Evaluation of indoor conditions and development of comfort indices for nearly zero energy buildings

The purpose of this doctoral thesis is to interpret and include the personalized characteristics of office building users in the determination of comfort. In this context, a methodological framework of integrated assessment and determination of comfort has been developed, where the user and his peculiarities will be considered in addition to the classical principles of identification. Main aim of the developed methodology is to determine a hybrid personalized comfort indicator during summer and winter season, with the classic identification parameters (temperature levels, relative humidity, air velocity, clothing, activity etc.), enriched by specific characteristics of psychology and the users’ needs (tolerance to temperature change, indoor decoration, environmental profile etc.). More specifically, a subjective perception model of comfort is developed, where these parameters are quantified and verified by combining quantitative and qualitative research. As a result, is achieved a better understanding of comfort as perceived by the users in case of office buildings. The utility of this model is to better interpret the results of today’s thermal comfort research, contribute to effective interventions in redevelopment or upgrading of buildings and to develop more efficient designed buildings with known population characteristics (similar groups) as the outset design of the building shell, electromechanical systems and the overall operation of the building is allowed. The main innovations of this dissertation are the enrichment of the classical principles of determining comfort by considering the user and his characteristics through recording directly and indirectly measured parameters and finally determining the notion of comfort no longer qualitatively but quantitatively through the use of structural equation models.In order to achieve the abovementioned objectives of the dissertation, a bibliographic review was carried out regarding the existing building stock and its needs, the indoor environment conditions of the buildings and the parameters of comfort determination till today. The result of this review, is the denotation of the research gaps in the determination of comfort considering the users, so the developed methodology was applied. This approach was implemented in 14 office buildings and 1067 employees, of Thessaloniki residential complex. In particular, a field survey was conducted in these buildings and a questionnaire survey to the employees. From the collected data, the users' profile and needs, as well as the characteristics of the building facilities, were highlighted, indicating parameters of impact on comfort and on users’ comfort perception. Final result of the analysis was the formulation of two hybrid personalized indicators for determining the perception of users’ comfort in office buildings (one for the summer and one for the winter season). These indicators consider the thermophysical parameters of indoor conditions, such as temperature, air quality, air velocity and comfort indexes, and personalized user characteristics such as tolerance to temperature change, decoration and ergonomics of the office area, symptoms of the sick building syndrome, as well as characteristics of the construction, such as the office location and the buildings’ density in site.In conclusion, determining comfort perception is a multi-parameter condition in which the integration of indirectly identifiable user-related parameters contributes decisively to the final result. Indicatively, from the developed indicators, decoration elements can greatly influence the perception of users’ comfort in office buildings. Finally, an important conclusion of the dissertation is the ability of widespread use of the developed indicators, as it is now possible for the decision makers to know the profile of the end users and therefore choose the appropriate upgrading approach of the respective building installation.Σκοπός της διδακτορικής διατριβής αποτελεί η ερμηνεία και ενσωμάτωση των εξατομικευμένων χαρακτηριστικών των χρηστών κτιρίων γραφείων στην αντίληψη άνεσής του. Στο πλαίσιο αυτό, αναπτύχθηκε ένα μεθοδολογικό πλαίσιο ολοκληρωμένης αξιολόγησης και προσδιορισμού της άνεσης, όπου ο χρήστης και οι ιδιαιτερότητές του θα ενσωματώνονται στις κλασσικές αρχές προσδιορισμού της. Στόχος της αναπτυχθείσας μεθοδολογίας αποτελεί η ανάπτυξη ενός υβριδικού εξατομικευμένου δείκτη προσδιορισμού της άνεσης κατά την καλοκαιρινή και χειμερινή περίοδο, με τις κλασσικές παραμέτρους προσδιορισμού (θερμοκρασία αέρα, σχετική υγρασία, ταχύτητα αέρα, ενδυμασία, δραστηριότητα κ.λπ.), να εμπλουτίζονται από ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της ψυχολογίας και των αναγκών των χρηστών (αντοχή στις θερμοκρασιακές διαφορές, διακόσμηση-διαρρύθμιση χώρου, περιβαλλοντική συνείδηση κ.λπ.). Αναλυτικότερα, πραγματοποιήθηκε ανάπτυξη ενός μοντέλου υποκειμενικής αντίληψης της άνεσης, όπου πραγματοποιείται ποσοτικοποίηση αυτών των μεγεθών και επαλήθευση μέσω συνδυασμού ποσοτικής και ποιοτικής έρευνας. Αποτέλεσμα αυτής της προσέγγισης αποτελεί η καλύτερη κατανόηση της αντίληψης άνεσης των χρηστών κτιρίων γραφείων. Η χρησιμότητα του μοντέλου έγκειται στην καλύτερη ερμηνεία των αποτελεσμάτων ερευνών θερμικής άνεσης μέχρι και σήμερα συμβάλλοντας στην αποτελεσματική παρέμβαση σε ότι αφορά τον επανασχεδιασμό ή την αναβάθμιση κτιρίων και στον πιο αποδοτικό σχεδιασμό νέων κτιρίων όπου είναι γνωστός ο πληθυσμός (ομοειδής ομάδες) καθώς επιτρέπεται ο εκ των προτέρων καλύτερος σχεδιασμός του κτιριακού κελύφους, των ηλεκτρομηχανολογικών (Η/Μ) συστημάτων και της γενικότερης λειτουργίας του κτιρίου. Κύρια στοιχεία καινοτομίας της διατριβής αποτελούν ο εμπλουτισμός των κλασσικών αρχών προσδιορισμού της άνεσης με την ενσωμάτωση του χρήστη και των χαρακτηριστικών του, μέσα από την καταγραφή άμεσα και έμμεσα μετρούμενων παραμέτρων και τέλος ο προσδιορισμός της αντίληψης άνεσης όχι πλέον ποιοτικά αλλά ποσοτικά μέσα από τη χρήση μοντέλων δομικών εξισώσεων.Για την επίτευξη των προαναφερθέντων στόχων της διατριβής διεξήχθη βιβλιογραφική ανασκόπηση αναφορικά με το κτιριακό απόθεμα και τις ανάγκες του, τις συνθήκες εσωτερικού περιβάλλοντος των κτιριακών εγκαταστάσεων και την καταγραφή των παραμέτρων προσδιορισμού της άνεσης μέχρι και σήμερα. Από την ανασκόπηση αυτή διαπιστώθηκαν ερευνητικά κενά στην ενσωμάτωση του χρήστη στον προσδιορισμό της άνεσης οπότε πραγματοποιήθηκε εφαρμογή της αναπτυχθείσας μεθοδολογίας. Η εφαρμογή αυτή υλοποιήθηκε σε 14 κτίρια γραφείων και 1067 εργαζομένους, του πολεοδομικού συγκροτήματος Θεσσαλονίκης. Συγκεκριμένα, διεξήχθη έρευνα πεδίου στα κτίρια αυτά και παράλληλη έρευνα ερωτηματολογίου στους εργαζομένους. Από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν, αποτυπώθηκε το προφίλ και οι ανάγκες των χρηστών καθώς και τα χαρακτηριστικά των κτιριακών εγκαταστάσεων, επισημαίνοντας παραμέτρους επίδρασης στην άνεση και στην αντίληψη άνεσης των χρηστών. Τελικό αποτέλεσμα της ανάλυσης αποτέλεσε η διατύπωση δύο υβριδικών εξατομικευμένων δεικτών προσδιορισμού της αντίληψης άνεσης χρηστών κτιρίων γραφείων (ένας για το καλοκαίρι και ένας για τον χειμώνα). Οι δείκτες αυτοί λαμβάνουν πλέον υπόψη τους θερμοφυσικές παραμέτρους εσωκλιματικών συνθηκών, όπως τα επίπεδα θερμοκρασίας, ποιότητας αέρα, ταχύτητας αέρα και δεικτών άνεσης, και εξατομικευμένων χαρακτηριστικών χρηστών, όπως η αντοχή στις θερμοκρασιακές συνθήκες, η αξιολόγηση στοιχείων διακόσμησης- διαρρύθμισης και εργονομίας του χώρου, η εμφάνιση συμπτωμάτων του ασθενούς κτιρίου κ.ά. καθώς και των χαρακτηριστικών της κατασκευής, όπως η θέση του γραφείου και η πυκνότητα δόμησης στην περιοχή της κτιριακής εγκατάστασης.Συμπερασματικά, ο προσδιορισμός της αντίληψης άνεσης αποτελεί μια πολυπαραμετρική συνθήκη στην οποία η ενσωμάτωση έμμεσα προσδιορίσιμων παραμέτρων που σχετίζονται με τον χρηστή συμβάλλουν καθοριστικά στο τελικό αποτέλεσμα. Ενδεικτικά, από τους αναπτυχθέντες δείκτες προκύπτει πως τα στοιχεία διακόσμησης-διαρρύθμισης του χώρου μπορούν να επηρεάσουν έντονα την αντίληψη άνεσης των χρηστών κτιρίων γραφείων. Τέλος, σημαντικό συμπέρασμα της διατριβής αποτελεί η δυνατότητα ευρείας χρήσης που μπορεί να έχουν οι αναπτυχθέντες δείκτες, καθώς δίνεται πλέον η δυνατότητα στους μελετητές γνωρίζοντας το προφίλ των τελικών χρηστών, να επιλέξουν την κατάλληλη προσέγγιση αναβάθμισης της εκάστοτε κτιριακής εγκατάστασης