Air temperature thresholds for indoor comfort and perceived air quality

Abstract

Air temperature thresholds are investigated and proposed for acceptable comfort in air-conditioned buildings. Using the ASHRAE database of field studies in which acceptability votes were obtained from occupants, it is shown that within the thresholds the acceptability is indistinguishable. Therefore, there is little gain from conditioning spaces to an ‘optimum’ air temperature, a practice that involves significant energy cost. However, beyond the thresholds there is a significant drop-off in acceptability. Ideally, air-conditioning would be used only when the environmental conditions are beyond the thresholds. The use of ceiling fans or personal environmental control systems broadens the threshold range. Thresholds are determined for both air-conditioned and ventilation-cooled buildings in the database. The equally acceptable range between the thresholds is 8–10 K in both types of buildings. It is possible that a perception of reduced air quality in warm environments could impose an upper temperature threshold. Perceived air quality is examined in two laboratory studies with air temperatures ranging from 18 to 30°C. Perceived air quality is seen to be closely correlated to thermal comfort rather than to temperature; as long as thermal comfort is maintained by air movement, perceived air quality will be acceptable. Relationships between temperature thresholds and productivity, operating set-points, and energy use are also discussed.

Les seuils de température de l'air sont étudiés et proposés pour un confort acceptable dans les immeubles climatisés. En utilisant les études de terrain figurant dans la base de données de la Société américaine des Ingénieurs en Chauffage, Réfrigération et Climatisation (ASHRAE), dans lesquelles il a été obtenu de la part des occupants des réponses relatives à l'acceptabilité, il est montré que, dans la limite des seuils, l'acceptabilité n'est pas discernable. Il y a par conséquent peu de bénéfice à climatiser des espaces à une température « optimale » de l'air ce qui êntraine des frais significatifs. Cependant, au-delà des seuils, l'on constate une baisse sensible de l'acceptabilité. Dans l'idéal, la climatisation ne serait utilisée que lorsque les conditions environnementales dépassent les seuils. L'utilisation de ventilateurs de plafond ou de systèmes de contrôle individuel de l'environnement élargit la plage des seuils. Les seuils sont définis à la fois pour les immeubles climatisés et les immeubles refroidis par ventilation figurant dans la base de données. La plage offrant une égale acceptabilité entre les seuils se situe à 8-10 K dans les deux types d'immeubles. Il est possible que la perception d'une réduction de la qualité de l'air dans des environnements chauds puisse imposer un seuil de température supérieur. La qualité de l'air perçue est examinée dans deux études de laboratoire pour des températures de l'air allant de 18 °C à 30 °C. Il apparaît que la qualité de l'air perçue est étroitement corrélée au confort thermique plutôt qu'à la température; tant que le confort thermique est maintenu par la circulation d'air, la qualité de l'air perçue sera acceptable. Il est également discuté des relations entre les seuils de température et la productivité, les points de consigne et l'utilisation de l'énergie.

Mots clés: confort adaptatif circulation d'air immeubles climatisés fonctionnement libre contrôle individuel de l'environnement (CIE) acceptabilité thermique confort thermique

Keywords:

• adaptive comfort
• air movement
• air-conditioned buildings
• free running
• personal environmental control (PEC)
• thermal acceptability
• thermal comfort

Acknowledgements

The authors gratefully acknowledge the support for this research given by the California Energy Commission Public Interest Energy Research (PIER) Buildings Program. The authors would also like to acknowledge numerous discussions with Gwelen Paliaga and Atze Boestra which led to the idea of sequential thresholds shown in Figure 7; and they thank the Building Research & Information referees for comments and advice.