Smarte Dummys erkennen dank Sensortechnologie und mathematischer Modellierung, wie Arbeitsplätze energiesparend auf Wohlfühltemperatur gebracht werden können.
Wenn die Sonne im Hochsommer erbarmungslos auf die Fassaden brennt, heizen sich Innenräume von Gebäuden mit unbeschatteten Fenstern oder schlechter Isolation gnadenlos auf. Bringt selbst das offene Fenster keinen kühlenden Luftzug, beginnt es ab 26 Grad Raumtemperatur unangenehm zu werden. Steigt die Raumtemperatur noch weiter, werden sogar körperlich wenig anstrengende Tätigkeiten wie Büroarbeiten zur Belastung. Ventilatoren und Klimaanlagen laufen heiss.
Der Energieverbrauch für Klimageräte und Klimaanlagen liegt in der Schweiz mittlerweile jährlich im Terawatt-Bereich, sprich in der Grössenordnung von Milliarden Kilowattstunden. Ob damit überhaupt die ersehnte Kühlung im Raum erzielt werden kann, ist ungewiss. Empa-Forscherin Agnes Psikuta hat sich deshalb vorgenommen, belastbare Daten zum Raumklima am Arbeitsplatz zu generieren. Ihr Ziel: Gebäude deutlich nachhaltiger klimatisieren – und dabei gleichzeitig die Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Menschen erhalten. Ihre Arbeitskollegen: «ANDI» und «HVAC», smarte Dummys, die das Raumklima vermessen. Sie erkennen dank Sensortechnologie und mathematischer Modellierung, wie Arbeitsplätze nachhaltig auf Wohlfühltemperatur gebracht werden können.
Das ideale Büro
Die klimatische Komfortzone am Arbeitsplatz mag individuell unterschiedlich sein. Für experimentelle Untersuchungen gehen die Empa-Forschenden für Büroräume von einer Temperatur von 22 Grad bei 50 Prozent Luftfeuchtigkeit aus. Gesetzliche Vorgaben geben einen Rahmen zwischen 20,5 und 26,5 Grad für Büros an, abhängig von der Aussentemperatur.
Schwitzen im virtuellen Büro
Der futuristisch anmutende HVAC, kurz für Heating, Ventilation, Air Conditioning, ist gut ausgerüstet: Mit Sensoren für Lufttemperatur, Feuchtigkeit und Luftbewegung allein ist es indes nicht getan. Insgesamt 46 Messfelder durchbrechen die Kunststoffschale des Manikins, mit denen er die Wärmestrahlung aus der Umgebung quantifiziert und beispielsweise Sonnenwärme von Heizungsluft unterscheiden kann.
Sein Partner mit dem schlichten Namen ANDI ergänzt HVACs Daten optimal: «ANDI ist der Typ für das grosse Ganze, er nimmt die Wärmebilanz auf, die ein Mensch unter den gegebenen Bedingungen hat», erklärt Agnes Psikuta vom «Biomimetic Membranes and Textiles»-Labor der Empa in St. Gallen. Hierzu hält ANDI seine Betriebstemperatur konstant auf 34 Grad, was der Hauttemperatur eines Menschen in der Komfortzone entspricht. Komfortzone bedeutet hierbei, dass der Körper eines gesunden Erwachsenen seine Kerntemperatur von 36,5 – 37,5 mit minimalem Aufwand konstant halten kann. «In der Komfortzone schwitzt der Mensch nicht, er zittert nicht vor Kälte und friert nicht an Händen und Füssen, weil er seine thermische Balance mit Leichtigkeit aufrechterhalten kann», sagt die Forscherin.
Die mathematische Modellierung dieser kombinierten Daten ergibt schliesslich ein virtuelles thermisches Modell eines Menschen am Arbeitsplatz. In einem vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderten Projekt untersucht Agnes Psikuta nun gemeinsam mit Partnerinstituten an der EPFL und der polnischen Silesian University of Technology, wie HVAC und ANDI mit den Parametern von realen Bürobedingungen im Jahreszeitverlauf zurechtkommen.
Am Ende soll es möglich sein, aufgrund dieser Arbeiten den Energiebedarf von Gebäuden zu optimieren. Im Hochsommer laufen Klimaanlagen auf Hochtouren, um beispielsweise Grossraumbüros komplett zu kühlen. Wie effektiv die Situation für den jeweiligen Arbeitsplatz ist, ist aber unklar, so die Empa-Forscherin. Bauliche Elemente direkt am Arbeitsplatz wie kühlende Wandpaneele oder ventilierte Bürostühle könnten für energiesparendere und effizientere Lösungen sorgen. Gleiches könnte sich für die winterliche Heizperiode ergeben: HVAC und ANDI könnten ermitteln, ob etwa eine Raumtemperatur von 17 Grad ausreicht, wenn der Arbeitsplatz lokal auf 22 Grad beheizt ist.
