Forschergruppen im Bereich der thermischen Behaglichkeit
Im Folgenden werden eine Reihe der wichtigsten weltweiten Forschergruppen und Forschungseinrichtungen vorgestellt, die sich mit dem Thema der thermischen Behaglichkeit auseinandersetzen. Zusätzlich dazu werden Links zu den entsprechenden Internetauftritten verknüpft, so dass sich bei tiefer gehendem Interesse dort weitere Informationen finden lassen.
Center for the Built Environment (CBE), UC Berkeley, USA, Prof. Edward Arens, Ph.D.
Prof. Arens ist emeritierter Professor der Architektur an der UC Berkeley und leitet das “Center for the Built Environment”. Als stellvertretende Direktorin steht ihm dazu Prof. Gail Brager, Ph.D. zur Seite. Als Forschungsschwerpunkte des Centers werden „Indoor Environment Quality (IEQ)“, „Building HVAC Systems“, „Building Envelope Systems“, „Human Interactions“ und „Sustainability, Whole Building Energy, and Other Topics“ genannt. Vor allem der Schwerpunkt IEQ weist eine Reihe an wesentlichen Projekten im Bereich der thermischen Behaglichkeit auf. So erarbeitete Hui Zhang, Ph.D. im Rahmen ihrer Dissertation und weiterer Forschungsaktivitäten ein erweitertes menschliches thermisches Komfortmodell („Advanced Human Thermal Comfort Model“), welches vor allem für nichthomogene Innenraumumgebungen entwickelt wurde. Weitere Forschungsprojekte umfassen unter anderem „Advanced Personal Comfort Systems“ und „Thermal Comfort in Non-Uniform Environments“. Zudem wird auf Basis der ASHRAE 55 auf der Internetseite des CBEs ein umfangreiches, webbasiertes Berechnungstool für den thermischen Komfort bereitgestellt, welches neben den grundlegenden sechs frei wählbaren Eingangsgrößen auch weitere zusätzliche Parametervariation zulässt. Darunter fallen zum einen die Globe-Temperatur, die kurzwellige Sonneneinstrahlung, der Umgebungsdruck und zum anderen die Einstellung von asymmetrischen Randbedingungen wie Strahlungsasymmetrie und vertikaler Temperaturgradient. Weitere Informationen zum CBE und aktuellen Forschungsaktivitäten und dem Berechnungsmodell finden sich unter den folgenden Links:
https://www.cbe.berkeley.edu/index.htm
http://comfort.cbe.berkeley.edu/
Faculty of Architecture, Design and Planning, University of Sydney, Australien, Prof. Richard de Dear, Ph.D.
Prof. de Dear leitet den Forschungsbereich „Architectural Science“ an der Fakultät für Architektur, Design und Planung an der Universität von Sidney in Australien. In seinen Forschungsaktivitäten beschäftigen er und sein Team sich mit der Frage, wie die Anforderungen von Menschen an Innenräume und Gebäude aussehen und wie sich diese Anforderungen mit einem effizienten Gebäudebetrieb in Einklang bringen lassen. Dazu stehen drei Forschungslabore („Indoor Environmental Quality Lab”, das „Spatial Audio + Acoustics Lab“, „Lighting Lab“) zur Verfügung, um die Bereiche „Thermische Behaglichkeit, Luftqualität und Produktivität“, „Innenraum-Akustik“ und „Licht“ zu untersuchen. In den vergangenen drei Jahrzehnten hat er dazu mehr als 300 peer-reviewed Artikel und eine Reihe an Fachbüchern veröffentlicht. Zusammen mit Gail Brager (CBE, Berkeley University) entwickelte er das Adaptive Komfortmodell, welches seitdem großen Einfluss im Bereich der Normung aufweist. So findet es Anwendung in der ASHRAE 55-2004, 2010, 2013 und prägte darüber hinaus die Normung in Europa (CEN) und viele weitere nationale Normen unter anderem in den Niederlanden, China und Indien. Zudem wird es weltweit bei der Planung und Auslegung von sogenannten „Green Buildings“ eingesetzt. Weitere Informationen zu den Forschungsaktivitäten von Prof. de Dear und seinem Team können unter folgendem Link gefunden werden:
http://sydney.edu.au/architecture/research/arch-science
Environmental Ergonomics Research Center, Design School, Loughborough University of Technology (LUT), Großbritannien, Prof. George Havenith, Ph.D.
Professor Havenith leitet die Forschungsgruppe “Environmental Ergonomics” an der Design School der Loughborough University of Technology und beschäftigt sich mit der Interaktion von Menschen mit der physikalischen Umgebung. Dabei werden sowohl Innen- als auch Außenumgebungen im Arbeits- und Freizeitbereich unter Bedingungen im Komfortbereich bis hin zu extremen Belastungen betrachtet. Schwerpunkte seiner Forschung sind zum einen die menschliche thermoregulatorische Physiologie und Umgebungsergonomie und zum anderen der Wärme- und Feuchtigkeitstransport durch Kleidung. Durch eine Verknüpfung dieser beiden Felder können darüber hinaus auch Forschungsaktivitäten im Bereich der Kleidungsergonomie erschlossen werden. Dabei wählt er in seinem Team einen multidisziplinären Ansatz zwischen Physiologie, Physik und Ergonomie. Neben experimentellen Studien zählen auch die Erarbeitung von theoretischen Modellen zur Abbildung der gewonnenen Daten zu den genutzten Arbeitsmethoden. Deren Ergebnisse sind mittlerweile in einer Vielzahl in den Normungsbereich (ISO und EN) eingeflossen. Darüber hinaus kann er neben mehr als 250 eigenen wissenschaftlichen Publikationen eine Arbeit als Editor des „European Journal of Applied Physiology“ und des „Journal of the Human-Environment System“ und in der Redaktionsleitung der Fachzeitschriften „Ergonomics“, „International Journal of Occupational Safety and Ergonomics“, „Biometeorology“ und „Journal of Sports Engineering and Technology“ vorweisen. Darüber hinaus gehört Prof. Ken Parsons (Emeritus) der Forschungsgruppe an, welcher ebenfalls herausragende Forschungsaktivitäten im Bereich der menschlichen Physiologie und der Kleidungsergonomie aufweisen kann. Eines seiner bekanntesten Werke ist das Buch „Human Thermal Environments“, welches im Jahr 2013 in der dritten Edition herausgegeben wurde und einen sehr umfassenden Überblick über die menschliche thermoregulatorische Physiologie und das Zusammenspiel mit Bekleidung darstellt. Weiterführende Informationen zur Environmental Ergonomics Research Group und den aktuellen Forschungsaktivitäten sind unter folgenden Link zu finden:
http://www.lboro.ac.uk/departments/design-school/research/environmental-ergonomics/
Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (IfADo), Deutschland, Prof. Dr. med. Jan G. Hengstler
Prof. Hengstler leitet das Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (IfADo), welches die Potenziale und Risiken moderner Arbeit auf lebens- und verhaltenswissenschaftlicher Grundlage erforscht. Aus den Erkenntnissen werden Prinzipen für eine adäquate Gestaltung der Arbeitswelt zur Förderung von Leistung, Gesundheit und Wettbewerbsfähigkeit gewonnen. Neben dem Forschungsbereich Ergonomie, wird der Forschungsbereich Immunologie von Prof. Dr. rer. nat. Carsten Watzl geleitet. Hier arbeitet Dipl.-Math. Peter Bröde als Experte im Bereich der thermophysiologischen Modellierung im Kontext der COST Aktion 730 “Towards a Universal Thermal Climate Index UTCI for Assessing the Thermal Environment of the Human Being”. Weitere Informationen zu den Forschungsaktivitäten des IfaDo und zum Universal Thermal Climate Index (UTCI) finden sich unter den folgenden Links:
Department of the Built Environment, Building Physics and Services, Technische Universiteit Eindhoven, The Netherlands, Prof. Dr.-Ing. Jan L.M. Hensen
Prof. Hensen leitet den Lehrstuhl „Buildung Performance“ im Bereich „Building Physics and Services“ am „Department of Built Environment“ der Technischen Universität Eindhoven und ist zudem Teilzeit-Professor am „Department of Mechanical Engineering” der Czech Technical University in Prag. Sein Forschungsschwerpunkt liegt auf der computergestützten Modellierung und Simulation zur Optimierung des Entwurfs und Betriebs von modernen Gebäuden. Dabei wird besonders den Faktoren Energiebedarf und Qualität der Innenraumumgebung Beachtung geschenkt. Mit diesen Themen ist der Lehrstuhl darüber hinaus am Programm „Smart Cities Center“ beteiligt, bei dem es um Frage geht, wie sich Städte am besten planen und anpassen lassen, um „smarte“, nachhaltige und komfortable Lebensumgebungen zu schaffen. Weitere Informationen zu Prof. Hensen, dem Lehrstuhl „Building Performance“ und dessen Forschungsprojekte lassen sich unter den folgenden Links finden:
Institute for Energy Efficient Buildings and Indoor Climate, E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen, Deutschland, Prof. Dr. Ing. Dirk Müller
Prof. Müller leitet den Lehrstuhl für Gebäude und Raumklimatechnik am E.ON Forschungscenter der RWTH Aachen University (Fakultät Maschinenwesen). Sein Forscherteam im Bereich Nutzerverhalten und Komfort beschäftigt sich mit dem Zusammenspiel aus Lüftungs- und Klimatechnik, dem Nutzer(-verhalten), dem jeweiligen Innenraum und dem daraus resultierenden thermischen Komfort. Als typische Innenräume werden dabei insbesondere Wohngebäude, Fahrzeug- und Flugzeugkabinen untersucht. Aber auch grundlegende Untersuchungen in generischen Prüfständen sind Teil dieser Arbeiten.
Grundlegende Untersuchungen zu Einsatzbereichen von Quellluftsystemen bei einer Variation der mittleren Raumtemperatur und des vorliegenden Gradienten werden im Aachener Comfort Cube (ACCu), einem generischen, hochmodularen Klimaprüfstand durchgeführt. Bei diesen Arbeiten werden Unterschiede zu bestehender Normungsarbeit hinsichtlich des Akzeptanzbereichs von Gradienten zwischen Fuß- und Kopfbereich aufgezeigt. Die gewonnenen Ergebnisse weisen im Gegensatz zu dem in der Norm dargestellten quadratischen Verlauf des Anteils der Unzufriedenen über den Gradienten einen deutlich lineareren Verlauf sowie einen niedrigeren Gesamtanteil an Unzufriedenen im Grenzbereich auf. Weitere Informationen zu Forschungsaktivitäten und Veröffentlichungen finden sich unter:
http://www.ebc.eonerc.rwth-aachen.de
Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, Prof. Bjarne W. Olesen, Ph.D.
Prof. Oleson ist Leiter des „International Centre for Indoor Environment and Energy“ (ICIEE) an der Technischen Universität von Dänemark in Lyngby, dessen Forschungsschwerpunkt auf dem Erreichen eines gesunden, behaglichen und produktiven Innenraumklimas unter minimalem Energieaufwand liegt. Hinsichtlich der thermischen Behaglichkeit steht Prof. Oleson neben Prof. Jørn Toftum, welcher die Forschergruppe „Field Studies & Thermal Environments“ leitet, zudem direkt der Gruppe „Thermal Comfort Radiant Heat/Cool Systems“ vor. Weitere Informationen zu zum ICIEE lassen sich unter folgendem Link finden:
Department of Architecture, Waseda University in Tokio, Japan, Prof. Dr. Shin-ichi Tanabe
Prof. Tanabe leitet das “Shin-ichi Tanabe Laboratory” am “Department of Architecture” an der Waseda University und ist Direktor des “Research Institute for Building Environmental Design”, welches der “Advanced Collaborative Research Organization for Smart Society (ACROSS)” angehört. Seine Forschungsschwerpunkte liegen auf dem effizienten Energieeinsatz bei Gebäuden und dem thermischen Komfort in Innenräumen. In diesem Kontext entstand unter seiner Führung das JOS-2 Modell, welches ein menschliches Thermoregulationsmodell darstellt und auf den Modellen von Stolwijk und dem ebenfalls von Prof. Tanabe bereits in 2002 entwickelten JOS-Modell basiert. Die Anwendung und Weiterentwicklung dieses Modells findet in den Forschungsprojekten statt wie bspw. bei einer Komfortuntersuchung in Fahrzeugen, wo transiente und asymmetrische Randbedingungen vorliegen und aus dem Gebäudebereich übliche Verfahren wie PMV und SET* an ihre Grenzen stoßen. Weitere Informationen zum Shin-ichi Tanabe Laboratory und zu aktuellen Projekten lassen sich unter http://www.tanabe.arch.waseda.ac.jp/en/ finden. Der Auftritt von Prof. Tanabe im Kontext von ACROSS ist unter folgendem Link zu finden: http://www.waseda.jp/across/en/laboratory/labo_tanabe/.
Department of Human Biology / Movement Sciences, Maastricht University Medical Center, The Netherlands, Prof. Dr. Wouter D. van Marken Lichtenbelt
Prof. van Marken Lichtenbelt ist ein Biologe und Leiter der Forschungsgruppe „Energiestoffwechsel und Thermoregulation“ in der Abteilung für Human Biologie / Bewegungswissenschaften (NUTRIM School of Nutrition and Translational Research in Metabolism), an der Maastricht University. Sein Forschungsschwerpunkt ist die Analyse von individuellen Unterschieden des gesamten Körperstoffwechsels und den zugrundeliegenden Mechanismen. Ein wesentlicher Aspekt der Forschung stellt die Untersuchung von alltäglichen moderaten thermischen und visuellen Umgebungen und deren Auswirkungen auf die Physiologie und Gesundheit dar. Unter anderem führte dies zur Entdeckung des sogenannten „braunen Fetts“, eine wärmeproduzierende Gewebeschicht, welche unter gemäßigt-kühlen Umgebungen aktiviert wird. Diese Forschung schließt die Lücke zwischen der Betrachtung des Metabolismus des gesamten Körpers und modernen Krankheiten die im Zusammenhang mit dem metabolischen Syndrom stehen (Adipositas, Typ-2-Diabetes und Herz-Kreislauf-Krankheiten). Besondere Aufmerksamkeit wird dem Einfluss des Innenraumklimas auf die thermische Behaglichkeit und auf das Langzeitgesundheitsverhalten gewidmet. Zudem wird untersucht, wie sich die menschliche Physiologie auf das Nutzerverhalten auswirkt. Die Ergebnisse der Untersuchungen fließen dabei in die Entwicklung eines numerischen thermo-physiologischen Berechnungsmodells ein. Weitere Informationen zu den Forschungsaktivitäten der NUTRIM und Prof. van Marken Lichtenbelt können unter den folgenden Links gefunden werden:
https://www.maastrichtuniversity.nl/markenlichtenbelt/research
Institute of Energy Efficiency and Sustainable Building, RWTH Aachen, Deutschland, Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck
Prof. van Treeck leitet den Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen an der Fakultät Bauingenieurwesen der RWTH Aachen University, dessen Forschungsschwerpunkte aus den Themen "Raumklima und Energieeffizienz", "Gebäudehülle und Gebäudetechnik" und "Modellierung und Simulation" bestehen. Dabei werden die Fragestellungen in interdisziplinären Teams betrachtet, so dass das System Mensch im Zusammenhang mit dem Raumklima auch unter Aspekten des Nutzerverhaltens und der Sozioökonomie in Zusammenarbeit mit Psychologen analysiert werden kann. Weiterhin zählen Probandenversuche und die Weiterentwicklung von Klimasensoren zu den Tätigkeitsfeldern. Großes Interesse wird zudem der Nachbildung des Energiehaushaltes des Menschen mittels detaillierter thermophysiologischer Modelle gewidmet. Informationen zu Forschungsprojekten und Publikationen finden sich unter:
Fachgebiet Bauphysik und technischer Ausbau (fbta), Fakultät für Architektur, Karlsruher Institut für Technologie, Deutschlan, Prof. Dipl.-Ing. Andreas Wagner
Prof. Wagner leitet das Fachgebiet Bauphysik und technischer Ausbau (fbta) der Fakultät Architektur am Karlsruher Institut für Technologie und befasst zum einen unter dem Kontext Energie mit dem Monitoring und der Performance-Analyse von Gebäuden (Benchmarking, energetische Betriebsoptimierung, Monitoring-Software), integralen Gebäude- und Energiekonzepten und simulationsbasierten Systemoptimierungen (Betrieb, Lastmanagement, Netzinteraktion). Zum anderen der weitere Forschungsschwerpunkt auf dem Bereich Aufenthaltsqualität im Innenraum. Hier werden die Nutzerzufriedenheit am Arbeitsplatz (Befragungen, Komfort-Indizes, Zertifizierung), der Komfort (thermisch, visuell) und das Nutzerverhalten unter transienten Bedingungen im Sommer untersucht. Dr. Marcel Schweiker befasst sich in diesem Kontext mit experimentellen Untersuchungen und Feldmessungen zur sommerlichen thermischen Behaglichkeit in Gebäuden. Dazu arbeitet er unter anderem an den Projekten „Thermischer Komfort und Schmerz: Verstehen von menschlicher Adaption an Störfaktoren durch die Kombination psychologischer, physikalischer und physiologischer Messungen und Messmethoden“ und „Validierung und Modellierung von Nutzerinteraktionen und deren algorithmische Implementierung in der Gebäudautomation (ValMoNuI)“, welches zusammen mit den Lehrstühlen von Prof. Dirk Müller und Prof. Christoph van Treeck und dem Fraunhofer Institut für Bauphysik, Holzkirchen bearbeitet wird. Zudem ist ValMoNuI in den IEA EBC Annex 66 angegliedert. Weiterführende Informationen zum fbta und den Forschungsaktivitäten sind unter folgendem Link zu finden:
J. B. Pierce Foundation Laboratory, New Haven, Conneticut, U.S.
Am J. B. Pierce Foundation Laboratory, welches an der Yale University angegliedert ist, entstanden durch die Arbeiten von Jan A. J. Stolwijk und James D. Hardy und kurze Zeit später durch A.P. Gagge grundlegende Arbeiten zur numerischen Modellierung des menschlichen Thermoregulationssystems. Die aktuelle Ausrichtung dieses Forschungszentrums hat noch immer den Menschen und seine Gesundheit im Fokus, allerdings wird der Schwerpunkt aktuell weniger auf die thermische Behaglichkeit gelegt.
Windsor-Konferenz
Neben den aufgeführten Forschungsgruppen und Einrichtungen bietet vor allem die im Rhythmus von zwei Jahren unter dem Motto „Making Comfort Relevant“ stattfindende Windsor-Konferenz die Möglichkeit, einen Überblick über die aktuellen internationalen Forschungstätigkeiten im Bereich der thermischen Behaglichkeit zu gewinnen. Im Jahre 2016 bestand das Organisationskomitee aus Prof. Fergus Nicol, Prof. Susan Roaf Dr. Luisa Brotas und Prof. Michael Humphreys. Besonders Prof. Fergus Nicol (Emeritus) von der London Metropolitan University, UK und Prof. (Emeritus) Michael Humphreys von der Oxford Brookes University, UK sind maßgeblich hinsichtlich der Arbeiten an dem adaptiven Komfortmodell zu nennen. Nicol leitete zudem das EU Forschungsprojekt „Smart Controls and Thermal Comfort“ (SCATS), dessen Ergebnisse die Grundlage für die EN 15251 darstellte. Neben weiteren Veröffentlichungen in Fachzeitschriften erarbeitete er das Komfort-Kapitel im Chartered Institution of Building Services Engineers (CIBSE) Guide A. Gleichzeitig ist er Mitglied in der CIBSE Arbeitsgruppe für Überhitzung in Gebäuden und entwickelt dort entsprechende Richtlinien. Prof. Humphreys arbeitete seit 2001 als Professor an der School of Architecture an der Oxford Brooks University, Großbritannien. Seine aktuellen Forschungen beschäftigen sich mit der statistischen Analyse von großen Datenmengen aus Feldstudien, die Analyse der Logikstruktur und Modellierung des menschlichen Adaptionsverhaltens in Innenräumen und die Einbringung dieser Erkenntnisse in britische sowie europäische Richtlinien und Normen. Weitere Informationen zur Windsor-Konferenz finden sich unter: