Lighting, shading and ventilation controls : a study of user behavior in office buildings

Abstract

Diese Arbeit umfasst Ergebnisse einer Langzeitfeldstudie über die Interaktion von Gebäudenutzern und dem Gebäude an Hand von zwei Bürogebäuden in Österreich. Besonderes Interesse galt der empirischen Beobachtung von steuerungsorientiertem Nutzerverhalten bezüglich Beleuchtung, Beschattung und natürlicher Belüftung. Die Erkenntnis von möglichen Zusammenhängen zwischen dem Verhalten von Gebäudenutzern einerseits und inneren bzw. äußeren Parametern andererseits ist die Grundlage für die Optimierung der Gebäudeperformance. Bei einem Gebäude handelt es sich um ein Verwaltungsgebäude der Bezirksverwaltung mit regelmäßigem Parteienverkehr in Hartberg, Steiermark. Das zweite Gebäude, ein Hochhauskomplex, befindet sich in Wien und ist Sitz einer internationalen Organisation. In diesem Gebäude gibt es keinen Parteienverkehr.<br />Objektive Daten, wie die Präsenz der Nutzer, der Zustand der Beleuchtung (ein/aus), Innen- und Außenparameter wie etwa Beleuchtungsstärke, relative Feuchtigkeit und Temperatur, sowie der Öffnungsgrad der Beschattungseinrichtungen und Fenster (offen/geschlossen), wurden in fünfminütigen Intervallen gemessen. Der Messzeitraum betrug beim ersten Gebäude neun Monate (November 2005 bis Juli 2006) und beim zweiten Gebäude ein Jahr (Jänner bis Dezember 2005). Subjektive Daten wurden mit Fragebögen und Interviews erhoben.<br />Um die Hypothese eines Zusammenhangs zwischen Nutzerverhalten und Umgebungsparametern zu überprüfen wurden die gesammelten Daten analysiert. Zur Datenanalyse wurden diesbezüglich drei Applikationen entwickelt. Das primäre Ziel der Analyse bestand darin den prädizierten Zusammenhang objektiv darzulegen und den Einfluss von Nutzerverhalten auf die Gebäudeperformance zu quantifizieren.<br />Die Arbeit zeigt, dass steuerungsorientiertes Nutzerverhalten zum Teil mit Innen- und Außenparametern korreliert. Je genauer das Verhalten von Nutzern bekannt ist umso präziser kann die Performance des Gebäudes und der Energieverbrauch prognostiziert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen dazu bei robuste Modelle für Nutzerverhalten für die Verwendung in der Gebäudesimulation und Gebäudeautomation, sowie für das Energiemanagement und Energie-Contracting zu generieren, um Energieeffizienz und Nutzerkomfort sowie die Entwicklung von Bedienelementen der Haustechnik zu fördern.<br />

This work presents results of a study of user interaction with building systems (lighting, shading and ventilation) in office buildings. The focus of the project is to observe and analyze the control-oriented occupants' behavior toward lighting, shading and natural ventilation systems based on a long-term study in two office buildings in Austria. Discovering possible relationships between behavior of occupants and internal /external environment parameters increase knowledge about building performance. The first building is a governmental organization located in Hartberg, Austria. The occupants regularly receive clientele with administrative questions and requests.<br />The second object is a high-rise office complex that is a seat of international organizations in Vienna, Austria.<br />Internal and external parameters; state of occupancy (Presence/absence), state of lights (on/off), indoor and outdoor illuminance, temperature, relative humidity, state of shades and windows (open/close) were continuously observed and recorded every five minutes over the period of nine months (from November 2005 to July 2006) in case of the first object and one year (from January 2005 to December 2005) in case of the second object. Subjective impressions and attitudes of observed building occupants were documented with questionnaires and interviews. Three software applications involving image processing and databases were developed. Collected data was analyzed through visualization and statistical analysis to explore the hypothesized correlation between occupants' actions and environmental parameters.<br />The main objectives of the analysis were to uncover 'objective' factors of control-oriented occupant behavior in buildings and to quantify the impact of occupant behavior on building performance (indoor climate conditions).<br />Based on the results from this research, operation of the building systems partly depends on indoor/outdoor conditions. Therefore, it is necessary to have accurate information about user control behavior in office buildings in order to predict building performance and energy consumption. These behavioral patterns can be used to develop empirically supported predictive models for control oriented occupant actions in buildings, building simulation programs, building automation systems, energy management and energy contracting to improve energy effectiveness and occupant comfort and innovation of user interfaces products.<br />