02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
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Item Open Access Entwicklung von Leuchtdichteverteilungs- und Steuerungskonzepten für den Bildschirmarbeitsplatz(2014) Hubschneider, Carolin; Sedlbauer, Klaus Peter (Prof. Dr.-Ing.)Die Lichtumgebung beeinflusst Leistung, Ermüdung und Empfinden am Büroarbeitsplatz. Durch die Integration des Monitors in die Arbeitswelt hat sich einerseits die Blickrichtung im Vergleich zur reinen Schreibtischarbeit geändert, andererseits stellt der Monitor, als selbstleuchtende Fläche, ein weiteres Element der Leuchtdichteumgebung der Nutzer dar. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es zu klären, welche Komponenten des Gesichtsfelds Einfluss auf die Nutzer nehmen und zu einer gesteigerten Leistungsfähigkeit führen. Diese Komponenten sind: - die Leuchtdichten des Monitors - die Leuchtdichten der Arbeitsfläche - die Leuchtdichten des Wandabschnitts hinter dem Monitor - die Leuchtdichteverhältnisse dieser Flächen Außerdem wird die Möglichkeit der Erstellung eines Steuerungsalgorithmus auf Basis der gewonnen Daten überprüft. Innerhalb der Arbeit werden drei aufeinander aufbauende Studien durchgeführt. In Studie 1 werden im Testraum sechs verschiedene Lichtbedingungen hergestellt, welche sich in Leuchtdichteniveau und Verteilung unterschieden. Innerhalb der Lichtbedingungen werden drei verschiedene Monitorleuchtdichten verwendet. Die sich daraus ergebenden 18 Leuchtdichteumgebungen werden mittels verschiedener Fragebögen und Leistungstests bezüglich ihrer Wirkung auf die Nutzer überprüft. Es wird nachgewiesen, dass neben der singulären Betrachtung der Leuchtdichten der Einzelflächen auch die Verhältnisse im Gesichtsfeld und das Miteinbeziehen der Komponente Monitor von großer Wichtigkeit sind. Studie 2 zielt auf eine möglichst umfassende Untersuchung der Verhältnisse im Gesichtsfeld ab, dazu werden die relevanten Flächen systematisch gegeneinander variiert und 54 resultierende Leuchtdichteumgebungen getestet. Die Wandabschnittsleuchtdichte und das Leuchtdichteverhältnis zwischen Monitor und Wandabschnitt werden als maßgebliche Größen identifiziert. Anhand der optimalen Leuchtdichteverhältnisse zwischen Monitor und Wandabschnitt werden zwei Varianten eines Steuerungsalgorithmus erstellt, welche die Monitorleuchtdichte anhand der Wandabschnittsleuchtdichte regulieren: die Leistungsatmosphäre-Steuerung und die Energie-Steuerung. Die konzipierten Steuerungsvarianten werden in Studie 3 unter realen Tageslichtbedingungen getestet. Es zeigen sich erste Hinweise, dass eine Anpassung der Monitorleuchtdichte an die Wandabschnittsleuchtdichte positiven Einfluss auf die Nutzer nehmen kann. Insgesamt kann die Variation der Leuchtdichten im Gesichtsfeld auch im moderaten Leuchtdichtebereich des Bürokontextes die Nutzer hinsichtlich verschiedener Maße der Leistung, der Ermüdung und des Empfindens beeinflussen. Besonders die visuelle Leistungsatmosphäre zeigt sich sensitiv gegenüber der Variation der Leuchtdichteumgebung. Betrachtet man die Innenflächen des Raumes so übt die Leuchtdichte des Wandabschnitts hinter dem Monitor einen größeren Einfluss auf die Nutzer aus als die der Arbeitsfläche. Es kann eine für die visuelle Leistungsatmosphäre optimale Wandabschnittsleuchtdichte von 336 cd/m2 unter Berücksichtigung eines Unsicherheitsbereichs zwischen 121 cd/m2 und 550 cd/m2 ermittelt werden. Bezüglich der Leuchtdichteverhältnisse der einzelnen Flächen der Leuchtdichteumgebung kann gezeigt werden, dass besonders das Leuchtdichteverhältnis zwischen Monitor und Wandabschnitt die Nutzer beeinflusst. Liegt dieses Verhältnis bei 1,24/1 so wird unter Berücksichtigung eines Unsicherheitsbereichs zwischen 0,40/1 bis 2,93/1 eine optimale visuelle Leistungsatmosphäre erreicht. Der Vergleich der beiden generierten Steuerungsalgorithmen mit einer konstanten Monitorleuchtdichte ergibt lediglich bei Betrachtung der Testpersonen ab 25 Jahren aussagekräftige Ergebnisse. Testpersonen in höherem Alter scheinen sensibler gegenüber Änderungen der Leuchtdichteumgebung zu sein. Die Leistungsatmosphäre-Steuerung führt zur höchsten visuellen Leistungsatmosphäre, außerdem waren die Testpersonen zur höchsten Leistung bei Bearbeitung des Konzentrations-Leistungs-Tests fähig. Vom Einsatz der Energie-Steuerung ist abzuraten, da dieser zu erhöhter visueller Ermüdung nach der Aufgabenbearbeitung und einer verminderten visuellen Leistungsatmosphäre führt.Item Open Access Der Einfluss von moderater Wärmebelastung auf die Leistungsfähigkeit von Menschen im besonderen Kontext der Büroarbeit(2015) Urlaub, Susanne; Sedlbauer, Klaus Peter (Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Phys.)In Industrieländern verbringt der Mensch mehr als 80 % seiner Zeit in Innenräumen, davon einen großen Teil in Arbeitsräumen. Daher muss bei der Gestaltung von Arbeitsräumen primär darauf geachtet werden, dass die Gesundheit der Raumnutzer nicht beeinträchtigt wird und dass behagliche Bedingungen vorliegen. Insbesondere für Gewerbebetriebe ist die Aufrechterhaltung und Maximierung der menschlichen Arbeitskraft unabdingbar, so dass auch darauf geachtet werden sollte, die Leistungsfähigkeit nicht durch unpassende Konditionierung der Räume herabzusetzen. Bei der Auslegung von Räumen und Gebäuden - insbesondere im thermischen Raumklima - bewegt man sich in einem Spannungsfeld zwischen Energieeffizienz einerseits, was einen möglichst geringen Energieeinsatz für sommerliche Kühlung bedeutet, und andererseits zwischen dem einhergehenden Leistungsabfall der Mitarbeiter, was einen Produktivitätsverlust und somit negative monetäre Konsequenzen für das Unternehmen mit sich bringt. Forschungsarbeiten zu diesem Thema sind zahlreich vorhanden, weisen jedoch keinen konsistenten und generalisierbaren Zusammenhang nach und zeigen nur punktuelle Leistungsunterschiede bei erhöhten Raumtemperaturen, wie sie beispielsweise im Sommer in natürlich belüfteten Gebäuden auftreten. Gemeinsam ist allen Studien, dass so gut wie keine verallgemeinerbare Ursachenforschung betrieben wird. Mit dieser Arbeit wird ein grundlegender Beitrag geleistet zur Aufdeckung von möglichen Ursachen und zur Bereitstellung eines Erklärungsmodells für unterschiedliche Auswirkungen erhöhter Raumtemperaturen. Dazu wurde der bekannte Wissensstand meta-analytisch aufbereitet und Moderatoranalysen hinsichtlich Expositionszeit, Adaptationszeit, Bekleidungsgrad und weiteren Einflussgrößen durchgeführt. Es zeigte sich auf Basis dieser Analyse, in die 49 Studien mit 1056 Probanden einflossen, dass moderate Wärmebelastung die Leistung tatsächlich negativ beeinflusst, der Effekt aber prinzipiell klein ist. Wichtige Moderatoren waren Expositionszeit und Bekleidungsgrad, Art der Leistung und Jahreszeit. Es wurde festgestellt, dass die Datengrundlage trotz vieler Arbeiten immer noch zu gering ist, um detaillierte Analysen nach Intensität der Wärmebelastung durchzuführen. Vorhandene Erklärungsmodelle zu Leistung und Raumtemperatur wurden untersucht und auf ihre Anwendbarkeit für den moderat-warmen Bereich verifiziert. Es hat sich gezeigt, dass keines dieser Modelle dafür geeignet ist, da diese entweder zu unpräzise oder nur für den Bereich der Hitzearbeit geeignet sind. Daher wurde ein neues Erklärungsmodell eingeführt mit Selbstkontrolle als wesentliche Schlüsselvariable. Selbstkontrolle wird benötigt, um die langfristige Zielerreichung aufrecht zu erhalten und damit kurzfristig unangenehme Situationen zu überwinden. Allerdings ist die Selbstkontrolle eine endliche Ressource, die nur begrenzt verfügbar ist. Eingebettet ist diese Annahme in das Job-Demands Resources Modell, das den speziellen Fall der Wärmebelastung in einen Kontext zu anderen Einflussgrößen am Arbeitsplatz setzt. Aus diesen Modellüberlegungen wurde abgeleitet, dass moderate Wärmebelastung zusätzlich die Selbstkontrollressource beansprucht und somit Aufgaben, die Selbstkontrolle benötigen, unter erhöhter Raumtemperatur schlechter bearbeitet werden müssten. Diese Hypothese wurde in einem mehrwöchigen Experiment überprüft. Dazu wurden 36 Probanden in einem Messwiederholungsexperiment vier verschiedenen Temperaturen ausgesetzt (24°C, 27°C, 30°C und 33°C) in dem sie verschiedene Aufgaben bearbeitet haben, von denen einige Selbstkontrolle beansprucht haben. Begleitend wurde mit Fragebögen die Befindlichkeit, subjektive Anstrengung und Ermüdung und die Wahrnehmung der physikalischen Parameter der Raumumgebung abgefragt. Als physiologische Variablen wurden Hauttemperatur, Hautfeuchte und Blutzuckerspiegel, der mit der Selbstkontrollressource in Verbindung steht, erhoben. Das Experiment hat gezeigt, dass die Ergebnisse der Aufgaben, die Selbstkontrolle beanspruchten, sich unter Wärmebelastung verschlechterten. Zum Großteil waren die Unterschiede allerdings nur zwischen 24 und 33°C signifikant. Auch der Blutzuckerspiegel, das physiologische Korrelat zum Selbstkontrollressourcenverbrauch, nahm bei 33°C am Nachmittag stärker ab als bei 24°C. Die Moderatoranalyse hat gezeigt, dass möglicherweise die individuelle Selbstkontrollfähigkeit sowie einige Persönlichkeitsvariablen die Leistungsfähigkeit unter moderater Wärmebelastung beeinflussen. Diese Zusammenhänge können aufgrund der kleinen Stichprobe noch nicht generalisiert werden. Mit der vorliegenden Arbeit konnte ein erster Schritt hin zu einem Erklärungsmodell für das Arbeiten unter moderater Wärmebelastung getan werden. Die Aufgaben, die Selbstkontrolle benötigen, verschlechterten sich vor allem in der wärmsten Bedingung. Weitere Forschung muss zeigen, ob sich mit einer größeren Stichprobe auch Unterschiede in den übrigen Temperaturbedingungen finden lassen.Item Open Access Entwicklung einer objektorientierten Modellbibliothek zur Ermittlung und Optimierung des hygrothermischen und hygienischen Komforts in Räumen(2008) Nouidui, Thierry Stephane; Sedlbauer, Klaus (Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Phys.)Die Entwicklung energetisch optimierter Lüftungsstrategien für feuchtebedingte Probleme bzw. die Planung und die Sanierung energiesparender Gebäude benötigt eine genaue Kenntnis über das hygrothermische Bauteil- und Gebäudeverhalten. Diese Fragestellungen können vor dem eigentlichen messtechnischen Ausführen mit Hilfe von Simulationstools beantwortet werden. Die Komplexität solcher Fragestellungen führt zu komplexen Modellen, die schnell unüberschaubar werden können, wenn nicht geeignete Beschreibungsmittel verwendet werden. Modellierungssprachstandards wie Modelica ermöglichen aufgrund ihrer generischen Konzepte, wie beispielsweise Klassenprinzip, Vererbungsprinzip, Aggregationsprinzip und Polymorphie, solche komplexen Systeme in einfache Teilsysteme zu zerlegen, diese zu verifizieren und dann wieder zusammenzuführen. In der Forschung existieren bisher keine generischen Simulationstools zur Bauteil- und Gebäudesimulation, die eine hygrothermische Analyse mit starken Wechselwirkungen zwischen Bauteilverhalten, Gebäudehülle, Gebäudenutzung sowie dem Raumklima ermöglichen. Ziel dieser Arbeit ist deshalb die Entwicklung einer flexiblen objektorientierten hygrothermischen Modellbibliothek, basierend auf der Modellierungssprache Modelica, für die Simulation und die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Raumklima, Bauteilverhalten, Gebäudehülle sowie Gebäudenutzung. Diese Modellbibliothek soll für die Entwicklung eines energetisch optimierten, bedarfsgeregelten Lüftungssystems zur Minimierung des Risikos der Schimmelpilzbildung unter Einhaltung eines hygrothermischen und hygienischen Komforts eingesetzt werden. Die Komponenten- bzw. Modellbibliothek soll in exemplarischen Konfigurationen simulativ sowie experimentell validiert werden.