Novos mtodos de pesquisa comportamental ligados ao conforto trmico e condicionamento

artificial em ambientes residenciais

Prof. Richard de DearDr. Christhina Cndido

Thomas Parkinson

Indoor Environmental Quality LaboratoryFaculty of Architecture, Design and Planning, The University of Sydney

ApresentadorNotas de apresentaoNew thermal comfort and air conditioning behavioral research methods for residential settings

Histria da pesquisa de Conforto Trmico

Mais de 100 anos de pesquisa na rea de conforto trmico A grande maioria das pesquisas esto focadas em ambientes

de escritrios, seguidos de: ambientes de sade, escolas, cabines de veculos, ambientes externos e semi-externos.

Mas, ainda existe uma crena de que um grande conjunto de dados resultantes de experimentos em apenas um tipo de ambiente possa ser generalizado para diferentes contextos lgica determinstica.

ApresentadorNotas de apresentaoHistory of thermal comfort research

Over 100 years of thermal comfort research

Overwhelming majority of that research focused on office environments, followed by - health care environments, - schools, - vehicular cabins, - outdoor and semi-outdoors etc.

Its leap of faith that one set of research findings from one environment can be generalized across settings deterministic logic

O que est faltando?

Tais estudos tm contribudo fortemente para a compreenso do conforto trmico nos ltimos 100 anos;

No entanto, o que tem sido amplamente observado a falta de compreenso a respeito do conforto trmico em residncias

Ser que ainda gastamos a maior parte do tempodentro de nossas casas?

ApresentadorNotas de apresentaoWhats missing?

These investigations have made great contributions to our understanding of thermal comfort in last 100 years

However, what has been largely missing from the discourse is an understanding of comfort inside residencesYet we spend most of our lives inside our homes?

O que pode ser to diferente em residncias?

Por que esperaramos que conforto trmico em residncias seja to diferente? Maiores oportunidades adaptativas; Padres diferentes e mais flexveis de vestimenta; O preo da energia eltrica afeta diretamente o conforto do

consumidor; Ocupantes exercem diferentes atividades nestes ambientes.

Tais fatores contextuais certamente influenciam no processo de percepo trmica do ocupante; Em contrapartida, pouco foi feito considerando este contexto, j que no h exigncia alguma para padronizao;

Entretanto, existem fatores polticos significativos em termos de energia gasta pela busca de conforto trmico no setor residencial.

ApresentadorNotas de apresentaoWhats so different about homes?

Why would we expect residential comfort to be different? - Greater adaptive opportunities- Different and more flexible clothing patterns- Energy price signal directly affects the comfort consumer- Different occupant activities indoors

These contextual factors must influence thermal perceptual processes, yet, very little work has been done in this context because theres no requirement for standardisationHowever, there are significant policy drivers relating to the energy expended in the pursuit of comfort in the residential sector

Fatores Polticos Emisso de gases do efeito estufa

Na Austrlia, ao longo dos ltimos 20 anos, houve um crescimento de 40% nas emisses diretas de CO2 no setor residencial

Demanda de pico na eletricidade O ar condicionado representa um dos maiores

consumidores no uso final de energia do setor residencial, crescendo significativamente nos ltimos anos;

Em New South Wales (incl. Sydney), mais de 60% das famlias j possuem pelo menos 1 aparelho de ar condicionado em casa.

ApresentadorNotas de apresentaoPolicy drivers

Greenhouse emissions- In Australia over the last 20 years there has been 40% growth in direct CO2 emissions from the residential sector

Peak electricity demand- Air-conditioning now ranks as one of the fastest growing end-uses of electricity in Australian residential sector- In New South Wales (incl. Sydney) more than 60% of households now own at least one air-conditioning system

Australian Home Insulation Program The Energy Efficient Homes Package, que inclui o Home Insulation

Program Poltica impulsionada por tecnocratas, que ignoram o conforto humano e

dimenses comportamentais das emisses de gases do efeito estufa, provenientes do aquecimento e resfriamento artificial do setor residencial

Novamente, baseado na lgica determinstica de conforto: SE o conforto permanece constante, E a eficincia da envoltria de uma

residncia aumenta, ENTO a demanda de energia eltrica (incl. a demanda de pico) e gases do efeito estufa diminuiro;

Mas, e se os proprietrios destas residncias se comportarem de forma diferente: SE a eficincia da envoltria de uma residncia aumenta, E a demanda

de energia eltrica (e gases do efeito estufa) permanece constante, ou at mesmo aumenta, ENTO o conforto pode aumentar;

Este o conceito comportamental economista do rebound effect

ApresentadorNotas de apresentaoAustralian Home Insulation Program

The Energy Efficient Homes Package, which included the Home Insulation ProgramPolicy driven by technocrats who ignored the human comfort and behavioral dimensions of heating and cooling related GHG emissions in the residential sectorAgain, this was based on deterministic comfort logic:- IF comfort stays constant AND housing envelope efficiency increases THEN electricity demand (incl. peak demand) and greenhouse gas emissions decrease

But the householders behaved quite differentlyIF housing envelope efficiency increases AND electricity demand (and GHG emissions) remain static or even increase THEN comfort can increaseThis is the behavioral economists concept of rebound effect

O Rebound Effect

Definido como As respostas sistmicas comportamentais - ou at mesmo outros tipos de respostas - introduo de novas tecnologias que aumentem a eficincia do uso de um recurso. Estas respostas comportamentais tendem a compensar os efeitos benficos de uma nova tecnologia.

Como resultado do rebound effect, a poupana real de eletricidade e gases do efeito estufa seria significativamente menor que a poupana calculada pelos tecnocratas que utilizam a lgica determinstica de conforto.

ApresentadorNotas de apresentaoThe Rebound Effect

Defined as The behavioral or other systemic responses to the introduction of new technologies that increase the efficiency of resource use. These behavioral responses tend to offset the beneficial effects of the new technology.As a result of the rebound effect, actual electricity of GHG savings are significantly less than savings calculated by technocrats using deterministic comfort logic

Por que conforto em residncias to pouco pesquisado?

claro que existem diversos bons motivos para entender conforto trmico no setor residencial melhor do que fazemos no presente; Ento por que estudos de conforto em residncias so to raros?

Em escritrios, ns temos permisso para obter avaliaes objetivas e subjetivas de conforto em uma amostra concentrada (ou seja, mais rpido e fcil)

Residncias so geograficamente dispersas, a programao e logstica so difceis, existem problemas com instalaes de equipamentos a longo prazo, bem como preocupaes ticas a respeito da privacidade dos ocupantes;

ApresentadorNotas de apresentaoWhy is residential comfort so under-researched?

Its clear that there are many good reasons for understanding thermal comfort in the residential sector better than we do at present, so why are residential comfort studies so rare?

In offices, you get permission to obtain objective and subjective comfort evaluations within a concentrated sample (i.e. its quick and easy!)

Homes are geographically dispersed, scheduling and logistics are difficult, issues with long-term installation of equipment, and the ongoing ethics concern of householder privacy

Estudos anteriores em residncias

Hunt & Gidman (1982) encontraram um desvio em seus dados para o perodo de frio durante o andamento das medies questes temporais de amostragem

A iniciativa Warm Front aps a onda de calor Europeia contou apenas com experimentos iniciais, que deram suporte medies de 30 minutos de permanncia durante apenas 2 a 4 semanas em cada residncia

Lomas & Kane (2012) relataram possuir apenas 49% de dados teis provenientes de 312 residncias aps a remoo de medies incompletas ou dados de observaes mal realizadas.

ApresentadorNotas de apresentaoPrevious residential studies

Hunt & Gidman (1982) found their data to be biased from a cold spell during measurement period temporal sampling issuesThe Warm Front initiative following the European heat wave had only initial surveys to support half-hourly measurements that lasted 2-4 weeks in each house Lomas & Kane (2012) reported having only 49% useable data from 312 households after all their missing or incomplete observations were removed

Nossa nova abordagem atravs de Smart[phone]

Crescimento fenomenal na introduo de smartphone ao longo dos ltimos anos (84% atualmente na Austrlia, e crescendo..)

Dispositivos de toque interativos oferecem excelente experincia ao usurio

Sempre conectados e presos ao seu dono Geram dados com alta resoluo temporal e espacial Entrevistados independentes no precisam ficar sentados o

tempo todo em seu espao de trabalho para completar o questionrio

Smartphones apresentam uma ligao direta, sem atrito, entre o pesquisador e o entrevistado

ApresentadorNotas de apresentaoOur new Smart[phone] Approach

Phenomenal growth in smartphone penetration over the past few years (in Australia now 84% and rising)Interactive touch devices offer excellent user experienceAlways-on and tethered to their ownersGenerates data with high spatial and temporal resolutionFootloose respondents dont have to be seated at their computer desk to complete a questionnaire

Smartphones present a direct, frictionless link between researcher and questionnaire respondent

Introduzindo o Comfort Chimp

Questionrios criados atravs de um painel de controle online Participantes recebem um convite personalizado atravs de um SMS contendo

um hiperlink para o questionrio Os questionrios so emitidos para os ocupantes atravs de um acesso Gateway

SMS enviado pela operadora local de telecomunicaes (< US$0.04 por cada questionrio SMS na maioria dos pases)

Cada resposta codificada e atribuda a um usurio rapidamente As respostas podem ser observadas em tempo real pelos pesquisadores atravs

de um painel de controle online

Pesquisadores Painel de ControleOnline

Internet SMSGateway

Operadora de Telecomunicaes Local

Smartphone dos Participantes

ApresentadorNotas de apresentaoIntroducing Comfort Chimp smartphone questionnaire

- Questionnaires created through Online Control Panel- Participants receive a personalised SMS invitation containing a hyperlink to the questionnaire- Questionnaires are issued to participants by an SMS gateway through their local telecom provider (

Comfort Chimp Para fins de pesquisas longitudinais, nosso questionrio de conforto

foi projetado para ser respondido rapidamente(

Medio de Temperatura e UR Maxim iButtons Baratos (US$25),

autossuficientes e hermeticamente selados

Acuracidade de 0.5C Resoluo de 0.5C (8-bit) 3 meses de armazenamento

de amostras com intervalos de 15 minutos de gravao

10 anos de bateria Verso com temperatura +

umidade relativa tambm disponvel (US$40)

ApresentadorNotas de apresentaoTemperature and RH measurements

Maxim iButtonsCheap (US$25), self-sufficient, hermetically sealed devices0.5C accuracy0.5C resolution (8-bit)3 months storage at 15-min sampling interval10 year battery lifeTemperature + relative humidity version also available (US$40)

Determinao dos padres de uso de AC

iButtons so instalados dentro da zona de ocupao, eem diferentes cmodos da casa

Um iButton tambm instalado na sada de ventilao e suprimento de ar das unidades de AC

Olha eu aqui!!

ApresentadorNotas de apresentaoDetermining AC usage patterns

iButtons were placed within the occupied zone of different rooms of each houseAn iButton was also installed in the supply air vent of the AC terminal unit

Definindo a utilizao de AC

Planilha Excel em macro determina os eventos de utilizao do AC

Se o dT/dt do suprimento de AC >|X|, ento o AC est em modo ON

SE T entre as temperatura do AC e zona ocupada so maiores que +X, ento o sistema est no modo de aquecimento; Se menor que X, ento estar no modo resfriamento

X determinado empiricamente para cada residncia

ApresentadorNotas de apresentaoDefining AC usage

An Excel macro used to determine AC eventsIf dT/dt of AC supply air >|X| then AC was just switched ONIf T between the AC and occupied zone temperatures is greater than +X then system is in heating mode; if less than X then cooling modeX is empirically determined for each household

Questionrios para Residncias

Informaes complementares sobre a residncia e seus ocupantes so obtidas no momento da instalao dos iButtons:

Caractersticas fsicas dos edifcios, Caractersticas demogrficas dos ocupantes, Caractersticas socieconmicas, Equipamentos HVAC (tipo, cmodos onde esto instalados,

capacidade, idade, etc).

ApresentadorNotas de apresentaoHouseholder Questionnaire

Supplementary information about the house and its occupants obtained at time of iButton installationIncludes descriptions about building physics, householder demographics, socioeconomics, HVAC equipment (type, installed rooms, capacity, age etc).

Resultados coletados em Sydney a partir da utilizao deste mtodo

220 anos de dados de temperatura provenientes de 45 residncias

7,65 milhes de dados pontuais 2.100 respostas de questionrios de dentro de casa 4.900 eventos de utilizao de AC 11.800 horas de utilizao de AC

ApresentadorNotas de apresentaoSydney results using this method

- 220 years of temperature history inside 45 homes- 7.65 million data points- 2,100 at-home questionnaire responses- 4,900 AC events- 11,800 hours of AC use

Comportamento ligado vestimenta dentro de residncias

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

0.2clo 0.4clo 0.6clo 1clo

ApresentadorNotas de apresentaoResidential Clothing Insulation Behaviour

Ocorrncia de eventos de utilizao do AC por ms

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Nm

ero

de E

vent

os d

e AC

Cooling HeatingResfriamento Aquecimento

ApresentadorNotas de apresentaoResidential AC events by month

Cooling (Blue) l Heating (Red)

Durao da utilizao de AC

0

200

400

600

800

1000

1200

10hrs

Nm

ero

de E

vent

os d

e AC

Cooling HeatingResfriamento Aquecimento

ApresentadorNotas de apresentaoAC duration

Cooling (Blue) l Heating (Red)

Uso do AC x Perodo do dia

Resfriamento Aquecimento

00:00 - 06:0006:00 - 10:0010:00 - 16:0016:00 - 00:00

ApresentadorNotas de apresentaoTime of AC use

Cooling (Left) l Heating (right)

Temperaturas de acionamento do AC

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 24-26 26-28 28-30 30-32 32-34 34-36 36-38

Cooling HeatingResfriamento Aquecimento

ApresentadorNotas de apresentaoAC trigger temperatures

Cooling (Blue) l Heating (Red)

Conforto Adaptativo

5

10

15

20

25

30

35

40

5 10 15 20 25 30

Tem

pera

tura

Inte

rna

de A

cion

amen

to d

o AC

Temperatura Mdia do Ar Externo Predominante

Atendimento ao modelo adaptativo Resfriamento Aquecimento

Acima de 80% 23% 0%Abaixo de 80% 1% 64%

Dentro do Intervalo 77% 36%

ApresentadorNotas de apresentaoAdaptive Comfort

90th Percentile Heating = 20.6; Median Heating = 16.710th Percentile Cooling = 23.7; Median Heating = 26.6

Adaptive Model Compliance Cooling Heating

Above 80% 23% 0%Below 80% 1% 64%Within Range 77% 36%

Temperatura de acionamento para resfriamento

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

20-22 22-24 24-26 26-28 28-30 30-32 32-34

Daytime NightManh Noite

ApresentadorNotas de apresentaoCooling Trigger Temps

Daytime (yellow) = 10AM 4PMNight (green) = 4PM 12AM

Temperatura de acionamento para aquecimento

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 24-26

Morning NightManh Noite

ApresentadorNotas de apresentaoHeating Trigger Temps

(Yellow) Morning = 6AM 10AM(Green) Night = 4PM 12AM

Temperatura nos quartos

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

tem

pera

tura

na

zona

de

ocup

ao

(C)

Temperatura mdia nos quartos durante a noite (10PM-7AM)

With AC Without ACCom AC Sem AC

ApresentadorNotas de apresentaoBedroom Temps

Average Bedroom Temperatures at Night (10PM-7AM)

(Purple): With AC(Orange): Without AC

Temperatura nas salas de estar

1012141618202224262830

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Tem

pera

tura

da

Zona

de

Ocu

pa

o (

C)

Temperatura mdia nas salas de estar durante o dia (7AM-10PM)

With AC Without ACCom AC Sem AC

ApresentadorNotas de apresentaoLiving Room

Average Livingroom Temperatures during the day (7AM-10PM)

(Purple): With AC(Orange): Without AC

Sensao trmica mdia nas salas de estar

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

23-24 24-25 25-26 26-27 27-28 28-29

Temperatura Interna do Ar (C)

Without ACWith AC

Fsico Fisiolgico Psicolgico Comportamental

Warm

SlightlyWarm

Neutral

73 19 102 26 94 35 67 22 59 19 31 12

Quente

Lev.Quente

Neutro

Sem ACCom AC

ApresentadorNotas de apresentaoAverage Thermal Sensation Living Rooms

(Purple): With AC(Orange): Without AC

Physics - Physiology - Psychology - Behaviour

Sensao trmica mdia nas salas de estar

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

23-24 24-25 25-26 26-27 27-28 28-29

Temperatura Interna do Ar (C)

Without ACWith AC

Warm

SlightlyWarm

Neutral

73 19 102 26 94 35 67 22 59 19 31 12

Psicolgico Comportamental

Sem ACCom AC

Quente

Lev.Quente

Neutro

ApresentadorNotas de apresentaoAverage Thermal Sensation Living Rooms

(Purple): With AC(Orange): Without AC

Psychology - Behaviour

Concluses O contexto importa! Conforto no determinstico

(fsico > fisiolgico > psicolgico > comportamental) Padres de utilizao do AC em residncias no 100%

racional A Austrlia uma economia com energia barata, onde a

aquisio de AC em residncias tem crescido rapidamente, com excessiva emisso de gases do efeito estufa per capita

Implicaes na demanda de energia de pico: - tarifas de tempo de uso; mas e as tarifas de uso frvolo?

Aparecimento dos BRICs?

Este um mtodo de pesquisa bem desenvolvido, pronto para ser utilizado imediatamente; COLABORE VOC TAMBM!

ApresentadorNotas de apresentaoConclusion

Context matters

Comfort is not deterministic (physics > physiology > psychology > behaviour)

Residential AC usage patterns are not 100% rational

Australia is an economy with cheap energy, rapidly rising AC penetration in residential sector, and excessively high GHG emissions per capitaImplications for peak electricity demand; Time-of-use tariffs, but what about frivolous-use tariffs?

What about the emerging BRICs?- This is a well-developed, turn-key research method so lets collaborate!

Obrigado pela atencao!

ApresentadorNotas de apresentaoThank you for your attention

Novos mtodos de pesquisa comportamental ligados ao conforto trmico e condicionamento artificial em ambientes residenciaisHistria da pesquisa de Conforto TrmicoO que est faltando?O que pode ser to diferente em residncias?Fatores PolticosAustralian Home Insulation ProgramO Rebound EffectPor que conforto em residncias to pouco pesquisado?Estudos anteriores em residnciasNossa nova abordagem atravs de Smart[phone]Introduzindo o Comfort Chimp Nmero do slide 12Comfort ChimpMedio de Temperatura e URDeterminao dos padres de uso de ACDefinindo a utilizao de ACQuestionrios para ResidnciasResultados coletados em Sydney a partir da utilizao deste mtodoComportamento ligado vestimenta dentro de residncias Ocorrncia de eventos de utilizao do AC por msDurao da utilizao de ACUso do AC x Perodo do diaTemperaturas de acionamento do ACConforto AdaptativoTemperatura de acionamento para resfriamentoTemperatura de acionamento para aquecimentoTemperatura nos quartosTemperatura nas salas de estarSensao trmica mdia nas salas de estarSensao trmica mdia nas salas de estarConclusesObrigado pela atencao!