TUGAS FISIKA BANGUNAN

LINGKUNGAN TERMAL YANG OPTIMAL DAPAT MENINGKATKAN

KINERJA PEKERJAAN KANTOR

Disusun oleh :Stephanie Carolina Suryaputra : 21413205

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAANJURUSAN TEKNIK SIPIL

UNIVERSITAS KRISTEN PETRASURABAYA

2015

Pengantar

Gaji pekerja kantor seringkali lebih tinggi daripada biaya operasi bangunan di negara-negara maju (Woods, 1989; Seppanen, 1999). Alhasil, bahkan perbaikan kecil dalam kinerja manusia dan produktivitas diikuti dengan perbaikan kualitas lingkungan dalam ruangan (Triwulanan edisi) dapat menghasilkan manfaat ekonomi yang besar. Berdasarkan asumsi yang sangat konservatif, Fisk dan Rosenfeld (1997) memperkirakan bahwa bila meningkatkan lingkungan indoor di gedung perkantoran AS akan menghasilkan peningkatan langsung dalam produktivitas 0,5% sampai 5%, senilai US $ 12000000000 untuk US $ 125 miliar per tahun. Harus diakui bahwa perkiraan ini mencakup dampak lingkungan termal dan kualitas pencahayaan yang mempengaruhi pengelihatan, dan hanya sebagian dipengaruhi oleh polusi udara dalam ruangan, atau gangguan yang disebabkan oleh bau dan aroma dan pengaruhnya terhadap produktivitas. Perkiraan paling terbaru menunjukkan sedikit lebih rendah namun masih ada manfaat ekonomi tahunan yang cukup dari $ 17 sampai $ 26000000000 sebagai hasil dari peningkatan Triwulanan (Fisk et al., 2011).

Meskipun manfaat potensi produktivitas yang cukup besar, umumnya tidak dianggap dalam perhitungan ekonomi biaya-manfaat konvensional yang berkaitan dengan desain dan operasi bangunan. Hal ini terjadi walaupun ada fakta bahwa insinyur jasa bangunan secara bertahap tertarik dalam meningkatkan lingkungan dalam ruangan dan mengukur efek berikutnya dari perbaikan ini pada produktivitas (Wargocki dan Seppanen, 2006). Di antara banyak faktor, hubungan terpercaya antara Triwulanan dan produktivitas sangat diperlukan untuk terjadinya hal tersebut. Upaya untuk menciptakan hubungan tersebut dibuat oleh Seppanen dan Fisk (2006) (lihat juga REHVA Guidebook oleh Wargocki dan Seppanen (2006)). Selain hubungan antara kualitas udara ditambah kinerja dan tingkat ventilasi, fungsi yang memperkirakan pengaruh suhu pada kinerja pekerjaan kantor sudah dikembangkan. Orang lain juga berusaha untuk membuat hubungan yang sejenis (Berglund et al, 1990;. Roelofsen, 2001;. Jensen et al, 2009;. Lan et al, 2011b).

Tujuan dari makalah ini adalah untuk membandingkan hubungan kuantitatif antara lingkungan termal (suhu dan sensasi thermal) dan kinerja manusia. Efek dari suhu ruangan pada kinerja manusia kemudian dibahas dengan mempertimbangkan perbedaan musiman (musim dingin vs musim panas), serta pemilihan kategori yang berbeda dari lingkungan dalam ruangan yang digunakan untuk desain, seperti yang ditentukan oleh Standar EN15251 Eropa (2007).

Hubungan antara lingkungan termal dan performa kerja

Suhu udara merupakan indikator yang umum digunakan dari lingkungan termal di Triwulanan dan penelitian produktivitas. Salah satu upaya pertama untuk membuat hubungan antara suhu dan kinerja dibuat oleh Wyon (1986), dan didasarkan terutama pada studi eksperimental; hubungan dibedakan antara efek di musim panas dan di musim dingin (tergantung pada pakaian), serta antara efek untuk berbagai jenis pekerjaan. Hubungan menunjukkan bahwa kedua temperatur tinggi dan terlalu rendah memiliki efek negatif pada kinerja pekerjaan kantor. Pengamatan analogis dibuat oleh penulis lain yang mengembangkan hubungan yang sama. Misalnya, Berglund dkk. (1990) memperkirakan penurunan kinerja pada rentang suhu ruangan tinggi (lihat Gambar 2 dan 3) berdasarkan pengukuran kinerja operator nirkabel dan dua-lapisan

model Gagge ini. Suhu yang digunakan dalam percobaan sekitar 30 ° C hingga 40 ° C; sehingga sangat tinggi dibandingkan dengan suhu "normal" yang terjadi di dalam ruangan. Hasil yang diterbitkan oleh 24 studi yang berbeda yang digunakan oleh Seppanen dkk. (2006) untuk membuat hubungan antara suhu dan kinerja (Gambar 2 dan 3); studi dilakukan di bawah kondisi laboratorium dan di lapangan dan ditangani dengan kinerja pekerjaan kantor (21 studi) dan sekolah (3 studi).-----------------

Meskipun hubungan yang dijelaskan di atas yaitu suhu dikaitkan dengan kinerja, sangat menarik untuk mendiskusikan apakah efek dari lingkungan termal pada kinerja seharusnya hanya didefinisikan menggunakan suhu dan apakah bisa menggunakan metrik lainnya seperti ketidaknyamanan termal? Pertanyaan ini sangat valid mengingat Wyon dkk. (1975) menunjukkan bahwa subjek bisa mencapai hasil kinerja yang sama di bawah dua temperatur yang berbeda dari sekitar 23,2 ° C (0,6 CLO) dan 18,7 ° C (1,15 CLO); pada kedua suhu mereka dicapai dinilai secara subjektif netralitas termal dengan sedikit menyesuaikan suhu udara. Pertanyaan ini juga berlaku mengingat ketidaknyamanan termal tidak hanya dipengaruhi oleh suhu tetapi merupakan hasil dari kombinasi enam parameter termasuk produksi panas metabolik (aktivitas fisik), pakaian, suhu, berarti suhu bersinar, kecepatan udara dan kelembaban udara; kombinasi yang berbeda dari parameter ini dapat mengakibatkan sensasi termal yang sama atau Predicted Mean Vote (PMV) seperti yang didefinisikan oleh Fanger (1970). Akibatnya dua indeks bersama dengan suhu dapat digunakan untuk menggambarkan bagaimana lingkungan termal mempengaruhi kinerja. Pendekatan ini diadopsi oleh Roelofsen (2001) yang terkait hilangnya kinerja dengan PMV (Gambar 1) dengan menggunakan data Berglund dkk. (1990) dan Loveday dkk. (1995). Kosonen dan Tan (2004) juga digunakan PMV untuk menggambarkan bagaimana hilangnya produktivitas dapat diminimalkan melalui perbaikan kriteria desain kenyamanan termal; Namun, hanya efek dari perasaan terlalu hangat pada produktivitas dilaporkan dan tidak ada hubungan antara PMV dan produktivitas telah dibuat. Jensen et al. (2009) yang berasal di sisi lain hubungan antara orang sensasi termal dan kinerja (Gambar 1); mereka mengadopsi model Bayesian memperhitungkan distribusi probabilistik faktor yang berbeda mempengaruhi sensasi panas dan menggunakan data tentang kinerja tugas tambahan (keterampilan komponen yang digunakan untuk mensimulasikan pekerjaan kantor) dari beberapa eksperimen laboratorium dan lapangan saat membuat hubungan mereka. Baru-baru ini belum hubungan lain kuantitatif juga antara orang sensasi termal dan kinerja yang diperoleh Lan et al. (2011b) (Gambar 1); mereka menggunakan data pada kinerja tes neurobehavioral dan simulasi pekerjaan kantor dari tiga studi mereka sendiri independen laboratorium di mana sensasi termal pelajaran tercatat (Lan et al, 2009;. Lan dan Lian, 2009; Lan et al, 2011a.).

Gambar 1. Hubungan antara sensasi termal dan kinerja relatif dengan kategori ditumpangkan lingkungan dalam ruangan sesuai dengan standar EN15251 (2007); TSV dikodekan sebagai berikut: -3 = dingin, -2 = dingin, -1 = sedikit dingin, 0 = netral, 1 = sedikit hangat, 2 = hangat, 3 = panas.

Gambar 1 membandingkan tiga hubungan yang berbeda antara sensasi termal dan kinerja yang dikembangkan oleh Roelofsen (2001), Jensen et al. (2009) dan Lan et al. (2011b). Hal ini menunjukkan bahwa ada sensasi termal untuk kinerja yang optimal: merasa terlalu dingin atau terlalu hangat negatif akan mempengaruhi kinerja, meskipun efek yang tidak simetris di sekitar netralitas termal dan mereka agak miring terhadap sensasi sedikit dingin. Model Roelofsen (2001) menunjukkan dampak terbesar dari ketidaknyamanan termal pada kinerja dan mungkin membawa tingkat tertinggi ketidakpastian. Hubungan Jensen et al. (2009) mirip dengan Lan et al. (2011b) di sisi dingin, meskipun jauh berbeda dari model Lan et al. (2011b) di sisi hangat dari skala sensasi termal. Dampak terendah pada kinerja diamati untuk hubungan Lan et al. (2011b) yang hanya termasuk data laboratorium.

Menggunakan hubungan disajikan pada Gambar 1, Tabel 1 merangkum potensi dampak lingkungan termal pada kinerja untuk berbagai kategori lingkungan indoor sebagaimana ditentukan dalam EN15251 standar (2007). Hubungan yang didirikan oleh Lan et al. (2011b) menunjukkan bahwa dalam kategori I (dengan tingkat tinggi harapan) satu mungkin mengharapkan kinerja menurun sebanyak 0,12% jika kondisi termal yang berbeda yang dipilih sedangkan jika kategori III (dengan diterima, tingkat moderat harapan) yang dipilih kinerja dapat dikurangi hingga 0,5% dari kinerja optimal dari 100%. Akibatnya berubah dari kategori III untuk kategori I yang mungkin mengharapkan peningkatan kinerja oleh setidaknya 0,38%. Demikian pula, hubungan Roelofsen (2001) memprediksi bahwa mengubah kategori III untuk kategori I dapat meningkatkan kinerja dengan setidaknya 6,98%. Untuk kondisi termal di luar kriteria yang ditetapkan oleh kategori I hingga III (kategori IV) satu mungkin mengharapkan kinerja yang dapat dikurangi dengan setidaknya 0,5% dibandingkan dengan optimal, dan mungkin bahkan lebih. Ini juga diilustrasikan pada Gambar 1 yang menunjukkan rentang penilaian sensasi termal untuk berbagai kategori lingkungan dalam ruangan sebagaimana ditentukan oleh EN15251 standar (2007). Semua hubungan menunjukkan bahwa merancang untuk kategori lingkungan yang lebih rendah akan menghasilkan kinerja berkurang.

Tabel 1. Pengurangan maksimal potensi kinerja untuk berbagai kategori lingkungan dalam ruangan seperti yang didefinisikan oleh standar EN 1525 (2007).

Analisis-musim tertentu

Hubungan antara sensasi termal dan kinerja yang dikembangkan oleh Lan et al. (2011b) digunakan untuk membuat hubungan antara suhu dan kinerja untuk musim panas (Gambar 2) dan untuk musim dingin (Gambar 3) untuk menguji pengaruh musim pada efek diprediksi suhu pada kinerja. Hubungan Lan et al. (2011b) digunakan untuk tujuan ini karena menunjukkan perkiraan yang paling konservatif dari efek lingkungan termal pada kinerja antara hubungan disajikan pada Gambar 1, meskipun hubungan lain dapat digunakan juga; sehingga efek disajikan di bawah ini adalah efek minimal. Ketika membuat Gambar 2 dan 3 suhu radiasi rata-rata diasumsikan sama dengan suhu udara (yaitu, suhu operasi sama dengan suhu udara), tingkat aktivitas menjadi 1,2 bertemu, kecepatan udara menjadi 0,15 m / s dan kelembaban relatif 50%; nilai clo diasumsikan 1,0 clo untuk musim dingin, dan 0,5 CLO untuk musim panas; set lain dari asumsi tentu saja dapat dilakukan jika seseorang ingin menjalankan sensitivitas serupa analisis di masa depan. Hubungan antara suhu dan kinerja yang independen dari perubahan musim dan yang dikembangkan oleh Berglund dkk. (1990) dan Seppanen dkk. (2006) yang ditumpangkan pada Gambar 2 dan 3 untuk perbandingan.

Gambar 2. Hubungan antara suhu udara dan kinerja dengan kategori ditumpangkan lingkungan dalam ruangan untuk kondisi musim panas menurut EN15251 standar (2007).

Menggunakan hubungan yang disajikan dalam Gambar 2 dan 3, Tabel 2 merangkum potensi dampak suhu pada kinerja di musim dingin dan di musim panas untuk berbagai kategori lingkungan indoor seperti yang ditentukan dalam EN15251 standar

(2007). Ini menunjukkan ada perbedaan yang signifikan dalam efek diperkirakan pada kinerja antara musim dingin dan musim panas jika hubungan Seppanen dkk. (2006) dan Berglund et. (1990) yang digunakan, tetapi efek cukup sebanding pada kinerja antara dua musim diamati dalam kasus hubungan Lan et al. (2011b). Yang terakhir hubungan menunjukkan juga efek konservatif paling atas kinerja antara ketiga hubungan; kinerja diperkirakan menurun dari kinerja optimal dari 100% cbetween 0,08% dan 0,39% di musim panas, dan antara 0,14% dan 0,49% di musim dingin. Akibatnya mengubah kategori lingkungan dalam ruangan dari III ke I salah satu mungkin mengharapkan kinerja pekerjaan kantor ditingkatkan oleh setidaknya 0,31% menjadi 0,35%; efek ini, seperti yang diharapkan, dibandingkan dengan perkiraan yang ditunjukkan pada Tabel 1. Untuk suhu luar kategori I hingga III (kategori IV) satu mungkin mengharapkan kinerja yang dapat dikurangi dengan setidaknya 0,39%. Ini juga dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3 yang menunjukkan juga persyaratan suhu untuk berbagai kategori lingkungan dalam ruangan sebagaimana ditentukan oleh EN15251 standar (2007).

Gambar 3. Hubungan antara suhu udara dan kinerja dengan kategori ditumpangkan lingkungan dalam ruangan untuk kondisi musim dingin menurut EN15251 standar (2007).

Perlu dicatat bahwa Gambar 3 menunjukkan bahwa suhu untuk kinerja optimal di musim dingin adalah sama antara hubungan yang dikembangkan oleh Lan et al. (2011b) dan hubungan Seppanen dkk. (2006). Hal ini menunjukkan bahwa hubungan terakhir ini lebih cocok untuk musim dingin tidak untuk kondisi musim panas, meskipun data yang digunakan untuk mengembangkan hubungan induk ini dari percobaan yang dilakukan baik di musim dingin dan di musim panas, di daerah iklim yang berbeda dan dari laboratorium dan studi lapangan (lihat Seppanen et al. (2006) untuk rincian).

Tabel 2. Pengurangan maksimal potensi kinerja untuk berbagai kategori lingkungan dalam ruangan seperti yang didefinisikan oleh EN15251 standar (2007) di musim dingin dan di musim panas.

Gambar 4 dan 5 menunjukkan dampak perubahan dalam isolasi pakaian selama musim panas dan musim dingin pada suhu udara untuk kinerja yang optimal; mereka didasarkan pada hubungan Lan et al. (2011b) yang ditunjukkan pada Gambar 3. isolasi setiap set ansambel dihitung sesuai dengan deskripsi ASHRAE Handbook (2005). Semua ansambel meliputi sepatu dan celana atau celana. Di musim panas, suhu udara dalam ruangan untuk kinerja yang optimal dapat meningkat dari sekitar 23,9 ° C menjadi 25,4 ° C ketika orang mengenakan celana pendek dan berjalan kemeja lengan pendek yang sesuai dengan 0,36 CLO bukan celana panjang dan kemeja lengan pendek yang sesuai dengan 0.57 clo. Suhu udara dalam ruangan untuk kinerja yang optimal dapat menurun dari sekitar 21,9 ° C menjadi 19,7 ° C di musim dingin ketika celana, kemeja lengan panjang, tebal sweater lengan panjang dan rompi tanpa lengan tebal yang dipilih sesuai dengan 1,19 CLO bukan celana panjang, panjang kemeja lengan dan sweater lengan panjang tipis sesuai dengan 0.86 clo.

Gambar 4 Hubungan antara suhu ruangan dan kinerja manusia pada tingkat isolasi pakaian yang berbeda untuk kondisi musim panas.

Gambar 5 Hubungan antara suhu ruangan dan kinerja manusia pada tingkat isolasi pakaian yang berbeda untuk kondisi musim dingin.

implikasiBanyak negara sekarang mandat bahwa termostat harus ditetapkan lebih tinggi selama cuaca hangat untuk menghemat energi yang digunakan untuk bangunan pendinginan. Misalnya, kampanye bernama Keren Biz telah dilakukan oleh pemerintah Jepang merekomendasikan menaikkan set poin selama musim panas untuk 28 ° C dan mengenakan pakaian ringan (Akiyama et al., 2011). Gambar 4 menunjukkan bahwa peningkatan suhu udara 28 ° C dan di atas, bahkan dengan pakaian sangat ringan, dapat mengurangi kinerja dengan minimal 0,5% jika hubungan yang paling konservatif Lan et al. (2011b) dipilih. Suhu yang meningkat juga akan meningkatkan Sick Building Syndrome (SBS) gejala seperti yang ditunjukkan oleh Mendell dkk. (2002). Mereka menemukan bahwa suhu musim panas yang lebih tinggi bahkan di pertengahan hingga tingkat tinggi dalam zona kenyamanan berhubungan dengan lebih gejala SBS. Juga Krogstadt dkk. (1991) dan Fang et al. (2004) menunjukkan bahwa suhu tinggi akan meningkatkan SBS. Suhu yang meningkat juga dapat menyebabkan tanggapan negatif fisiologis (misalnya, masalah mata, perubahan pola pernapasan dan pertukaran oksigen) (Lan et al., 2011a), yang akibatnya dapat mempengaruhi kondisi kesehatan dan kinerja, meskipun saat ini tidak jelas apakah Efek ini hanya karena suhu tinggi, atau karena ketidaknyamanan termal atau keduanya. Sejak suhu yang tinggi di musim panas mungkin memiliki konsekuensi negatif untuk membangun pengguna, dapat disarankan bahwa suhu udara selama musim panas harus ditetapkan dalam bagian bawah musim panas berbagai kenyamanan termal, terutama untuk meningkatkan kinerja pekerjaan kantor tetapi juga untuk menghindari kesehatan negatif Efek dibahas di atas. Ini tidak perlu biaya energi jika hanya metode yang memungkinkan menghindari ketidaknyamanan termal karena kehangatan dengan penggunaan energi yang rendah yang maju. Salah satu metode mempertimbangkan kaleng layak misalnya menggunakan ventilasi pribadi untuk pendinginan dengan mengintensifkan perpindahan panas konvektif (Melikov dan Knudsen, 2007).

Banyak negara kini juga mengamanatkan bahwa termostat harus ditetapkan lebih rendah saat cuaca dingin untuk menghemat energi yang digunakan untuk bangunan pemanasan. Mirip dengan keren Biz, kampanye Biz pemilik permintaan rumah Hangat dan pengguna gedung kantor untuk mengatur termostat untuk maksimum 20 ° C selama musim pemanasan. Gambar 3 menunjukkan bahwa menjaga suhu di musim dingin pada 20 ° C akan pada dasarnya memiliki efek minimal (sekitar 0,05%

penurunan) pada kinerja. Pada saat yang sama intensitas dan frekuensi gejala SBS akan berkurang seperti ditunjukkan oleh banyak studi sebelumnya (Reinikainen dan Jaakkola, 2001; Mendell dan Mirer, 2009;. Lan et al, 2010; 2011a). Sebenarnya Fisk dkk. (2011) memperkirakan bahwa menghilangkan suhu di atas 23 ° C di musim dingin akan menghasilkan manfaat ekonomi tahunan sebesar $ 3,4 miliar yang $ 2100000000 disebabkan peningkatan kinerja dan $ 1100000000 untuk mengurangi prevalensi gejala SBS. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 4, suhu untuk kinerja optimal di musim dingin bisa menurun secara efisien dengan meningkatkan tingkat isolasi pakaian. Dengan demikian mempertahankan bangunan di musim dingin pada akhir pendingin dari kisaran kenyamanan direkomendasikan mungkin tidak mempengaruhi kinerja tetapi juga dapat secara substansial mengurangi banyak gejala akut, semua dicapai bersama-sama dengan menghemat banyak energi.

KeterbatasanHubungan ditunjukkan pada Gambar 1 sampai 5 berlaku untuk bangunan dengan pemanasan dan pendinginan mekanik. Khusus Angka 2 dan 3 memberikan pendinginan / pemanasan poin yang berbeda ketika menerapkan model PMV yang Fanger (1970). Untuk bangunan tanpa pendingin mekanik, suhu ruangan (menjadi suhu di mana orang tidak ingin lebih pendinginan atau lebih pemanasan) adalah fungsi dari suhu di luar ruangan, seperti yang ditentukan oleh model kenyamanan adaptif (de terhormat dan Brager, 1998; EN15251 2007 ). Menurut model adaptif adalah mungkin untuk mencapai netralitas thermal di berbagai suhu luar ruangan karena tindakan adaptif seperti jendela membuka, penyesuaian pakaian dan perubahan perilaku. Sulit untuk memperkirakan efek pada kinerja dalam bangunan tanpa pendingin mekanik, meskipun percobaan laboratorium menunjukkan tidak ada efek negatif dari melayang suhu (terjadi pada bangunan tersebut) pada kinerja pekerjaan kantor simulasi (Kolarik et al., 2009). Data lebih lanjut tentang efek pada kinerja masih akan diperlukan dari bangunan di mana kondisi termal ditentukan dengan menggunakan model adaptif. Namun demikian perlu dicatat bahwa kondisi termal menyediakan netralitas termal, seperti misalnya didefinisikan oleh model adaptif, mungkin tidak menimbulkan kinerja maksimum. Ini telah dibuktikan oleh Pepler dan Warner (1968) dan juga baik digambarkan oleh hubungan disajikan pada Gambar 1 yang menunjukkan bahwa lingkungan sedikit dingin mempromosikan kinerja.

KesimpulanKondisi termal memadai diungkapkan oleh kedua suhu tinggi atau terlalu rendah, oleh lingkungan terlalu hangat atau terlalu dingin memiliki efek negatif yang signifikan pada kinerja manusia.

Studi menunjukkan bahwa lingkungan yang dingin nyaman yang bermanfaat untuk kinerja pekerjaan kantor. Menghindari suhu yang tinggi di musim dingin dan di musim panas dapat membawa manfaat yang terukur.

Merancang lingkungan termal untuk kategori rendah dari lingkungan indoor seperti yang ditentukan dalam EN15251 standar (2007) akan menyebabkan kinerja berkurang dari pekerjaan kantor. Potensi penghematan pada biaya pertama dan biaya operasional dengan merancang untuk kategori rendah dari lingkungan indoor dapat akibatnya

menetral oleh berkurangnya kinerja pekerja kantor. Merancang untuk kategori tertinggi sehingga akan diinginkan.

PengakuanKarya ini didukung oleh Pusat Internasional untuk Lingkungan Indoor dan Energi, Universitas Teknik Denmark, dan National Science Foundation Alam Cina (No.51108260).

SUMBERhttp://www.rehva.eu/index.php?id=151