Ihmisten yksilöllisten lämpöaistimusten arviointi ja
vaikutukset talotekniikan
suunnitteluun
Evicures, 21.1.2015
Johtava tutkija Pekka Tuomaala
Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy
Ihmisen lämpöviihtyvyyden evoluutio
Ennen
23/01/2015
Nyt
Tulevaisuudessa
2
Ihmisen lämpöaistimuksen arviointiin
tarvittavat reunaehdot
Operatiivinen lämpötila
Tilan
reunaehdot
Ilman lämpötila
Pintojen lämpötilat
Ilman virtausnopeus
Ilman kosteus
Käyttöjän
reunaehdot
23/01/2015
Metabolia [W]
Anatomia (kudosjakauma)
Aktiivisuustaso [MET]
Vaatetus [clo]
3
Laskenta- ja analysointiympäristö
Rakennuksen simulointiympäristö
Ihmismalli (HTM)
• Anatomia (Passive Model)
• Fysiologia (Control Model)
Kudoslämpötilat
Zhang Hui (2003)
Tilamalli
• Lämmönsiirto
• Virtauslaskenta
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
1.
Naisten (keskimääräinen) rasvaprosentti on 30 %
Miesten (keskimääräinen) rasvaprosentti on 20 %
Ihmisen lämpöaistimuksen arviointiin
tarvittavat reunaehdot
23/01/2015
Qrasva = 0,004 W/kg
Qlihas = 0,67…5,07 W/kg
Qiho = 1,01 W/kg
Qsisäelimet = 3,83 W/kg
Qaivot = 12,7 W/kg
2.
Yksilölliset eri kudosten jakaumat
riippuvat iästä, sukupuolesta, painoindeksistä ja lihaksikkuudesta
6
Yksilölliset lämpöaistumukset
 Kaikilla sama aktiivisuus 1 MET (58 W/m2) ja
vaatetus (0.86 clo)
 Operatiivinen lämpötila vaihteli 17˚C …27˚C
 Kolme miestä ja kolme naista
ΔTNT = 6˚C
23/01/2015
TNT on neutraali lämpötilataso (overall thermal sensation on nolla)
7
Individual thermal preferences
23/01/2015
Source: Daum et al. 2011
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
23/01/2015
presented in Figure 2.
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
HTS benefit
Calculation Time
Interest Rate
Present value coefficient
HTS Present Value
Profitability of HTS –
Payback Time
adjusting individual and
demand-controlled
HTS Selling Price
temperature level
Maintenance
• 5,000 €/month
• +0.5% productivity
HTS Production Cost
• HTS price/space
HTS Profit
a) 200 € → PB 0.83 a
23/01/2015€ → ROI 20%
b) 1000
5000
0.005
25
10
0.2
4.19
1006
€/month/person
€/month/person
a
€
10
0.83
months
years
200
5
€/space
€/month/space
100
100 %
€/space
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
climate23/01/2015
15