Arbeitsplätze energiesparend auf Wohlfühltemperatur bringen

Der futuristisch anmutende »HVAC«, kurz für »Heating, Ventilation, Air Conditioning«, ist gut ausgerüstet. Mit Sensoren für Lufttemperatur, Feuchtigkeit und Luftbewegung allein ist es indes nicht getan. Insgesamt 46 Messfelder durchbrechen die Kunststoffschale des Manikins, mit denen er die Wärmestrahlung aus der Umgebung quantifiziert und beispielsweise Sonnenwärme von Heizungsluft unterscheiden kann.

Sein Partner mit dem schlichten Namen »ANDI« ergänzt HVACs Daten optimal: »›ANDI‹ ist der Typ für das große Ganze, er nimmt die Wärmebilanz auf, die ein Mensch unter den gegebenen Bedingungen hat«, erklärt Agnes Psikuta vom »Biomimetic Membranes and Textiles«-Labor der Empa in St. Gallen.

Hierzu hält ANDI seine Betriebstemperatur konstant auf 34 °C, was der Hauttemperatur eines Menschen in der Komfortzone entspricht. Komfortzone bedeutet hierbei, dass der Körper eines gesunden Erwachsenen seine Kerntemperatur von 36,5–37,5 °C mit minimalstem Aufwand konstant halten kann.

»In der Komfortzone schwitzt der Mensch nicht, er zittert nicht vor Kälte und friert nicht an Händen und Füßen, weil er seine thermische Balance mit Leichtigkeit aufrechterhalten kann«, sagt die Forscherin.

Die mathematische Modellierung dieser kombinierten Daten ergibt schließlich ein virtuelles thermisches Modell eines Menschen am Arbeitsplatz. In einem vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderten Projekt untersucht Agnes Psikuta nun gemeinsam mit Partnerinstituten an der EPFL und der polnischen Silesian University of Technology, wie HVAC und ANDI mit den Parametern von realen Bürobedingungen im Jahreszeitverlauf zurechtkommen.

Am Ende soll es möglich sein, aufgrund dieser Arbeiten den Energiebedarf von Gebäuden zu optimieren. »Im Hochsommer laufen Klimaanlagen auf Hochtouren, um beispielsweise Großraumbüros komplett zu kühlen. Wie effektiv die Situation für den jeweiligen Arbeitsplatz ist, ist aber unklar«, so die Empa-Forscherin.

Bauliche Elemente direkt am Arbeitsplatz wie kühlende Wandpaneele oder ventilierte Bürostühle könnten für energiesparendere und effizientere Lösungen sorgen. Gleiches könnte sich für die winterliche Heizperiode ergeben: HVAC und ANDI könnten ermitteln, ob etwa eine Raumtemperatur von 17 °C ausreicht, wenn der Arbeitsplatz lokal auf 22 °C beheizt ist.

Das ideale Büro

Die klimatische Komfortzone am Arbeitsplatz mag individuell unterschiedlich sein. Für experimentelle Untersuchungen gehen die Empa-Forschenden für Büroräume von einer Temperatur von 22 °C bei 50% Luftfeuchtigkeit aus.

Gesetzliche Vorgaben geben einen Rahmen zwischen 20,5 und 26,5 °C für Büros an, abhängig von der Außentemperatur. (Link zur Verordnung 3 zum Arbeitsgesetz, Staatsekretariat für Wirtschaft SECO)

Gefährliche Unterkühlung

Die beiden Manikins sind jedoch auch in ganz anderen Situationen im Einsatz – und zwar auf dem OP-Tisch. Während eines mehrstündigen chirurgischen Eingriffs ist es wichtig, dass der Körper des Patienten nicht zu stark auskühlt, während die Chirurgin nicht ins Schwitzen kommen darf. Verliert der Patient zu viel Wärme, steigt das Risiko für Komplikationen und die Heilungschancen verschlechtern sich.

»Bisherige Möglichkeiten, den Patienten warm genug zu halten, bestehen allerdings aus wenig nachhaltigen Einweglösungen oder umständlichen, schwer desinfizierbaren Aufbauten«, sagt Agnes Psikuta.

In einem Projekt mit der Technischen Universität Warschau ermitteln HVAC und ANDI daher, wie leicht zu desinfizierende Infrarotlampen im OP-Saal positioniert werden müssten, ohne die komplexen räumlichen Gegebenheiten während des Eingriffs zu behindern. Außerdem darf die Wärmestrahlung nicht das Gesundheitspersonal aufheizen oder gar Hautverbrennungen beim Patienten hervorrufen. Während HVAC mit seiner dichten Matrix an Sensoren den Wärmefluss von der Lampe zum Körper misst, berechnet ANDI die gesamte Wärmebilanz eines Patienten inklusive der aktuellen Raumtemperatur.

»Mit den modellierten Daten soll die Position und Leistung der Wärmelampen für verschiedenste Situationen ermittelt werden«, sagt die Empa-Forscherin. »So hoffen wir, ideale Operationsbedingungen ohne Risiko einer Unterkühlung schaffen zu können.«