离在办公室提供定制气候控制又近了一步

EPFL 研究人员表明，人们对办公室温度的看法可能会有很大差异。因此，个性化气候控制有助于提高工人的舒适度，同时节省能源。

全球变暖意味着热浪变得越来越频繁。与此同时，我们正在全球争分夺秒地争取到 2050 年减少建筑物的能源使用和碳足迹。这凸显了将建筑物的热舒适性作为战略和经济优先事项的重要性。这是 EPFL 建筑、土木与环境工程学院 (ENAC) 终身助理教授兼与智能生活相关的综合舒适工程 (ICE) 实验室负责人 Dolaana Khovalyg 进行的研究重点弗里堡的实验室。

在她的最新研究中，作为一份简短的前沿报告发表在《肥胖》杂志上杂志上，她强调了为每张办公桌提供个性化热调节和加热的好处，而不是在整个开放空间保持标准温度。Khovalyg 和她的团队在他们收集的人体热生理数据显示，在正常办公条件下，个体表现出不同程度的热舒适​​度后，得出了这一结论。

跨学科研究

研究人员采用跨学科方法，将应用工程技术和人体生理学知识结合起来，研究人类与建筑的相互作用。对于更多的生理方面，Khovalyg 与弗里堡大学医学系能量学和高级营养学 (LEAN) 实验室负责人 Yann Ravussin 合作。

“目前，空调系统面向的是空间，而不是人，”Khovalyg 解释道。“它们经过校准以确保标准个体的舒适度，但不考虑温度感知的主要差异。然而在过去几年中，研究表明我们对室内温度的感觉非常不同。” 我们的年龄和性别会影响我们的新陈代谢，新陈代谢会根据我们的饮食、季节和昼夜节律而波动。所有这些因素都会影响人们在室温下的舒适度。

“冬天办公室的平均温度是 21°C。在那个温度下，有些人温暖，有些人凉爽——80% 的人很开心，但 20% 的人不开心。我们的目标是确保每个人都感到舒适，也不例外，”Khovalyg 说。“人类是热力发动机;我们产生热量，然后必须将其散发到周围环境中。我们现在拥有测量每个人每分钟散发多少热量的技术和工具。”

ICE 气候室中模块化表面加热和冷却系统的红外图像。图片来源：© D.Khovalyg，EPFL 2022

能量消耗的主要变化

研究人员分析了六个人的能量消耗，其中包括一个可以共享同一办公空间的普通人的无偏见样本。在三个多月的时间里，他们在弗里堡 ICE 实验室的一个特殊气候控制室(温度范围从 16°C 到 24°C)中参加了一系列实验。他们进行日常活动，如坐、站和吃饭。Khovalyg 解释说，六个人的样本就足够了，因为该研究的目的是比较个人数据，而不是产生统计数据或平均值。

测量人们能量消耗的研究通常集中在极端情况;例如，他们观察在恶劣环境中探险的运动员、探险家或人员。普通上班族的能量消耗——Khovalyg 研究的重点——很少被检查。

研究人员发现个体之间存在重大差异，包括两个体型相似的男性执行完全相同的办公室任务。更有针对性的分析显示，即使在 24°C 的室温下，血管收缩也存在重大差异，这是血压在例如人的胸部和指尖之间的调节方式。“这在女性中尤为突出——一些女性的手比其他女性的手变冷得更快，”Khovalyg 说。

道德挑战

准确测量个人能源消耗的能力为新型技术铺平了道路，将收集的数据输入中央供暖和制冷系统，以便它们可以实时调节给定区域的温度，从而优化建筑物的能量消耗。目前，加热和冷却的桌椅通常具有有限的温度设置，但这项技术将使为每个办公室工作人员定制温度成为可能。

Khovalyg 承认，用于这项研究的测量设备有些笨重——参与者必须戴上硅胶面罩，并在全身各处放置可穿戴传感器。“下一步是寻找侵入性较小的方法来获取我们需要的数据，”Khovalyg 说。“市场上的智能手表仍然存在太大的误差范围，因此我们目前正在使用红外摄像头，当通过人体生理模型增强时，它可以更准确地监测几个人的非侵入性。数据可以收集并通过集成到气候控制系统中的数据驱动算法进行处理。” 她认为这项技术将在未来十年内应用于智能建筑。

伦理是这类研究的主要挑战之一，一些问题——例如如何大规模处理个人数据——仍然需要解决。目前摆在桌面上的一种选择是使用实际上不存储任何个人数据的非侵入式测量设备。“例如，我们正在研究可以放置在员工椅子上而不是身体上的传感器，”Khovalyg 说。“但无论如何，必须告知在配备这项技术的智能建筑中工作的人该技术正在使用中。”