemzetközi mérések eredményei azt igazolták, hogy 20 fő élőalany szubjektív mérési eredményei jól reprezentálják a tényleges várható hőérzetet. A kiértékelés a matematikai statisztika módszeréve történik.
Fanger ezen elvet alkalmazva dolgozta ki a hőkomfort értékelésre vonatkozóan a PMV PPD módszert, valamint a diszkomfort tényezőket: aszimmetrikus sugárzás, huzathatás, hideg és meleg padló és mennyezet, illetve a vertikális hőmérsékletgradiens. A diszkomfort tényezők együttes hatására vonatkozóan nincsenek kutatási eredmények, együttes hatásuk értékelése a szakirodalomban nem szerepel.
Az irodai munka produktivitására is jelentő hatással vannak a komfort körülmények. Továbbá a komfort biztosítása nem csak a produktivitásra, hanem a szükséges energiafelhasználásra is hatással van. A három szempont kapcsolata egyúttal optimumkeresést is jelent.
Kutatómunkánk során ezt a feladatot kívánjuk megoldani. A kutató munka sikeres teljesítése eredményeképpen rendelkezésre fog állni a komfort, produktivitás és az energiafelhasználás kapcsolatának, kölcsönhatásának értékelése.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az emberek idejük nagy részét zárt terekben, klimatizált és szellőztetett komfortterekben töltik. Közülük is kiemelten kezelendők az irodaépületek. Az irodákban tartósan (8 -10 órán át) tartózkodnak az emberek és közben fokozott koncentrációt igénylő szellemi munkát végeznek. Az irodai komfort közvetlen hatással van a végzett munka mennyiségére és minőségére. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy kellemes komforttal eredményesebb munka, nagyobb gazdasági haszon érhető el a vállalatoknál.
Az alkalmazott építészeti megoldásokban előnyben részesítik a nagyobb üveg felületeket, melyek kellemesebb vizuális komfortot eredményeznek. Továbbá az épületek tömege is csökken az alkalmazott épületszerkezetek miatt. Ezek együttesen azt eredményezik, hogy a bent tartózkodó embert eltérő hőhatások érhetik a külső és a belső határoló szerkezetek oldaláról. A frisslevegő ellátás központi kezelt levegővel történik. Gyakran jelentkezik emiatt huzathatás. Elkerülése gondos tervezést és kivitelezést igényel.
Mindezek ellenére nem állnak rendelkezésre olyan kutatási eredmények, valamint tervezési alapadatok, melyek lehetővé teszik az együttesen jelentkező aszimmetrikus sugárzás és huzathatás, produktivitás és energiafelhasználás értékelését.
Mindezek alapján a pályázatunkban szereplő komfortkutatás a hőérzet és az irodai munka produktivitása témakörében alapkutatást jelent. Fontos feladat a jelenség értékelése elméleti úton, valamint laboratóriumi méréssel, párhuzamosan alkalmazott műszeres és élőalanyos vizsgálatokkal. A kapott eredmények a tervezők és üzemeltetők számára is közvetlenül hasznosíthatók. A kutatás eredménye közvetlen gazdasági haszonnal jár. A kellemes komfort nagyobb munkaintenzitást és jobb minőségű munkát eredményez. Az energetikai értékelés alapján energiamegtakarítás érhető el. Csökkenhetnek az üzemeltetés költségei összhangban a hazai és nemzetközi épületenergetikai direktívákkal és előírásokkal.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Valamennyien tartózkodtunk klimatizált irodaépületekben, éttermekben, előadótermekben, lakásokban stb. Azt is sokszor tapasztalhattuk, hogy az épület nagy üvegfelületei télen hidegérzetet eredményeznek, ugyanakkor nyáron az árnyékoló szerkezet hiányában a külső napsugárzás melegérzetet eredményez. Arra vonatkozóan is lehet tapasztalatunk, hogy a levegő befúvó szerkezetek alatt, közelében tartózkodva első sorban nyáron huzatérzetünk van. Különösen kellemetlen esetet jelent, amikor a külső nagy üvegfelületek és a levegő befúvás hatásait együttesen érzékeljük. A kellemetlen komfort rontja az irodai munka produktivitását, az irodai munka minőségét.
Az aszimmetrikus sugárzás és a huzathatás együttes értékelésére, az irodai munka produktivitására gyakorolt hatására, valamint az energiafelhasználásra együttes kölcsönhatására, kapcsolatára vonatozóan nincsenek még kutatási eredmények sem a hazai sem a nemzetközi szakirodalomban. Együttes hatásuk nem méretezhető. Az eredményes kutatás lehetővé teszi, hogy megszüntessük ezeket a kellemetlen komfort problémákat. Rendelkezésünkre fognak állni az együttes hatás értékelésének eredményei, hatása a produktivitásra és az energiafelhasználásra.
Az irodai munka teljesítményét és minőségét az említett komfort problémák jelentősen befolyásolják. Az egyes változatok energetikai értékelése lehetővé teszi, hogy a kellemes komfortot eredményező megoldások közül kiválasszuk a legkisebb energiafelhasználást jelentő megoldást. Az épületek energiafelhasználása az összenergia felhasználás 40%-t jelenti, így a komforttereknél elérhető energiafelhasználás nemzetgazdasági szinten is jelentős gazdasági előnnyel jár
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Aim of the project:
Analyzing the ensurance of a pleasant comfort and outstanding productivity, combined with optimal use of energy in comfort spaces – mainly office spaces.
Main phases of the research project:
1.
We will process domestic and foreign literature concerning the following topics: ensuring and evaluating the thermal comfort of climatized spaces, assessing the productivity of office work and analyzing energy utilization.
2. We elaborate a CFD model and a procedure for the simulation of the combined effect of draft and radiant thermal asymmetry. The main task in this phase is to determine the air temperature, turbulence intensity and radiant thermal asymmetry parameters that lead to the best and worst thermal comfort.
3. We evaluate the relation between thermal comfort, productivity and energy use in the case of different settings.
combined effect of the draft and radiant thermal asymmetry in the thermal comfort chamber of the Macskásy comfort and air conditioning laboratory.
In addition to the instrumental measurements we also evaluate the productivity and the subjective heat perception by using human subject measurements.
5. According to the results of the measurements and the CFD simulation we evaluate relationship between thermal comfort, productivity and energy consumption. Based on our research results it will be possible to quantify the relationship between thermal comfort, productivity and energy consumption, as well as their influencing factors. It will be also possible to make this information accessible for the engineering practice.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The task can always be realized by using two parallel and simultaneous measurement procedures. We plan to make on the one hand objective comfort measurements (by using measurement instruments), and on the other hand human subject evaluations based on thermal comfort questionnaires. By linking the two results there is a way to evaluate the subjective thermal comfort in an objective way, by using measurable parameters. Obviously, in order to achieve relevant results, a proper number of human subject measurements should be carried out. The results of Hungarian and international researches have proven that measurements carried out on 20 human subjects offered a representative thermal comfort expectation result. The evaluation can be made using the method of mathematical statistics. By using this principle, Fanger elaborated the PMV-PPD method, which is suitable for the evaluation of the overall thermal comfort. He also also identified the separate effect of the local thermal discomfort factors: radiant temperature asymmetry, draft, vertical air temperature gradient, floor space temperature.. However, there is no method in the Hungarian and international practice for the evaluation of the combined effect of these parameters.
Comfort conditions have a significant effect on office labor productivity. Furthermore, ensuring the comfort affects not only productivity but also the required energy consumption. The relationship between these aspects is at the same time a search for the optimal combination.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
People spend most of their time in indoor, air conditioned and ventilated comfort spaces. Among these spaces, office buildings should receive a special attention. People spend long hours (8-10) in office buildings, while engaged in demanding brain work which requires intense concentration. The comfort level in office spaces has a direct effect on the quality and quantity of the employees´ work. This means that a pleasant thermal comfort leads to more efficient work and implicitly to higher profit for the company.
Nowadays big glass surfaces are often used in architecture, as this leads to better visual comfort. On the other hand the mass of the buildings is also decreased because of the use of light building structures. Due to these changes the people who work in these environments are exposed to different thermal impacts of the interior and exterior structural elements. The fresh air is prepared in air handling units and introduced in these indoor spaces, often causing draft effect. The elimination of this unpleasant discomfort factor requires careful planning and implementation.
In spite of the importance of this topic, there are still no available research results and no planning basis data for the evaluation of the combined effect of the radiant thermal asymmetry, draft, productivity and energy utilization.
Considering this, our comfort research in the field of thermal comfort and office work productivity is to be considered a basic research. An important task is the assessment of the phenomenon through a theoretical approach, as well as through laboratory measurement, instrumentation and human subject studies, all used in parallel. The results can be used directly by planners and operators. The research results lead to direct economic benefit. A pleasant comfort leads to greater work intensity and increased work quality. The energetic evaluation of the research could lead to a reduction of energy consumption. The energetic evaluation of the research could lead to a reduction of energy consumption. The buildings´ running costs can also be reduced in accordance with the Hungarian and international building energetics standards.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
We all have spent time in air conditioned office buildings, restaurants, lecture halls, houses and we have all experienced that big glass surfaces can lead to a sense of cold in wintertime. On the other hand, in summer, in the absence of shading, the solar radiation could lead to a sense of warmth. We also may have experienced that directly under the inlet air inlet unit the draft effect can be felt – mostly in the summer. When the thermal radiant asymmetry and the draft are present at the same time, it is felt as highly unpleasant. Such unpleasant, low comfort decreases the productivity and quality of office work. There are currently no research findings (neither in the Hungarian nor in the international literature) concerning the combined effect of the radiant thermal asymmetry and the draft, as well as their effect on office work productivity and energy consumption. The combined effect is currently not scalable. A successful research will make it possible to eliminate these unpleasant comfort problems. We will have access to the evaluation results of the combined effect, as well as its impact on productivity and energy utilization.The effectiveness and quality of the office work is highly influenced by the mentioned comfort problems. The energetic assessment of different versions during the research, makes it possible to choose the most energy efficient and comfortable solution. The reduction of the energy consumption leads to economic benefit. 40% of the energy is consumed by public buildings, therefore the energy consumption of the comfort spaces can lead to a huge economical advantage.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
