Doświadczaj przestrzeni, zanim zostaną zbudowane

Widok zewnętrzny nowego laboratorium IEQ Instytutu Hermanna Rietschela (HRI) Politechniki Berlińskiej.

Widok wnętrza nowego laboratorium IEQ: 54 indywidualnie regulowane moduły powierzchniowe na ścianach i suficie mogą być ogrzewane lub chłodzone. Elektryczne tekstylia grzewcze oraz wodne maty kapilarne umożliwiają szybkie zmiany temperatury.

Specyfika laboratorium polega na ścisłym połączeniu wirtualnej rzeczywistości z rzeczywiście odtworzonymi warunkami przestrzennymi. Osoby badane widzą przez gogle VR na przykład pomieszczenie biurowe z określonymi oknami, warunkami oświetleniowymi lub geometrią przestrzeni.

Jak ciepłe powinno być pomieszczenie, ile światła potrzebujemy i kiedy powietrze odczuwamy jako przyjemne? W nowym laboratorium IEQ Instytutu Hermanna Rietschela (HRI) TU Berlin można badać te kwestie w ściśle kontrolowanych, a zarazem realistycznych warunkach. Laboratorium łączy w tym celu niezwykle elastyczne pomieszczenie klimatyczne z wirtualną rzeczywistością. Temperaturę, powietrze, oświetlenie i wizualną aranżację pomieszczenia można celowo zmieniać i łączyć ze sobą. Dzięki temu naukowcy mogą badać, jak różne warunki wpływają na zdrowie, samopoczucie i wydajność oraz jak w przyszłości projektować budynki, które będą jednocześnie komfortowe, zdrowe i energooszczędne.

Wirtualne pomieszczenia, rzeczywisty klimat

Wyjątkowość laboratorium polega na ścisłym połączeniu wirtualnej rzeczywistości z rzeczywiście generowanymi warunkami panującymi w pomieszczeniu. Osoby uczestniczące w badaniu widzą przez okulary VR na przykład biuro z określonymi oknami, warunkami oświetleniowymi lub geometrią pomieszczenia. Jednocześnie pomieszczenie klimatyczne wytwarza dokładnie odpowiadające im warunki termiczne. Jeśli osoba uczestnicząca w badaniu otworzy w wirtualnej rzeczywistości okno, natychmiast odczuje powstający w związku z tym ruch powietrza – i to dokładnie z tego kierunku, z którego napływa on również w wirtualnym pomieszczeniu.

W tym celu można ogrzewać lub chłodzić 54 indywidualnie regulowane moduły powierzchniowe na ścianach i suficie. Elektryczne tekstylia grzewcze oraz wodne maty kapilarne umożliwiają szybkie zmiany temperatury. W ciągu zaledwie 30 sekund temperatury powierzchni mogą zmienić się nawet o pięć kelwinów. Wydajny system klimatyzacji pozwala ponadto na precyzyjne ustawienie temperatury i wilgotności powietrza oraz jego przepływu. Możliwe jest także odwzorowanie różnych rodzajów wentylacji, takich jak wentylacja mieszająca i wyporowa.

Równolegle liczne czujniki rejestrują między innymi temperaturę powietrza i temperaturę operacyjną, wilgotność powietrza, stężenie CO₂ oraz natężenie oświetlenia. W ten sposób można badać wpływ czynników termicznych, wizualnych i związanych z higieną powietrza zarówno oddzielnie, jak i we wzajemnym powiązaniu, a następnie zestawiać je z odczuciami osób badanych.

„Największą zaletą laboratorium IEQ jest możliwość badania wnętrz w ściśle kontrolowanych, a zarazem realistycznych warunkach. Warunki termiczne, wizualne i akustyczne oraz jakość powietrza można celowo i powtarzalnie zmieniać, a następnie łączyć z najróżniejszymi wirtualnymi koncepcjami pomieszczeń. W badaniach terenowych jest to możliwe tylko w ograniczonym zakresie. Dzięki temu możemy systematycznie analizować, jak różne koncepcje pomieszczeń oddziałują na człowieka i jak jednocześnie optymalizować efektywność energetyczną” – mówi Lukas Schmitt.

Kiedy pomieszczenie jest naprawdę dobre?

Laboratorium jest częścią bardziej fundamentalnego podejścia badawczego realizowanego w ramach projektu EnOB: GEnEff (Nowatorska ocena efektywności energetycznej budynków). Dotychczas efektywność energetyczną budynku oceniano przede wszystkim na podstawie ilości energii zużywanej podczas jego eksploatacji. Komfort i jakość środowiska wewnętrznego, które to zużycie energii faktycznie zapewnia ludziom, są natomiast uwzględniane tylko w ograniczonym zakresie. Zespół badawczy HRI opracował dlatego podejście łączące oba te aspekty. Tak zwany wskaźnik GEnEff odnosi prawdopodobieństwo akceptacji klimatu wewnętrznego przez użytkowników do niezbędnego w tym celu jednostkowego zapotrzebowania na energię. Efektywność energetyczna ma być zatem oceniana nie tylko na podstawie zużycia, lecz także rzeczywistych korzyści, jakie budynek zapewnia przebywającym w nim ludziom.

Jak ważna jest ta perspektywa, pokazało już badanie przeprowadzone w dwóch certyfikowanych pod względem zrównoważonego rozwoju biurowcach. Pomiędzy udokumentowanymi wartościami certyfikacyjnymi a rzeczywistymi odczuciami użytkowników badacze stwierdzili niekiedy rozbieżności sięgające 50 procent – szczególnie w zakresie jakości powietrza w pomieszczeniach i możliwości samodzielnego wpływania na klimat pomieszczenia.

Temperatura zmienia także odczuwanie powietrza

W laboratorium IEQ nowe podejście zostało już przetestowane w badaniu z udziałem osób badanych. Naukowcy połączyli w nim różne temperatury operacyjne, od 20 do 28 stopni Celsjusza, z różnymi natężeniami oświetlenia, przy stałej jakości powietrza i akustyce.

Wyniki pokazują, jak ściśle powiązane są ze sobą poszczególne czynniki jakości środowiska wewnętrznego. Osoby uczestniczące w badaniu postrzegały ciepłe pomieszczenia jako pomieszczenia o gorszej jakości powietrza – niezależnie od rzeczywistego stężenia CO₂. W badaniu komfort cieplny miał największy wpływ na ogólną ocenę pomieszczenia – wynoszący 33 procent. Następnie uplasowały się postrzegana jakość powietrza w pomieszczeniu – 26 procent, komfort wizualny – 23 procent oraz akustyka – 18 procent.

Przeprowadzone następnie badanie terenowe w 16 miejscach pracy i zamieszkania potwierdziło, że wnioski uzyskane w laboratorium można przenieść także na rzeczywiste budynki. Funkcja komfortu opracowana w laboratorium IEQ prawidłowo przewidziała ocenę jakości środowiska wewnętrznego w 81 procentach analizowanych przypadków.

Oszczędzać energię bez utraty jakości pomieszczeń

Dzięki laboratorium IEQ TU Berlin dysponuje obecnie infrastrukturą badawczą, która pozwala znacznie bardziej szczegółowo analizować wzajemne oddziaływanie człowieka, budynku i zużycia energii. W przyszłości będzie można uwzględniać kolejne czynniki wpływające na jakość środowiska wewnętrznego oraz testować różne koncepcje budynków już w warunkach laboratoryjnych.

Badania mają szczególne znaczenie w kontekście zmian klimatu i rosnących wymagań dotyczących efektywności energetycznej budynków. Samo możliwie niskie zapotrzebowanie na energię nie czyni jeszcze budynku dobrym. Decydujące znaczenie ma raczej osiągnięcie wysokiej jakości środowiska wewnętrznego przy możliwie niskim zużyciu energii. Metody opracowane w ramach projektu mogą zatem w dłuższej perspektywie okazać się interesujące także dla procedur certyfikacyjnych, norm i wytycznych. Celem jest projektowanie budynków, w których oszczędności energii nie odbywają się kosztem zdrowia, komfortu i zadowolenia użytkowników.

Poza projektem GEnEff laboratorium IEQ ma być wykorzystywane również w projektach badawczych i rozwojowych oraz w dydaktyce uniwersyteckiej. Stwarza tym samym nowe możliwości projektowania budynków przyszłości z perspektywy ludzi, którzy codziennie w nich przebywają.

Laboratorium IEQ powstało w ramach projektu badawczego „EnOB: GEnEff”, finansowanego przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energii (BMWE). Oprócz Instytutu Hermanna Rietschela TU Berlin w projekcie uczestniczyła Katedra Planowania i Techniki Instalacyjnej Uniwersytetu Sztuk w Berlinie, kierowana przez prof. dr. Christopha Nytscha-Geusena.