Solar radiation and human comfort : assessment of the effect of solar radiation on thermal comfort using wet bulb globe temperature as a heat stress index

The importance of understanding the office indoor environment and its effects on occupants' productivity, especially thermal comfort plays a significant role in sustainable design. Uncontrolled incoming solar radiation can lead to considerable comfort issues. Modelling the comfort effect of shortwave solar radiation has accompanied by a calculation of delta mean radiant temperature (ΔMRT) for an occupant near different fenestration systems. This ΔMRT which shows the contribution of shortwave solar radiation used for the calculation of the comfort effect of solar radiation on occupants in the adjusted predicted mean vote (Adjusted PMV) throughout the year. Predicted mean vote (PMV) is the most widely used thermal comfort perception index, but it is not the best one for every type of building, and every circumstance of climatic condition since there are some extreme conditions under the direct solar radiation that PMV value does not comply with the standard in terms of limitations for the MRT value which leads the Adjusted PMV exceeds its limits. In this research, a framework has been described to assess the effect of shortwave solar radiation under proper heat stress index that is wet bulb globe temperature (WBGT). It has been well tested under a variety of climatic conditions and takes into account dissatisfaction both indoor and outdoor. In order to calculate the WBGT from meteorological measurements under specific criteria, for the condition of only longwave radiation, Bernard method has been suggested, while for long + shortwave radiation, the method of Liljegren has been preferred. The heat stress condition could be assessed by transforming the WBGT value to delta wet bulb globe temperature (ΔWBGT), considering the reference WBGT with proper metabolic rate. In this research, our perspective is showing the potential of applicability of the proposed method under a variety of conditions both for indoor and outdoor and its sensitivity to different variables such as air speed, air temperature, and others. Based on this framework, the research has also presented Discomfort Solar Radiation (DSR) Autonomy, to assess the heat stress due to direct solar radiation across the space that provides designers with a tool to evaluate the performance of different fenestration systems for indoor conditions, and also the performance of canopies for outdoor conditions to reduce potential thermal discomfort caused.

Un inefficiente controllo della radiazione solare incidente influenza negativamente il comfort termico percepito dagli utenti, penalizzando quindi una delle variabili significative in ambito di progettazione sostenibile. In ambiente confinato, ad esempio in un ufficio, è anche importante comprendere come questo fenomeno influenzi le attività e la produttivà degli occupanti. . Il contributo della radiazione solare ad onde corte percepita dall’utente può essere espresso come una variazione della temperatura radiante media (ΔMRT) Per tn utente in prossimità di differenti differenti sistemi di facciata, è possibile calcolare l’effetto della radiazione solare sul comfort degli occupanti, utilizzando il voto medio previsto (PMV) su base oraria e durante l'anno . Il PMV è l'indice di comfort termico più utilizzato, ma non si adatta a tutte le condizioni di ambienti interni, così come a tutte le tipologie di edificio, dato che vi sono alcune condizioni estreme, in condizione di radiazione solare diretta, in cuiil PMV non soddisfa il modello standard e gli output registrati risultano fuori scala. Nel presente lavoro di tesi, è stato descritto un framework per valutare l'effetto della radiazione solare, utilizzando la temperatura del globo a bulbo umido (WBGT) come indice di stress termico. . Il presente metodo è stato ben testato in una varietà di condizioni climatiche e tiene conto dell'insoddisfazione degli utenti sia in condizioni interne, che esterne. Per calcolare il WBGT in funzione dei dati clim,atici e in paraticolare considerando la radiazione solare incidente, sono considerate due metodologie di analisi. Per la sola condizione di radiazione ad onde lunghe si utilizza il metodo Bernard e per la radiazione a onde lunghe + corte è il metodo sistematizzato da Liljegren. Il contributo viene quindi trasformato in una variazione della temperatura del globo a bulbo umido (ΔWBGT) Considerando il WBGT di riferimento, corretto per il tasso metabolico e quindi possibile valutarelo stress termico per quella condizione. In questa ricerca, la nostra prospettiva sta mostrando il potenziale di applicabilità del metodo proposto in una varietà di condizioni sia per interno che per esterno, e la sua sensibilità a diverse variabili come la velocità dell'aria, la temperatura dell'aria in aggiunta a quelle note di attività metabolica e radiazione solare incidente.. In questo framework di riferimento, viene quindi presentato l’indice di Discomfort Solar Radiation Autonomy, per valutare il discomfort radiativo nello spazio dovuto alla radiazione solare diretta. Tale indice fornisce fornisce ai progettisti uno strumento per valutare le prestazioni di diversi sistemi di fenestrazione per ridurre il potenziale disagio termico causato dall'onda corta in entrata radiazione.