Jsou investice do vysoké kvality vzduchu ve vnitřním prostředí ekonomicky výhodné? (I)
Cílem tohoto článku je shrnout výsledky získané z nových experimentů v laboratoři a v reálných podmínkách, které naznačují, že nízká kvalita vzduchu má negativní vliv na výkonnost administrativní práce; porovnat dlouhodobé náklady na zvýšení kvality vzduchu ve vnitřním prostředí v administrativní budově, diskutovat důsledky pozorovaných výsledků na budovu a návrh klimatizačního systému.
Souhrn
Nedávné experimenty v laboratoři a v reálných podmínkách ukazují, že zlepšování kvality vzduchu ve vnitřním prostředí zlepšuje výkonnost kancelářské práce a tím i produktivitu na pracovišti. V laboratorních experimentech vykonávali najatí dobrovolníci kancelářskou práci v prostředí, ve kterém byla zlepšována kvalita vzduchu snižováním úrovně znečištění a zvyšováním průtoku přiváděného venkovního vzduchu. Při každém snížení podílu nespokojených s kvalitou vnitřního prostředí o 10 % byl pozorován 1% nárůst výkonnosti kancelářské práce. Při experimentech v reálném prostředí - v call centrech, byla zaznamenávána doba hovorů operátorů v prostředí se zlepšenou kvalitou vzduchu. Ta byla dosažena buď zvýšením průtoku přiváděného venkovního vzduchu nebo záměnou použitého vzduchotechnického filtru za nový. Tyto intervence zlepšily výkonnost práce o 5 až 10 %. Pro zhodnocení zda-li pozorovaný přínos ze zlepšené výkonnosti pracovníka převýšil náklady nutné na zlepšení kvality vzduchu, byla provedena analýza dlouhodobých nákladů. Přestože se ukázalo, že zlepšení kvality vzduchu zvyšuje náklady na energii a údržbu, počáteční výdaje na systém klimatizace a stavební úpravy, bylo ukázáno, že tyto náklady jsou vysoce efektivní: výhody ze zlepšené produktivity byly mnohonásobně vyšší než zvýšené náklady, doby návratnosti byly < 2 roky a roční návratnosti byly několikanásobně vyšší než minimální úroková sazba. Tyto výsledky znamenají silný podnět k poskytování vnitřního vzduchu o kvalitě, která je lepší než minimální úroveň požadovaná současnými normami, s přihlédnutím k nedávným studiím ve školách, které navíc ukázaly výhody zlepšené kvality vzduchu na schopnosti žáků řešit školní úlohy.
Úvod
Je dobře zdokumentováno, že teplotní podmínky v pásmu tepelné pohody mohou snížit výkonnost o 5 až 15 %, ale málo je známo pokud jde o přímý účinek kvality vzduchu na výkonnost osob v neprůmyslovém prostředí, zejména v kancelářích (Wyon, 1996). Pouze nedávno pět laboratorních studií ukázalo, že zlepšení kvality vzduchu zlepšuje výkonnost simulované kancelářské práce. Výsledek byl později potvrzený dvěma studiemi v reálném prostředí, kde bylo měřeno jak kvalita vzduchu ovlivňuje výkonnost skutečné kancelářské práce (Wyon a Wargocki, 2006). Cílem tohoto článku je: (1) shrnout výsledky získané z nových experimentů v laboratoři a v reálných podmínkách, které naznačují, že nízká kvalita vzduchu má negativní vliv na výkonnost administrativní práce; (2) porovnat dlouhodobé náklady na zvýšení kvality vzduchu ve vnitřním prostředí v administrativní budově spolu s výslednými výnosy ze zvýšené produktivity; (3) diskutovat důsledky pozorovaných výsledků na budovu a návrh klimatizačního systému; a představit předběžné výsledky nedávných studií zaměřené na účinky kvality vzduchu na schopnosti žáků řešit školní úlohy.
Nové výsledky o vlivu kvality vzduchu na výkonnost administrativní práce
Laboratorní experimenty
Ve třech nezávislých intervenčních experimentech v reálných kancelářích byl měřen zdravotní stav, komfort a produktivita osob, zatímco byla upravována kvalita vzduchu (Wargocki et al., 1999; 2000a; 2002a). Kvalita vzduchu byla upravována: (1) snižováním úrovně znečištění (odstraněním zdroje škodliviny) při zachovaném průtoku přiváděného venkovního vzduchu 10 l/s na osobu a přítomnosti šesti osob, což byla intervence použitá v kancelářích situovaných ve dvou různých státech (Wargocki et al., 1999; 2002a); nebo (2) zvýšením průtoku přiváděného venkovního vzduchu ze 3 na 10 nebo na 30 l/s na osobu při přítomnosti šesti osob, čímž bylo vytvořeno v jedné z těchto kanceláří 0,6; 2 nebo 6 h-1 výměn venkovního vzduchu, vždy s přítomností šesti shodných zdrojů znečištění (Wargocki et al., 2002a). Hlavním zdrojem znečištění ve všech třech studiích byl vždy shodný 20 let starý koberec umístěný za přepážkou, jehož množství odpovídalo podlahové ploše kanceláře, ve které experiment probíhal. Poměrně neškodné stavební, podlahové a nábytkové materiály a biologické odéry emitované samotnými osobami byly ovšem vždy přítomny. Přestože byl koberec odebrán z budovy se záznamy o problémech se syndromem nemocných budov - SBS (Sick Building Syndrome) (Pejtersen et al., 2001), výsledné koncentrace znečištění byly ve shodě s nedávno zjištěními koncentracemi v kancelářských budovách po celém světě (Wargocki et al., 2000b). Teplota, relativní vlhkost, rychlost proudění vzduchu a hladina akustického tlaku byly udržovány konstantní a nezávislé na intervenci. Devadesát žen (30 v každé studii) bylo vystaveno různým úrovním kvality vzduchu. Účastnice experimentu nemohly vidět přítomnost zdroje znečištění ani zaznamenat změnu hladiny akustického tlaku nebo rychlost proudění vzduchu při změně průtoku; a úpravou svého oblečení zůstávaly v tepelně neutrálním stavu. Ve všech třech studiích, ženy vykonávaly simulovanou kancelářskou práci během 4,5 hodinové expozici různým hladinám kvality vzduchu a hodnotily vnímanou kvalitu vzduchu a intenzitu symptomů SBS. Experimenty probíhaly ve formě opakovaných měření vyvážených za účelem prezentace výsledků. Simulovaná kancelářská práce se skládala z psaní textu, korektury textu, doplňování a kreativního myšlení - všechny součástí běžné administrativní práce. Vnímaná kvalita vzduchu v kancelářích byla hodnocena na základě otázek týkajících se posouzení přijatelnosti kvality vzduchu při příchodu do kanceláře, před a po expozici. V přestávkách během každé z expozic účastnice experimentu značkou indikovaly na vizuálně-analogové stupnici intenzitu specifických a obecných symptomů SBS.
Odebráním zdroje znečištění z prostoru nebo zvýšením průtoku vzduchu byla podstatně zlepšena vnímaná kvalita vzduchu a výkonnost simulované administrativní práce. Na základě těchto dat byly odvozeny kvantitativní vztahy mezi kvalitou vzduchu, smyslovou úrovní znečištění (sensory pollution load), průtokem vzduchu a výkonností administrativní práce následovně: (1) každé snížení podílu lidí nespokojených s kvalitou vzduchu (v rozmezí mezi 25 až 70 % nespokojených) o 10 % znamenalo 1,1% zvýšení výkonnosti, nebo-li snížení zátěže o každý 1 decipol (dp) (v rozmezí 2 až 13 dp) (Obr. 1) mělo za následek zvýšení výkonnosti o 0,50 %; (2) výkonnost byla zvýšena o 1,6 % při každém snížení smyslového znečištění v olfech na polovinu (v rozsahu 0,3 až 2,0 olf/m2 podlahové plochy) při průtoku vzduchu 10 l/s na osobu; (3) při zdvojnásobení průtoku vzduchu byla zvýšena výkonnost o 1,8 % (v rozsahu 0,8 až 5,3 l/s na olf). Popis použitých jednotek olf a decipol jsou publikovány v práci Fangera (1988).
Obr. 1. Výkonnost kancelářské práce v závislosti na kvalitě vzduchu
Výsledky ze třech výše uvedených experimentů byly získány pouze s jedním typem zdroje znečištění vnitřního prostředí - 20 let starého koberce. Proto byly provedeny dva dodatečné experimenty, každý se 30 osobami a podle podobného postupu jakého bylo použito ve třech výše zmíněných studiích. Jejich úkolem bylo zjistit, jestli vliv na výkonnost práce lze zobecnit na případy, kdy je kvalita zlepšena odebráním i jiných typů zdroje vnitřního znečištění: směs tříletého linolea, dvouměsíčního tmelu a police s knihami a papíry z kanceláře větrané venkovním vzduchem o průtoku 5 l/s na osobu v přítomnosti 6 osob (Bakó-Biró, 2004); 3 měsíce staré počítače s cathode-ray-tube (CRT) monitory z kanceláře větrané venkovním vzduchem o průtoku 10 l/s na osobu v přítomnosti 6 osob (Bakó-Biró et al., 2004). Bylo prokázáno, že oba zdroje znečištění snižují kvalitu vzduchu ve vnitřním prostředí (Wargocki et al., 2002d; 2003). V práci Bakó-Biró (2004) se výkonnost psaní textu zvýšila o 1,5 % jakmile byla směs zdrojů znečištění odebrána a procento nespokojených s kvalitou vzduchu sníženo ze 42 na 28 %. Ve studii Bakó-Biró et al. (2004) se po odebrání počítačů zvýšila výkonnost psaní textu o 1,2 % a bylo sníženo procento nespokojených s kvalitou vzduchu ze 32 na 15 %. V obou pracích byla míra zlepšení výkonnosti administrativní práce podobná odhadnutým účinkům odečteným ze závislosti zobrazené na Obr. 1. Z toho vyplývá, že závěry těchto dvou experimentů podporují výsledky získané Wargockim et al. (1999; 2000a; 2002a) a rozšiřují jejích aplikovatelnost na vnitřní prostředí zatížené typickými zdroji vnitřního znečištění.
Experimenty v reálném prostředí
Výsledky o výkonnosti shrnuté v předchozí části byly pozorovány při laboratorních experimentech, ve kterých byly osoby/ženy speciálně najaté, aby v testovací místnosti podobající se skutečné kanceláři vykonávaly simulovanou kancelářskou práci vystavené znečištění po dobu 4,6 hodiny. Proto bylo nutné provést validaci pozorovaných účinků na výkonnost ve skutečné administrativní budově, kde zaměstnanci vykonávají skutečnou práci a opakovaně byli vystavováni svému běžnému kancelářskému prostředí po celý den, pět dní v týdnu. Dvě nedávné studie ze skutečného pracovního prostředí zkoumaly tuto problematiku měřením operátory vykonávané práce v call centrech, které na rozdíl od téměř všech ostatních administrativních prací je s velikou přesností rutinně načasována a vytváří tak dobrý vzor pro mnoho dalších typů víceúlohových povolání (Tham et al., 2003; Wargocki et al., 2004). Wargocki et al. (2004) provedl 2x2 replikované intervenční experimenty v reálném pracovním prostředí call centra poskytující veřejnou národní telefonní centrální službu: podíl venkovního vzduchu byl nastaven na 8 nebo 80 % z celkového přiváděného průtoku vzduchu činícího 430 l/s (3,5 h-1); filtry vzduchu v přívodním potrubí byly nové nebo používané 6 měsíců. Každý týden po dobu 8 týdnů byla měněna jedna z těchto nezávislých proměnných. Celkem bylo posuzováno 26 operátorů, aniž by byli o intervencích informováni. Teplota vzduchu v místnosti a relativní vlhkost byly v průměru 24 °C a 27 % a po dobu celé studie byly tyto hodnoty velmi konstantní. Zvýšení průtoku venkovního vzduchu mělo za následek podstatné zvýšení výkonnosti, indikované zkrácením průměrné doby hovoru - s novým filtrem a znatelné snížení výkonnosti - s použitým filtrem. Takže při vysokém průtoku venkovního vzduchu byla doba hovoru s novým filtrem přibližně o 10 % kratší než s filtrem použitým (Obr. 2).
Obr. 2 Průměrná doba hovoru v závislosti na průtoku venkovního
vzduchu a stáří filtru; šipky značí účinek intervence
Studie Wargockiho et al. (2004) byla provedena v nuceně větraném call centru nacházející se ve mírném klimatickém pásmu. Tham et al. (2003) provedl experimenty v klimatizovaném call centru s elektrostatickými filtry v tropickém klimatickém pásmu, aby zjistil jestli je možné tyto výsledky zobecnit i na tuto část světa. Ve své práci použili schéma a experimentální postup podobný jako Wargocki et al. (2004). Dvě použité intervence zahrnovaly snížení teploty vzduchu z 24,5 °C na 22,5 °C a zvýšené množství přiváděného venkovního vzduchu z 10 na 23 l/s na osobu. Při vyšších teplotách mělo větší množství přiváděného venkovního vzduchu za následek podstatné zlepšení výkonnosti operátorů a to o 8,8 %, čímž byly potvrzeny výsledky z mírného klimatického pásma.
Vliv kvality vzduchu na výkonnost ve dvou předchozích praktických experimentech byl od 5 do 10 %. Míra tohoto vlivu je podobná té, jaká byla pozorována v laboratorních experimentech. Výsledky experimentů v reálném prostředí tak poskytují validaci odhadů založených na laboratorních experimentech, které ukázaly, že zlepšená kvalita vzduchu ve vnitřním prostředí zlepšuje výkonnost kancelářské práce. Tyto závěry tak rozšiřují aplikovatelnost předchozích laboratorních poznatků na skutečné pracovní prostředí, ve kterém běžní administrativní pracovníci vykonávají svou práci.
Poděkování
Tato práce byla podpořena Dánskou radou pro technický výzkum (STVF) jako součást výzkumného záměru Mezinárodního centra pro vnitřní prostředí a energii (ICIEE) na období 1998-2007, založené na Dánské technické univerzitě. Práce byla také částečně podpořena společností ASHRAE smlouvou 1257-RP "Indoor Environmental Effects on the Performance of Schoolwork by Children".
Literatura
Bakó-Biró, Z. (2004) Human Perception, SBS Symptoms and Performance of Office Work during Exposure to Air Polluted by Building Materials and Personal Computers, Ph.D.-thesis, International Centre for Indoor Environment and Energy, Technical University of Denmark.
Bakó-Biró, Z., Wargocki, P. Weschler, C. and Fanger, P.O. (2004) "Effects of pollution from personal computers on perceived air quality, SBS symptoms and productivity in offices", Indoor Air, 14, 178-187.
CEN CR 1752 (1998) Ventilation for buildings: Design criteria for the indoor environment, Brussels, European Committee for Standardization.
Dorgan, C.B., Dorgan, C.E., Kanarek, M.S. and Willman, A.J (1998) "Health and productivity benefits of improved indoor air quality", ASHRAE Transactions, 104, Pt. 1A, 658-666.
Fanger, P.O. (1988) "Introduction of the olf and the decipol units to quantify air pollution perceived by humans indoors and outdoors", Energy and Buildings, 12, 1-6.
Fanger P.O. (2003) " Providing indoor air of high quality: challenges and opportunities", In: Tham, K.W., Sekhar, S.C. and Cheong, D. (eds) Proceedings of Healthy Buildings '2003, Singapore, Vol. 1, pp. 1-10.
Fanger, P.O. (2005) "What is IAQ", In Yang, X., Zhao, B. and Zhao, R. (eds) Proceedings of Indoor Air 2005, Beijing, China, Tsinghua University Press, Vol. I(1), pp. P-1-P-8.
Melikov, A., Cermak, R. and Majer, M. (2002) "Personalized ventilation: evaluation of different air terminal devices", Energy and Buildings, 34, 829-836.
Milton, D., Glencross, P. and Walters, M. (2000) "Risk of sick-leave associated with outdoor air supply rate, humidification and occupants complaints", Indoor Air, 10, 212-221.
Pejtersen, J., Brohus, H., Hyldgaard, C.E., Nielsen, J.B., Valbjørn, O., Hauschildt, P., Kjærgaard, S.K. and Wolkoff, P. (2001) "Effect of renovating an office building on occupants' comfort and health", Indoor Air, 11, 10-25.
Tham, K.W., Willem, H.C., Sekhar, S.C., Wyon, D.P., Wargocki, P. and Fanger, P.O. (2003) "Temperature and ventilation effects on the work performance of office workers (study of a call center in the tropics)", In: Tham, K.W., Sekhar, S.C. and Cheong, D. (eds) Proceedings of Healthy Buildings '2003, Singapore, Vol. 3, pp. 280-286.
Wargocki, P. (1998) Human perception, productivity and symptoms related to indoor air quality, Ph.D.-thesis, International Centre for Indoor Environment and Energy, Technical University of Denmark.
Wargocki, P., Wyon, D.P., Baik, Y.K., Clausen, G. and Fanger, P.O. (1999) "Perceived air quality, Sick Building Syndrome (SBS) symptoms and productivity in an office with two different pollution loads", Indoor Air, 9, pp. 165-179.
Wargocki, P., Wyon, D.P., Sundell, J., Clausen, G and Fanger P.O. (2000a) "The effects of outdoor air supply rate in an office on perceived air quality, Sick Building Syndrome (SBS) symptoms and productivity", Indoor Air, 10, 222-236.
Wargocki, P., Wyon, D.P. and Fanger, P.O. (2000b) "Pollution source control and ventilation improve health, comfort and productivity", In: Proceeding of Cold Climate HVAC '2000, Sapporo, pp. 445-450.
Wargocki, P., Lagercrantz, L., Witterseh, T., Sundell, J., Wyon, D.P. and Fanger, P.O. (2002a) "Subjective Perceptions, Symptom Intensity and Performance: a Comparison of Two Independent Studies, both Changing Similarly the Pollution Load in an Office", Indoor Air, 12, pp. 74-80.
Wargocki, P., Sundell, J., Bischof, W., Brundrett, G., Fanger, P.O., Gyntelberg, F., Hanssen, S.O., Harrison, P., Pickering, A., Seppänen, O. and Wouters, P. (2002b) "Ventilation and Health in Nonindustrial Indoor Environments. Report from a European Multidisciplinary Scientific Consensus Meeting", Indoor Air, 12, pp. 113-128.
Wargocki, P., Bischof, W., Brundrett, G., Fanger, P.O., Gyntelberg, F., Hanssen, S.O., Harrison, P., Pickering, A., Seppänen, O., Sundell, J. and Wouters, P. (2002c) "The role of ventilation in nonindustrial indoor environments. Report from a European multidisciplinary scientific consensus meeting", In: Proceedings of Indoor Air 2002, The 9th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Monterey, USA, Vol. 5, pp. 33-38.
Wargocki, P. Bakó-Biró, Z., Clausen, G. and Fanger, P.O. (2002d) "Air quality in a simulated office environment as a result of reducing pollution sources and increasing ventilation", Energy and Buildings, 34, pp. 775-783.
Wargocki, P., Bakó-Biró, Z., Baginska, S, Nakagawa, T., Fanger, P.O., Weschler, C. and Tanabe, S. (2003) "Sensory emission rates from personal computers and television sets", In: Tham, K.W., Sekhar, S.C. and Cheong, D. (eds) Proceedings of Healthy Buildings '2003, Singapore, Vol. 3, pp. 169-175.
Wargocki, P., Wyon, D.P. and Fanger, P.O.. (2004) "The performance and subjective responses of callcentre operators with new and used supply air filters at two outdoor air supply rates", Indoor Air, 14 (Suppl 8), 7-16.
Wargocki, P. and Djukanovic, R. (2005) "Simulations of the potential revenue from investment in improved indoor air quality in an office building", ASHRAE Transactions, Vol. 111 (Pt.2), pp. 699-711.
Wargocki, P., Wyon D.P., Jark, L. and Schaub, Hansen, M..(2005), "The effects of outdoor air supply rates in classrooms on the performance of schoolwork by children", In: Proceedings of CLIMA 2005, Lausanne, Switzerland, on CDROM.
Wyon, D.P. (1996) "Indoor environmental effects on productivity", In: Proceedings of IAQ´96 Paths to Better Building Environments, USA, ASHRAE, 5-15.
Wyon, D.P. and Wargocki, P. (2006) "Indoor air quality effects on office work", In: Croome, D. (ed.) Creating the Productive Environment, in the press.