Interior design of an office space : the effect of the optical properties on the circadian stimulus

Striving for designing a productive office interior, comfortable environment and enhance occupants' alertness is essential for designing a workspace. Humans spend most of their time generally indoor and most of the time in offices. The comfortability inside offices relates to various parameters e.g. thermal comfort, indoor air quality, lighting and perception of the occupants. Lighting is a key strategy to increase the comfortability indoor based on 2 main aspects: visual and non-visual response of the occupants. Visibility relates to the appearance of the interior and colour rendering, while the non-visual aspect is affecting the alertness. Recently, the suppression of melatonin in ipRCGs' cells in eye's retina found to influence the alertness, sleep/wake cycle, avoid the sleep disorder and improve the human health due to the regulation of circadian rhythm. In this thesis, evaluation of the interior optical properties has been figured out due to several interior factors e.g. the optical properties of walls, floors, ceiling, glazing, and furniture due to their influence on the circadian stimulus. The first step was to provide a test cell with a proper definition of interior finishes that shapes a baseline model simulating a real case. The variables proposed in the simulations for the interior finishes were the wall and floor colours, combining both to create two different indoor environments appearance white and grey. Also, as recommended by standards, artificial (section 1) and daylight (section 2) are simulated separately. The methodology comprised simulations considering a baseline model for both interior environments. With only artificial light, a preliminary analysis has been carried out to evaluate the effect of wall colours to enhance the circadian stimulus. Referring to the literature review, several simulations (wall colour design; different areas, different wall locations) have been done based on the common colour implementations in offices. The interior design extended to coloured partitions implementations. Then the daylight was introduced to see the effect on the circadian stimulus in comparison with the artificial light. The best configuration of interior design results from the first section of the analysis was the start point of the daylight section. The results show the validity of colours to improve the circadian stimulus inside offices. The best optical properties of colours associated with short wavelength, high surface reflectance (ρ>0.70) and within the blue region of the spectral power distribution. Using bluish-green side partitions (size 0.59*0.75 [m]) on office desk (at distance 0.8 from the occupant) will result in increasing the EML by 1-9 % depending either white or grey interior. Generally, daylight provided higher illuminance indoor compared to using of artificial light, but the contribution of it is needed in cases of low intensity of daylight. During the winter season (Dec.) with overcast sky condition, a task lamp to improve the white interiors is needed, while not less than 8100 [lm] of ceiling luminaires are needed in grey interiors. Relatively dark interiors (avg. ρ=0.30), like grey, consumes more energy due to lighting appliances by 43~50% more than the white interior environment (avg. ρ=0.40). Where the bright white interiors proofed the efficiency for producing high EML. For dynamic office spaces, movable partitions are an idea by controlling the location of it upon the occupant's view orientation and the daylight intensity. This dynamicity of the partitions could help in reducing the energy consumption in grey interiors due to additional luminaries. Designers should implement appropriately the right optical properties of partitions and ignoring those common coloured partitions that have been proofed to increase the sleepiness indoor for such active space function as an office.

L'impegno per la progettazione di un ufficio produttivo, per il comfort e per migliorare le condizioni di attenzione degli occupanti è essenziale per la progettazione di uno spazio di lavoro. Gli esseri umani trascorrono la maggior parte del loro tempo generalmente al coperto e la maggior parte del tempo negli uffici. Il benessere all'interno degli uffici è legato a vari parametri quali il comfort termico, la qualità dell'aria interna, l'illuminazione e la percezione degli occupanti. L'illuminazione è una strategia chiave per aumentare il comfort interno basato su due aspetti principali: la risposta visiva e non visiva degli occupanti. La visibilità si riferisce all'aspetto dell'interno e alla resa cromatica, mentre l'aspetto non visivo influisce sulla vigilanza. Recentemente si è scoperto che la soppressione della melatonina nelle cellule di ipRCGs' nella retina dell'occhio influenza il ciclo sonno / veglia, evita il disturbo del sonno e migliora la salute umana a causa della regolazione del ritmo circadiano. In questa tesi, la valutazione delle proprietà interne è stata elaborata a causa di diversi fattori interni, come ad esempio le proprietà ottiche di pareti, pavimenti, soffitti, vetrate e mobili a causa della loro influenza sullo stimolo circadiano. Il primo passo è stato quello di fornire un test case con una corretta definizione delle finiture interne che crei un modello di base paragonabile a un caso reale. Le variabili proposte nelle simulazioni per le finiture interne sono stati i colori delle pareti e dei pavimenti, combinati tra loro per creare due diversi aspetti dell'ambiente interno: bianco e grigio. Inoltre, come raccomandato dalle norme, la luce artificiale (sezione 1) e la luce diurna (sezione 2) sono simulate separatamente. La metodologia comprendeva simulazioni considerando un modello di riferimento per gli arredi di entrambi gli ambienti interni. Con la sola luce artificiale, è stata effettuata un'analisi preliminare per valutare l'effetto dei colori delle pareti per esaltare lo stimolo circadiano. Facendo riferimento literature review, sono state implementate diverse simulazioni (diversi colori dei muri dei muri; diverse aree, diverse posizioni pareti interne) effettuate sulla base delle applicazioni cromatiche comuni negli uffici. L'interior design si è quindi esteso alle realizzazioni di partizioni colorate. Poi è stata introdotta la luce diurna per vedere l'effetto sullo stimolo circadiano rispetto alla luce artificiale. La migliore configurazione dei risultati dell' interior design della prima sezione dell'analisi è stato il punto di partenza della sezione di luce diurna. I risultati mostrano la validità dell'uso di superfici colorate posizionate nel campo di vista e per migliorare lo stimolo circadiano all'interno degli uffici. Le migliori proprietà ottiche sono quelle dei colori associati alla lunghezza d'onda corta nel campo del visibile, e con alta riflettanza superficiale (ρ>0.70) e all'interno della regione blu della distribuzione di potenza dello spettro. L'uso di partizioni laterali di colore verde bluastro (dimensioni 0,59*0,75 [m]) sulla scrivania (a distanza di 0,8 dall'occupante) aumenterà l'EML dell'1-9 % a seconda che si tratti di interni bianchi o grigi. In generale, la luce diurna ha fornito un illuminamento interno più elevato rispetto all'uso della luce artificiale, ma il suo contributo è necessario nei casi di bassa intensità di luce diurna. Durante la stagione invernale (dicembre) in condizioni di cielo coperto, è necessaria una lampada da lavoro per migliorare l'efficacia di superfici interne bianche, mentre per gli interni grigi sono necessari non meno di 8100 [lm] da apparecchi posizionati a soffitto. Gli interni relativamente scuri (ρ=0,30),ad esempio le superfici grigie, determinano un consumo maggiore di energia per gli apparecchi di illuminazione e circa 43~50% in più rispetto all'ambiente interno bianco. Il bianco brillante degli interni ha dimostrato elevata efficienza nella produzione di elevati EML. Per gli uffici con spazi ufficio dinamici le pareti mobili sono un'idea che permette di controllare la disposizione interna in base all'orientamento visivo dell'occupante e all'intensità della luce diurna. Questa dinamicità delle pareti divisorie potrebbe contribuire a ridurre il consumo energetico degli interni grigi grazie all'aggiunta di apparecchi di illuminazione. I progettisti dovrebbero implementare adeguatamente le giuste proprietà ottiche delle partizioni e ignorare quelle partizioni colorate comuni che si sono rivelate concausa di riduzione dell livello di attenzione all'interno di uno spazio attivo come l'ufficio.