Thermische Behaglichkeit an Büroarbeitsplätzen. Das Erfassen subjektiver und objektiver Kriterien

Inhaltsverzeichnis

Kurzfassung

Abstract

Nomenklatur (Auswahl)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Kontext der Arbeit
1.2 Zielsetzung und Vorgehen

2 Theoretische Grundlagen
2.1 Stand der Forschung
2.1.1 Auswahl interessanter Forschungsfragen
2.1.2 Exkurs: Ansatz zur differenzierteren Beurteilung des Einflusses von Wärmestrahlung
2.2 Übersicht möglicher Messwerte und Umfragedaten
2.2.1 Messdaten
2.2.2 Physikalische Einmaldaten
2.2.3 Umfragedaten
2.3 Zur Beachtung bei Fragebögen
2.4 Indikatoren

3 Auswahl der zu erhebenden Messdaten
3.1 Modulares Messkonzept der physikalischen Einflussgrößen
3.1.1 Modul I: Minimaldaten thermischer Behaglichkeit
3.1.2 Modul II: Energieverbrauch
3.1.3 Modul III: Gesundheitliches Wohlbefinden
3.1.4 Modul IV: Psychologische Einflüsse
3.1.5 Auswahlmodul: Umgesetzte Kombination der Module
3.2 Struktur und Auswahl der Umfragen zur gewählten Kombination

4 Technische Umsetzung
4.1 Positionierung der verwendeten Messgeräte
4.2 Informationstechnische Vernetzung
4.3 Datenbankstruktur

5 Zusammenfassung und Ausblick
5.1 Anwendungsmöglichkeiten des Systems
5.2 Diskussion
5.3 Fortsetzung der Arbeit
5.3.1 Individuelle thermische Behaglichkeit vs. Standardisiertes Unbehagen

Literaturverzeichnis

Kurzfassung

Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der thermischen Behaglichkeit an Büroarbeitsplät- zen über einen langen Zeitraum. Dafür wurde ein Konzept entwickelt, dass der Erfassung physikalischer Messwerte einerseits, und der Erhebung von Umfragewerten andererseits dient. Es ist flexibel gestaltet, sodass weitere Messgeräte, Fragen, Fragebögen, Messräume und Probanden jederzeit hinzugefügt werden können.

Zunächst wurde der Stand der Forschung umrissen, um innerhalb des Forschungsfeldes der thermischen Behaglichkeit Forschungsfragen herauszustellen, die als besonders interessant erscheinen. Eine Liste möglicher physikalisch messbarer Daten wurde erstellt, nach diesen Kriterien gefiltert und Modulen zugeordnet, die ausgewählten Forschungsinteressen dienen.

Einige Grundlagen für die Nutzung von Fragebögen wurden dargelegt und Fragen ausgewählt, die Positionierung von Messtechnik im Büroraum beschrieben, die Vernetzung des Messsystems und die Architektur einer Datenbank erstellt.

Für die Bewertung thermischer Behaglichkeit von Strahlungsheizungen wurden Hinweise, Anregungen und Denkansätze geliefert, die deren Vergleichbarkeit mit konvektiven Heizungen für die Zukunft etwas greifbarer machen sollen.

Abstract

Subject of this paper is the long-term study of thermal comfort at office workstations. For this, a concept was developed, that serves the gathering of both physical measurement data and data generated from surveys amongst the office workers. It is designed to be flexible so that additional sensors, questions, questionnaires, offices for measuring and probands can be added at any time.

First, the state of research in thermal comfort was outlined, with the goal of identifying reseach questions that appear to be particularly interesting. A list of physically measureable data was created, with items which do or might influence thermal comfort. The list was then filtered and sorted into modules, which are in accordance with the afore identified reseach questions.

Some basics for applying questionnaires were presented and questions chosen. The positioning of measuring equipment in the offices was described, their linking with a server shown and a database architecture designed.

For the appliance of radiation heatening systems suggestions, inspirations and approaches were added to support evaluating those systems and for making comparisons toward convection heating more tangible for the future.

Nomenklatur

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

2.1 „Zusammenhänge zwischen Einfluss- und Zielvariablen sowie Modulatoren“, entnommen aus[1]

2.2 „Einflussfaktoren auf die thermische Behaglichkeit“, entnommen aus[14]. . .

2.3 „Lokale thermische Unbehaglichkeit durch asymmetrische Strahlungstempera- tur“, entnommen aus[6]

2.4 „Zusammenfassung der Haupt- und Nebengütekriterien“, entnommen aus[3]

3.1 Fragen zu sozio-demographischen Merkmalen aus dem Fragebogen „Tätigkeit“, Teil II; aus dem ProKlimA-Projekt[1]

3.2 Ausschnitt des Fragebogens „Tätigkeit“, Teil I; aus dem ProKlimA-Projekt[1]

3.3 Ausschnitt des Fragebogens „Raumklima“, Teil I; aus dem ProKlimA-Projekt[1]

3.4 Ausschnitt des Fragebogens „Arbeit“, Teil I; aus dem ProKlimA-Projekt[1]

3.5 Weiterer Ausschnitt des Fragebogens „Tätigkeit“, Teil I; aus dem ProKlimA- Projekt[1]

4.1 Positionierung der Messtechnik in einem Büroraum

4.2 Informationstechnische Vernetzung

4.3 Datenbankstruktur

Tabellenverzeichnis

2.1 „Extraphysikalische Einflüsse auf thermosensorische und -effektorische Variablen im multiplen logistischen Modell, Darstellung der odds Ratios (OR) und 95%- Confidenzintervalle (CI)“, entnommen aus[2]

2.2 „Soziodemographische Merkmale der zum Messzeitpunkt 2 untersuchten Stich- probe“, entnommen aus[2]; Häufigkeit entspricht Anzahl aus einer Stichprobe von 1497 Probanden

2.3 „Extraphysikalische Faktoren, die in multiplen logistischen Regressionsmodellen benutzt wurden, um den Einfluss von Risikofaktoren auf gebäudebezogene Gesundheitseffekte zu analysieren“, entnommen aus[2]

2.4 „Sieben Punkte der Klimabeurteilungsskale“, entnommen aus[6]

3.1 Benötigte Messgeräte je Raum, Modul I

3.2 Benötigte Messgeräte je Raum, Modul II

3.3 Benötigte Messgeräte je Raum, Modul III

3.4 Benötigte Messgeräte je Raum, Modul IV

3.5 Benötigte Messgeräte je Raum, Auswahlmodul

4.1 „Anordnung der Messwertaufnehmer bei Messung der Klimagrößen“, aus[8].

1 Einleitung

1.1 Kontext der Arbeit

„Thermische Behaglichkeit ist definiert als das Gefühl, das Zufriedenheit mit dem Umgebungs- klima ausdrückt.“[6]Um optimale Lebens- und Arbeitsbedingungen zu schaffen und gleichzeitig Energieverbräuche zu minimieren, müssen die die Behaglichkeit bestimmenden Parameter und ihre Toleranzbereiche weiter erforscht werden. An der TU Dresden wurden in den Jahren 2013 und 2014 bereits zwei Arbeiten zur thermi- schen Behaglichkeit verfasst. Knaus schreibt in der Zusammenfassung ihrer Arbeit, „dass die Versuchsgestaltung mit einem Versuchsraum in Form eines Büroraumes als am besten geeignet für das Forschungsinteresse scheint“.[13]

Eben dieses soll nun in Büroräumen des Merkel-Baus an der TU Dresden realisiert werden.

Die vorliegende Arbeit will einen Beitrag hierzu leisten:

1.2 Zielsetzung und Vorgehen

Mit Unterstützung dieser Arbeit sollen Büroräume so ausgestattet werden, dass darin messtech- nische Daten und Umfragedaten erfasst werden können. Daten, die später für die tiefergehende Erforschung der Zusammenhänge zwischen der subjektiv empfundenen thermischen Behaglich- keit und objektiv messbaren Daten genutzt werden sollen.

Knaus schreibt in[13]weiter: „Die Anpassung des Versuchsraumes gilt es vorab für jede Studie zu spezifizieren“, was natürlich nur gelingen kann, wenn zuvor eine konkrete Anforderung an den Messraum gestellt wurde. Die genauen Forschungsfragen, welche mit Hilfe der Einrich- tung untersucht werden sollen, sind jedoch noch nicht definiert. Es besteht stattdessen der Wunsch, eine möglichst flexible Einsetzbarkeit zu gewährleisten. Um nun eine Orientierung und Auswahlkriterien zu bekommen, welche Werte und Umfragedaten zu erfassen sind, wird hier zuerst die Frage aufgeworfen, welche Zusammenhänge für Forschung von Interesse sein könnten.

Hierfür leistete Knaus in[13]eine exzellente Vorarbeit, indem sie viele in der Vergangenheit durchgeführte Studien übersichtlich darstellte. Die diesen und weiteren Studien zu Grunde liegenden Forschungsfragen werden hier noch einmal dargestellt und durch eigene Ideen ergänzt. Sie dienen dann als Kriterien, um zu bestimmen, welche technischen und subjektiven Daten in den Messräumen konkret erhebbar gemacht werden sollen. Danach erfolgt eine Auswahl von Messgeräten. Es wird erarbeitet, wo sie am besten im Raum positioniert werden sollen. Ebenso werden Fragen entworfen bzw. ausgewählt, die der Beantwortung der Forschungsfragen dienen können, und es wird dargestellt, was bei solchen Umfragen zu beachten ist.

Wenn klar ist, welche Werte erhoben werden sollen, wird eine Datenbankstruktur entwickelt, die diese möglichst übersichtlich organisiert, sodass sie für eine Auswertung gut nutzbar ist.

Abschließend werden die Anwendungsmöglichkeiten des geschaffenen Konzepts vorgestellt und Ansätze für die Fortführung dieser Arbeit in anderen Belegen und Diplomarbeiten aufgezeigt.

Die Hauptfragen der Arbeit lassen sich damit wie folgt zusammenfassen:

- Welche Forschungsfragen zur thermischen Behaglichkeit sollen durch die Messräume beantwortbar gemacht werden?
- Welche subjektiven und objektiven Werte sollen dafür erfasst werden?
- Wo im Raum sind entsprechende Messgeräte zu positionieren und
- Welche Fragen sollen den Probanden gestellt werden?
- Wie soll eine Datenbank strukturiert sein, die diese Werte übersichtlich aufnimmt?

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Stand der Forschung

In diesem Abschnitt ist der Stand der Forschung dargestellt, und zwar mit der Eingrenzung auf die Frage, welche Forschungsfragen bereits in vorhergehenden Studien an die thermische Behaglichkeit gestellt worden sind. Die dort gefundenen Antworten werden hier nicht betrachtet, sondern es soll ein Bild davon entstehen, welche Forschungsfragen zu untersuchen grundsätzlich von Interesse ist, sei es zur Evaluation bereits beantworteter Fragen unter den Bedingungen des realen Büroalltages, oder um aus Forschungslücken neue Fragen schöpfen zu können.

Der so gewonnene Überblick wird später für die Auswahl der Daten genutzt, die in den Büroräumen tatsächlich erhebbar gemacht werden sollen. Außerdem wird klarer, welche Randbedingungen zu beachten oder festzuhalten sind.

Untersucht wurden in vorhergehenden Studien unter anderem die Einflüsse folgender Faktoren auf die thermische Behaglichkeit, das thermische Empfinden oder die thermische Präferenz:

- Luft- und Strahlungstemperatur
- Temperaturzyklen, -drifts, -gefälle und -übergänge
- mittlere Luftgeschwindigkeit und Turbulenz
- relative Luftfeuchte und Verdunstungsgrad
- Strahlungstemperatur-Asymmetrie, Oberflächentemperaturen
- vertikaler Lufttemperaturgradient
- Bodentemperatur
- Erwartungshaltung
- Umgebung (Zuhause, Büro, Klimakammer)
- Alter, Geschlecht
- Bekleidungsadaption und Einflussnahmemöglichkeiten auf das Raumklima (z.B. Fenster- öffnung)
- Außenlufttemperatur (adaptive Komfortmodelle)

Ein genauerer Bezug, welche Einflussfaktoren in welchen Studien untersucht wurden, findet sich in der Arbeit Knaus’s Arbeit aus dem Jahre 2013[13].

Es wurden auch Hin- und Rückwirkungen des Raumklimas auf andere Faktoren erforscht, wie

- Leistungsfähigkeit
- Erholtheit
- Anstrengungsbereitschaft
- Akzeptanz
- Befindlichkeit
- Gesundheit
- Leistungsfähigkeit
- Arbeitsanforderungen
- psychosoziale Faktoren

Zu den Faktoren, die nicht unmittalbar physikalisch messbar sind, schreiben Bischof et al in [2]:„Über die Bedeutung extrathermischer Einflüsse auf die Behaglichkeit ist wenig bekannt. [...] Meist wurden Einzelaspekte untersucht, so z. B. der Einfluss des Alters[15], der farblichen Raumgestaltung[9],[10]oder der Beleuchtung[19]. Ein erster multivariater Ansatz, der sowohl thermische und als auch (sic!) extrathermische Größen einschließt, findet sich in[11].“

Bereits anhand dieser Ausführungen wird sichtbar, wie komplex das Gebiet der thermischen Behaglichkeit angelegt ist. Es gibt zahlreiche Faktoren, die sie beinflussen oder von ihr beeinflusst werden. Grundlagen der Statistik und der Vergleichbarkeit von Ergebnissen müssen beachtet werden. Dabei soll ein Augenmerk auf bereits erforschten Zusammenhängen liegen, bei denen belastbare Daten ermittelt und ausgewertet wurden, und dadurch sichtbar gewordene Lücken geschlossen werden.

Wie belastbar und vergleichbar Daten aus zahlreichen unterschiedlichen Studien sind, lässt Bischof in[1]erkennen, wenn er zur Metaanalyse von Mendell[16]über 32 Studien bezüglich dem Sick-Building-Syndrom schreibt: „Hier zeigte sich, dass nur 7 der 32 Studien einen experimentellen Ansatz enthielten und nur 5 auch klinische Methoden einbezogen. Als besonders kritisch dürfte jedoch gelten, dass nur 3 der Studien lokale Umgebungsmessungen beinhalteten - nicht eine von diesen ging jedoch von einem experimentellen Ansatz aus.“

Eine eingehendere Betrachtung der Vielzahl einzelner Studien wäre für diese Arbeit kaum zweckdienlich. Knaus liefert in[13]hierzu bereits einen Überblick sowie Hinweise für eine tiefergehende Auseinandersetzung mit dieser Materie. Wenn es aber darum geht, für die einzurichtenden Messräume einen Schwerpunkt zu finden, der tatsächlich bereichernd im Gesamtkontext der Forschung wirken soll, so sind die Ergebnisse einer Studie hilfreich, die bereits eine möglichst große Breite von Faktoren betrachtet hat, und deren Einflussstärke für verschiedene Aspekte rund um die Behaglichkeit bewertet hat.

Die bisher wahrscheinlich umfassendsten Betrachtungen hierzu liefern in Deutschland die Ergeb- nisse des ProKlimA-Projektes, hier „wurden 14 Bürogebäude mit mehr als 4500 Arbeitsplätzen bewertet.“[1]In Abb. 2.1 sind die dort untersuchten Einflussfaktoren übersichtsweise dargestellt. Man bekommt einen Eindruck davon, wie viele Randbedingungen beachtet oder Variablen aufgenommen werden müssen, wenn einzelne Studien im Gesamtbild der Forschung verwendbar sein sollen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.1: „Zusammenhänge zwischen Einfluss- und Zielvariablen sowie Modulatoren“, entnommen aus[1]

In diese Untersuchungen wurden nicht nur solche Größen einbezogen, die offensichtlich in direk- tem Zusammenhang mit der thermischen Behaglichkeit stehen, sondern auch sog. Modulatoren. „[Modulatoren] beeinfluss[en] die Zielgrößen, ohne dass ein unmittelbarer Zusammenhang zu z. B. raumkklimatischen Kenngrößen besteht.“[1]

2.1.1 Auswahl interessanter Forschungsfragen

In[2]stellen Bischof et al einige Ergebnisse aus den Auswertungen der Daten des ProKlimA- Projektes vor: „Im Ergebnis multipler logistischer Regressionanalysen zeigte sich, dass thermi- sches Empfinden weitgehend unabhängig von extraphysikalischen Einflüssen ist. Thermische Behaglichkeit und Zufriedenheit jedoch stehen in deutlicher Wechselwirkung mit extraphysika- lischen Variablen, zu denen neben demographischen Charakteristika auch Tätigkeitsmerkmale, Arbeitszufriedenheit und die Belüftungsart des Gebäudes oder Raumes gehören.“

Tabelle 2.1 fasst diese Ergebnisse zusammen. Das Chancenverhältnis (engl. odds ratio, OR) gibt dabei an, um welchen Faktor die Wahrscheinlichkeit, dass die jeweilige Zielgröße negativ bewertet wird, für das genannte Merkmal (erste Spalte) ansteigt. Abgefragt wurden hier nicht nur die thermische Behaglichkeit (unbehaglich - behaglich), sondern auch das thermische Emp- finden (zu warm - zu kalt), die Zufriedenheit mit der Raumtemperatur, sowie die Wichtigkeit des Raumklimas für den Nutzer (Erwartungshaltung).

Sieht man sich die Spalte „Behaglichkeit“ genauer an, so stechen hier vor allem Klimatisierung, Arbeitsunzufriedenheit und warme Jahreszeit hervor, gefolgt von Alter (< 30) und schlechte Tätigkeitsbewertung. Ähnlich sieht es bei der Zufriedenheit aus, wobei hier die Negativbewer- tung des Raumklimas mehr durch den Faktor „Geschlecht (weiblich)“ verstärkt wird als durch den Faktor „warme Jahreszeit“. Auch die Einschätzung der Wichtigkeit der einzelnen Faktoren für das eigene Wohlbefinden unterscheidet sich insgesamt kaum. Eine Ausnahme zeigt sich beim thermischen Empfinden, welches sich nur bei akuter Erkrankung merklich verschlechtert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2.1: „Extraphysikalische Einflüsse auf thermosensorische und -effektorische Variablen im multiplen logistischen Modell, Darstellung der odds Ratios (OR) und 95%-Confidenzintervalle (CI)“, entnommen aus[2]

Für die Auswahl interessanter Forschungsfragen sind einige Einschränkungen sinnvoll, um Relevanz und Übersichtlichkeit zu wahren. Aus praktischen Gründen sollen folgende Faktoren von den zu untersuchenden Einflüssen ausgeschlossen werden:

- Klimatisierung, da es im Merkel-Bau keine Klimaanlage gibt
- akute Erkrankung - akut Erkrankte sind angehalten, zu Hause bleiben

Übrig bleiben damit die Einfüsse von Arbeitszufriedenheit und Tätigkeitsbewertung (sowohl bei schlechter als auch bei moderater Bewertung der Tätigkeit durch andere). Auf diese soll im Folgenden dieser Arbeit ein Augenmerk für die Wahl der Umfragedaten und Messtechnik gelegt werden. Der Einfluss der warmen Jahreszeit ist ebenfalls bedeutsam, jedoch liegt der Fokus der Untersuchungen zunächst auf der Heizperiode.

Weiterhin soll thermische Behaglichkeit im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch betrachtet werden, denn er ist praktisch der Preis dafür.

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