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Der LOBSTER ist ein weltweit einmaliger Klimateststand. In dem drehbaren Minibürogebäude kann die thermische Zufriedenheit und das Verhalten von Probanden eingehend untersucht werden.
© Johannes Lang, BINE Informationsdienst
BINE-Interview mit Raumklima-Forscher
19.02.2014

Dr. Marcel Schweiker im Interview mit BINE Informationsdienst. Er ist Projektleiter des Klimateststandes LOBSTER, das steht für Laboratory for Occupant Behaviour, Satisfaction, Thermal Comfort and Environmental Research.
© Johannes Lang, BINE Informationsdienst

Die zwei Probanden arbeiten an ihren eigenen Projekten. Sie dürfen in der Versuchsreihe die Fenster nach Belieben öffnen oder schließen und ebenso den Sonnenschutz frei nutzen. Einzig die Nutzung des Deckenventilators unterliegt jeden Tag anderen Bedingungen.
© Johannes Lang, BINE Informationsdienst

Zufriedenheit mit Büroklima auf dem Teststand

Energieeffiziente Gebäude können im Sommer auch ohne aktive Kühlung eine hohe Nutzerakzeptanz erreichen. Doch bei langen Warmwetterperioden oder hohen internen Wärmelasten kommen diese Gebäude und damit die Wärmetoleranz ihrer Nutzer zunehmend an Grenzen. Mit LOBSTER, einem experimentellen Klimateststand am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), wird das adaptive Verhalten von Büronutzern und dessen Rückwirkung auf ihr thermisches Komfortempfinden unter typischen Bürobedingungen untersucht. BINE Informationsdienst sprach mit dem Projektleiter Dr. Marcel Schweiker über die Ergebnisse der ersten Versuchsreihe.

BINE Informationsdienst: Herr Schweiker, Sie untersuchen Zufriedenheit und Leistungsfähigkeit von Menschen in Bürogebäuden. Was hat das denn mit Energieeffizienz zu tun?

Schweiker: Na eigentlich viel! Ein Großteil der Energie wird doch in Bürogebäuden dafür eingesetzt, um es den darin arbeitenden Menschen so angenehm wie möglich zu machen – im Winter wie im Sommer. Wenn die Nutzer unzufrieden sind, sind sie weniger leistungsfähig. Sie beschweren sich beim Gebäudebetreiber oder sie greifen in den Gebäudebetrieb ein. Das kann hilfreich sein oder auch schlecht für das Raumklima-Management und für die Energieeffizienz. So kann es dazu kommen, dass sehr energieeffizient geplante Gebäude im tatsächlichen Betrieb deutlich mehr Energie verbrauchen. Der Nutzer verhält sich nämlich manchmal völlig anders als in der Planung gedacht.

… weil er sich unbehaglich fühlt?

Ja, oder weil er nicht einverstanden ist mit dem, was ihm der Planer oder das Facility Management vorgegeben hat. Dann beginnen Menschen in Büros darüber nachzudenken, wie sie das Raumklima nach ihren eigenen Vorstellungen verändern oder sich selbst an die nicht ideale Situation anpassen können. Oder sie sind einfach unzufrieden.

Wovon hängen denn Zufriedenheit und Leistungsfähigkeit im Einzelnen ab?

Der Begriff Zufriedenheit ist vielschichtig. Menschen denken dabei nicht in erster Linie an das thermische Raumklima. In der Forschung unterscheiden wir zwischen dem thermischen Empfinden und der thermischen Zufriedenheit. Die Parameter Temperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchte spielen eine Rolle. Aber nicht immer machen uns höhere oder niedrigere Temperaturen unzufrieden. Und manchmal verschafft uns ein kühler Luftzug eben gerade die notwendige Kühlung. Das Empfinden hat immer mit unserer aktuellen Situation, Tätigkeit oder Erwartungshaltung zu tun. Thermisches Empfinden und thermische Zufriedenheit sind situative und subjektive Größen.

Und warum interessieren Sie sich für die Leistungsfähigkeit?

Für die Arbeitgeber dürfte die Leistungsfähigkeit wichtiger sein als die thermische Zufriedenheit, doch beide Größen sind miteinander verknüpft. Das wollen wir in den nächsten Jahren eingehend untersuchen. Im Fokus sind verschiedene Faktoren, welche hierbei wohl eine Rolle spielen. Dabei hilft uns der LOBSTER, ein neues, weltweit einmaliges Minibürogebäude als experimenteller Klimateststand.

Was erforschen Sie in diesem Experimentierbüro konkret?

Wir haben in unserer ersten Versuchsreihe Probanden eingeladen, in den beiden Büros von LOBSTER zu arbeiten. Die Teilnehmer durften an ihren eigenen Projekten arbeiten, die Fenster nach Belieben öffnen oder schließen und ebenso den Sonnenschutz frei nutzen. Einzig die Nutzung des Deckenventilators unterlag jeden Tag anderen Bedingungen: Am ersten Tag durften sie ihn nicht benutzen. Am zweiten Tag konnten sie ihn nutzen. Am dritten Tag durften sie den Ventilator nutzen, jedoch war er so konfiguriert, dass er am Arbeitsplatz praktisch keinen kühlenden Effekt hatte. Dabei war das Versuchsdesign ohne Wissen der Probanden so angelegt, dass die Räume im Tagesverlauf beheizt und damit kontinuierlich wärmer wurden – unabhängig davon wie Fenster, Sonnenschutz oder Ventilator konkret genutzt wurden. Wir wollten herausfinden, ob schon die Möglichkeit einer Kontrolle die Zufriedenheit erhöht, oder ob die Interventionsmöglichkeit auch effektiv sein muss. Der Ventilator des dritten Tages war also eine Art Placebo.

Placebos bringen nicht mehr Zufriedenheit

 

Und was haben Sie mit Ihrer ersten Versuchsreihe herausgefunden?

Wir konnten sehen, dass eine Placebo-Interventionsmöglichkeit nicht wirklich mehr Zufriedenheit bringt. Die Aktivierung einer effektiven Maßnahme hingegen erhöht die Zufriedenheit und die Wärmetoleranz signifikant, trotz gleicher Temperaturen. Aber einschränkend muss ich sagen, dass wir diese Effekte nochmals genauer, umfangreicher und mit veränderten Forschungsdesigns untersuchen müssen. Das wollen wir im kommenden Sommer in Angriff nehmen und auch stärker interdisziplinär angehen, um neben den physiologischen auch die psychologischen und Verhaltensaspekte zu analysieren.

Sind denn Zufriedenheit und Leistungsfähigkeit in Gebäuden ohne Klimaanlage im Sommer überhaupt erreichbar?

Ich meine ja. Verschiedene Studien zeigen übereinstimmend, dass Menschen in passiv gekühlten Gebäuden, in denen sie das Fenster öffnen und einen Sonnenschutz bedienen können, nicht unzufriedener sind als in klimatisierten Gebäuden. Denn konkrete Handlungs- und Einflussmöglichkeiten schaffen mehr Zufriedenheit. Für die Planung solcher Gebäude geht es also zunächst darum, über das Gebäudekonzept die sommerliche Erwärmung möglichst auf ein erträgliches Maß zu begrenzen. Eine gewisse Robustheit des Gebäudekonzepts ist sicherlich erforderlich. Zusätzlich sind verschiedene Möglichkeiten vorzusehen, womit die Nutzer bestimmte Einfluss- und Kontrollmöglichkeiten haben: Beispielsweise ist ein Deckenventilator zusätzlich zu Fenstern und Sonnenschutz ein hilfreiches Element, mit dem bei sehr warmer Außenluft zumindest über erhöhte Luftgeschwindigkeiten ein Kühleffekt erreicht wird. Dadurch erweitern sich die Möglichkeiten der individuellen Raumklimagestaltung und es steigt der Temperaturbereich, in dem sich die Menschen in Büros noch zufrieden fühlen.

Energieeffiziente Gebäude dürfen also keine voll automatisierten Maschinen sein, weil die Nutzer für ihre Zufriedenheit individuelle Eingriffsmöglichkeiten brauchen?

Genau! Beispielsweise werden voll automatisierte Sonnenschutzsysteme überhaupt nicht akzeptiert. Da fährt dann der Sonnenschutz hoch, wenn eine Windböe kommt. Danach fährt er wieder runter. Und das kann sich schon mal binnen einer Stunde mehrmals wiederholen. Es geht also darum, eine Balance zu finden zwischen den notwendigen Vorgaben der Gebäudeautomation und der Möglichkeit für die Nutzer individuell einzugreifen.

Und wenn sich einzelne Nutzer kontraproduktiv verhalten?

Im Idealfall weiß der Nutzer, dass er sich mit bestimmten individuellen Verhaltensweisen ein ungünstigeres Raumklima für den folgenden Tag oder gar für die weitere Woche einhandelt. Vielleicht merkt er nach einer gewissen Zeit, dass er dem Gebäudeautomationssystem vertrauen kann. In jedem Fall geht es um die teils unterschiedlichen Ziele zweier Parteien: Auf der einen Seite das Gebäudeautomationssystem, das für ein möglichst gutes Raumklima aller und im Sinne einer günstigen Energiebilanz des gesamten Gebäudes denkt. Und auf der anderen Seite der einzelne Nutzer mit seinen persönlichen und situativen Bedürfnissen, und sei es auch nur der Wunsch nach Aussicht.

Eine experimentelle Büro-Spielwiese


Und wie lässt sich dieses Dilemma lösen?

Der LOBSTER soll eine experimentelle Spielwiese sein, um die in Büros arbeitenden Menschen und deren Raumklimaverhalten besser verstehen zu können. Wir erhoffen uns hiermit auch Daten für eine detailliertere Modellbildung. Sie kann hilfreich sein für eine genauere Planung von Gebäuden und deren Automation. Denn die physiologischen Reaktionen von Menschen auf ein bestimmtes thermisches Raumklima sind relativ gut untersucht. Was aber fast gänzlich fehlt, ist ein genaueres Verständnis von Komfortempfinden und Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit der Einflussmöglichkeiten und des adaptiven Verhaltens zur Anpassung an ein bestimmtes Raumklima.

Verhalten sich denn die Teilnehmer in Ihrem Experiment vernünftig?

Der Ventilator wird meist genau zum richtigen Zeitpunkt eingeschaltet. Ob er in der Praxis auch wieder ausgeschaltet würde, können wir nicht beurteilen, weil es bei unserem Versuch ja bis zum Abend kontinuierlich wärmer wurde. Ein moderner Deckenventilator ist also ganz klar ein einfaches und kostengünstiges Instrument zur Steigerung von Behaglichkeit.

Aber der Sonnenschutz wurde meist viel zu spät genutzt und dann auch weniger aus thermischen als vielmehr aus Blendschutzgründen. Mit einem solchen Verhalten würden sich passiv gekühlte Gebäude unnötig stark erwärmen. Die Teilnehmer verhalten sich nicht gerade vorausschauend und auch nicht energieeffizient. Vielleicht liegt das auch daran, dass der Umgang mit Sonnenschutzeinrichtungen noch nicht wirklich erlernt ist.

Bei der Fensterlüftung ist es so, dass die Teilnehmer eigentlich morgens das Fenster hätten öffnen sollen, um kühle Luft ins Büro zu lassen. Im weiteren Tagesverlauf hätten sie das Fenster schließen müssen, um die warme Außenluft draußen zu lassen. Aber manche machten es genau umgekehrt, öffneten also das Fenster erst als es draußen wärmer war als drinnen. Andere wiederum haben sich nahezu perfekt und vorausschauend verhalten.

Simulation wird genauer – und anspruchsvoller


Wie lässt sich eine bessere Kenntnis der Nutzer für die Gebäudesimulation nutzen?

Bei der Simulation von Gebäuden werden heute noch sehr einfache Profile für das Nutzerverhalten zugrundegelegt. Das ist nicht unbedingt sehr realitätsnah, weil sich die Nutzer nicht alle gleich und nicht immer vernünftig verhalten. Hier wären vielmehr probabilistische Modelle angezeigt. Wir gehen beispielsweise davon aus, dass bei einer bestimmten Raumtemperatur die Fenster mit einer Wahrscheinlichkeit von 30 Prozent geöffnet werden. Das macht die Simulation anspruchsvoller. Aber man kann damit auch besser sehen, welche Extremwerte sich im Betrieb von Gebäuden ergeben können. Die Auslegung von Gebäuden und Gebäudeautomation kann also genauer und realitätsnäher erfolgen.

Und kann das auch dem Gebäudebetrieb helfen?

Es ist denkbar, dass die Gebäudeautomation zukünftig die Bedürfnis- und Nutzungsprofile einzelner Nutzer hinterlegt und das Raumklimamanagement nicht nur auf Basis von Wetterprognosen sondern zusätzlich auch raumbezogen oder nutzerindividuell gestalten kann. Beispielsweise würde für Menschen, die gerne das Fenster offen haben, eine andere Kühlstrategie realisiert als für Menschen, die aufgrund empfindlicher Augen keinen laufenden Ventilator mögen. Aber abgesehen von den zu klärenden datenschutzrechtlichen Fragen ist das doch noch ein gutes Stück Zukunftsmusik.

(jl)

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Das EnOB-Symposium 2014 zeigt neue Technologien, Komponenten und Systeme und deren Praxistest in wissenschaftlich evaluierten Modellprojekten. Die Veranstaltung findet vom 20. bis 21. März 2014 in Essen statt.