Indoor climate with personalized and centralized room systems

Weixin Zhao

Indoor climate with personalized and centralized room systems

Julkaisun otsikon käännös: Sisäilmasto henkilökohtaisilla ja keskitetyillä huonejärjestelmillä

Weixin Zhao

Energia- ja konetekniikan laitos

Tutkimustuotos: Doctoral Thesis › Collection of Articles

Abstrakti

Sisäilmastolla on merkittävä vaikutus työntekijöiden tyytyväisyyteen, hyvinvointiin ja terveyteen. Hyvän sisäilmaston ylläpitäminen edellyttää uusia ilmanvaihtoratkaisuja, joilla on mahdollista taata erinomaiset olosuhteet energiatehokkaasti. Nykyiseen suunnittelukäytäntöön tarvitaan paradigman muutos, jolloin keskimääräisten sisäympäristöstä siirrytään paikalliseen sisäympäristön hallintaan, joka mahdollistaa erilaiset yksilöllisten olosuhteiden toteuttamisen. Näin ollen on tarpeen ottaa käyttöön edistyneempiä järjestelmiä, joissa käyttäjät voivat vaikuttaa omaan paikalliseen mikroympäristöönsä. Tämän kokeellisen tutkimuksen tavoitteena on ollut tutkia konvektiivisten sekä yhdistettyjen konvektiivisten ja säteilevien jäähdytysjärjestelmien toimintaa henkilökohtaisella ohjauksella. Sisäilmasto arvioitiin analysoimalla lämpöviihtyvyyttä ja sisäilman laatua simuloidussa laboratorio-olosuhteissa fysikaalisilla mittauksilla ja koehenkilötesteillä. Tässä työssä tutkittiin erilaisia ilmanjakotapoja. Tutkittu puhalluskattoratkaisu sekoittaa huonetilan tehokkaasti ja toimii kuten täysin sekoittava ilmanjakotapa. Puhalluskattoratkaisulla lämpökuorman suuruudella, sijainnilla ja sen tyypillä on merkittävä vaikutus ilmanjakoon huonetilassa ja lämpömukavuuteen. Tällä järjestelmällä henkilön liikkuminen vähensi pystysuoraa lämpötilakerrostumaa ja loi erilaisen mikroilmaston lähellä työpisteitä kuin lähellä aluetta, jossa henkilö liikkui. Paikallinen konvektio- ja säteilyjäähdytysjärjestelmien yhdistelmä loi alhaisemman ilman lämpötilan, korkeamman ilmanvaihdon tehokkuuden ja pienemmän vetoriskin työympäristön lähellä olevassa mikroympäristössä kuin täysin sekoittava puhalluskattojärjestelmä. Henkilökohtaisilla mikroilmastoratkaisuilla voidaan puhaltaa ulkoilmaa suoraan hengitysvyöhykkeelle. Työpisteiden yläpuolelle asennetulla säteilypanelilla voidaan kattaa tarvittava jäähdytystehon tarve. Näin voidaan samanaikaisesti ylläpitää hyvä ilmanlaatu ja paikallinen lämpöviihtyvyys lähellä työpistettä. Lisäksi paikallisen ilmavirran henkilökohtaisen ohjauksen avulla voidaan ylläpitää koettu ilmanlaatu ja lämpöviihtyvyys hyväksyttävällä tasolla eri aktiivisuustasoilla. Erityisesti koehenkilöt pitivät hengitysvyöhykkeen lähelle asennetusta tuloilmalaitteesta. Tämä tutkimus osoittaa, että eri henkilöiden tavoiteolosuhteilla on huomattavia eroja, joka korostaa henkilökohtaisen ohjauksen tarvetta, kun halutaan taata kaikille työntekijöille viihtyisät olosuhteet.

Julkaisun otsikon käännös	Sisäilmasto henkilökohtaisilla ja keskitetyillä huonejärjestelmillä
Alkuperäiskieli	Englanti
Pätevyys	Tohtorintutkinto
Myöntävä instituutio	Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja	Kosonen, Risto, Vastuuprofessori Melikov, Arsen Krikor, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
Kustantaja	Aalto University
Painoksen ISBN	978-952-64-0348-9
Sähköinen ISBN	978-952-64-0349-6
Tila	Julkaistu - 2021
OKM-julkaisutyyppi	G5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

sisäilmasto
dynaaminen kunto
henkilökohtainen järjestelmä
ihmisen vaste
konvektiivinen ja säteilevä jäähdytys
keskitetyt huonejärjestelmät

YK:n kestävän kehityksen tavoitteet

Tämä tuotos edistää seuraavia kestävän kehityksen tavoitteita:

Pääsy asiakirjaan

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-64-0349-6

Siteeraa tätä

@phdthesis{9f3b9971ab7846789fa35e4463a05938,

title = "Indoor climate with personalized and centralized room systems",

abstract = "The indoor climate has a significant impact on occupant satisfaction, wellbeing, and health. For the existing design practice, there is a demand to design novel ventilation systems to create an excellent indoor climate in an energy-efficient manner. More generally, a paradigm shift from a uniform indoor environment to a non-uniform indoor environment accommodating various individual preferences is needed. There also is a need to introduce more advanced systems where users can influence their own local micro-environment. Thus, the objective of the thesis is to investigate the performance of convective and combined convective and radiant cooling systems with personalized control by experimental laboratory studies. The indoor climate in this study was assessed by analyzing the thermal comfort and indoor air quality in a simulated office space with physical measurement and subject tests. This thesis studies different air distribution methods. The studied diffuse ceiling ventilation is similar to fully mixed ventilation. With the former, the strength, distribution, and type of heat gain have a significant influence on air distribution and thermal comfort. The movement of a person decreased the vertical temperature gradient and created different micro-environments close to workstations compared to close to the moving area with the diffuse ceiling ventilation. Compared with diffuse ceiling ventilation alone, the combination of convective cooling and local radiant cooling systems created a lower air temperature and higher air change efficiency in the micro-environment near the workstation with less draught risk. With the micro-environment system, the local low velocity unit and personalized ventilation air terminal device can supply the outdoor air directly to the breathing zone. The radiant cooling panels were installed over the workstation to cover the cooling load. Therefore, the air quality and local thermal comfort near the workstation can be maintained at the same time. Furthermore, with the personalized control of the local airflow rate, the perceived air quality and thermal sensation are more acceptable for the subjects under various activity levels. In particular, the subjects preferred the personalized ventilation air terminal device as it is closer to the breathing zone. This research illustrates that there is significant variation between human subjects in the micro-environment control preferences, and this emphasizes the need for personalized control to ensure that all occupants are satisfied with the indoor conditions.",

keywords = "indoor climate, dynamic condition, personalized system, human response, convective and radiant cooling, centralized room systems, sis{\"a}ilmasto, dynaaminen kunto, henkil{\"o}kohtainen j{\"a}rjestelm{\"a}, ihmisen vaste, konvektiivinen ja s{\"a}teilev{\"a} j{\"a}{\"a}hdytys, keskitetyt huonej{\"a}rjestelm{\"a}t, indoor climate, dynamic condition, personalized system, human response, convective and radiant cooling, centralized room systems",

author = "Weixin Zhao",

year = "2021",

language = "English",

isbn = "978-952-64-0348-9",

series = "Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS",

publisher = "Aalto University",

number = "55",

address = "Finland",

school = "Aalto University",

}

TY - BOOK

T1 - Indoor climate with personalized and centralized room systems

AU - Zhao, Weixin

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - The indoor climate has a significant impact on occupant satisfaction, wellbeing, and health. For the existing design practice, there is a demand to design novel ventilation systems to create an excellent indoor climate in an energy-efficient manner. More generally, a paradigm shift from a uniform indoor environment to a non-uniform indoor environment accommodating various individual preferences is needed. There also is a need to introduce more advanced systems where users can influence their own local micro-environment. Thus, the objective of the thesis is to investigate the performance of convective and combined convective and radiant cooling systems with personalized control by experimental laboratory studies. The indoor climate in this study was assessed by analyzing the thermal comfort and indoor air quality in a simulated office space with physical measurement and subject tests. This thesis studies different air distribution methods. The studied diffuse ceiling ventilation is similar to fully mixed ventilation. With the former, the strength, distribution, and type of heat gain have a significant influence on air distribution and thermal comfort. The movement of a person decreased the vertical temperature gradient and created different micro-environments close to workstations compared to close to the moving area with the diffuse ceiling ventilation. Compared with diffuse ceiling ventilation alone, the combination of convective cooling and local radiant cooling systems created a lower air temperature and higher air change efficiency in the micro-environment near the workstation with less draught risk. With the micro-environment system, the local low velocity unit and personalized ventilation air terminal device can supply the outdoor air directly to the breathing zone. The radiant cooling panels were installed over the workstation to cover the cooling load. Therefore, the air quality and local thermal comfort near the workstation can be maintained at the same time. Furthermore, with the personalized control of the local airflow rate, the perceived air quality and thermal sensation are more acceptable for the subjects under various activity levels. In particular, the subjects preferred the personalized ventilation air terminal device as it is closer to the breathing zone. This research illustrates that there is significant variation between human subjects in the micro-environment control preferences, and this emphasizes the need for personalized control to ensure that all occupants are satisfied with the indoor conditions.

AB - The indoor climate has a significant impact on occupant satisfaction, wellbeing, and health. For the existing design practice, there is a demand to design novel ventilation systems to create an excellent indoor climate in an energy-efficient manner. More generally, a paradigm shift from a uniform indoor environment to a non-uniform indoor environment accommodating various individual preferences is needed. There also is a need to introduce more advanced systems where users can influence their own local micro-environment. Thus, the objective of the thesis is to investigate the performance of convective and combined convective and radiant cooling systems with personalized control by experimental laboratory studies. The indoor climate in this study was assessed by analyzing the thermal comfort and indoor air quality in a simulated office space with physical measurement and subject tests. This thesis studies different air distribution methods. The studied diffuse ceiling ventilation is similar to fully mixed ventilation. With the former, the strength, distribution, and type of heat gain have a significant influence on air distribution and thermal comfort. The movement of a person decreased the vertical temperature gradient and created different micro-environments close to workstations compared to close to the moving area with the diffuse ceiling ventilation. Compared with diffuse ceiling ventilation alone, the combination of convective cooling and local radiant cooling systems created a lower air temperature and higher air change efficiency in the micro-environment near the workstation with less draught risk. With the micro-environment system, the local low velocity unit and personalized ventilation air terminal device can supply the outdoor air directly to the breathing zone. The radiant cooling panels were installed over the workstation to cover the cooling load. Therefore, the air quality and local thermal comfort near the workstation can be maintained at the same time. Furthermore, with the personalized control of the local airflow rate, the perceived air quality and thermal sensation are more acceptable for the subjects under various activity levels. In particular, the subjects preferred the personalized ventilation air terminal device as it is closer to the breathing zone. This research illustrates that there is significant variation between human subjects in the micro-environment control preferences, and this emphasizes the need for personalized control to ensure that all occupants are satisfied with the indoor conditions.

KW - indoor climate

KW - dynamic condition

KW - personalized system

KW - human response

KW - convective and radiant cooling

KW - centralized room systems

KW - sisäilmasto

KW - dynaaminen kunto

KW - henkilökohtainen järjestelmä

KW - ihmisen vaste

KW - konvektiivinen ja säteilevä jäähdytys

KW - keskitetyt huonejärjestelmät

KW - indoor climate

KW - dynamic condition

KW - personalized system

KW - human response

KW - convective and radiant cooling

KW - centralized room systems

M3 - Doctoral Thesis

SN - 978-952-64-0348-9

T3 - Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS

PB - Aalto University

ER -

Indoor climate with personalized and centralized room systems

Abstrakti

Tutkimusalat

YK:n kestävän kehityksen tavoitteet

Pääsy asiakirjaan

Sormenjälki

Siteeraa tätä