Personalised comfort models evaluation of acclimatization time through physiological thermal response

The rising role of climate change and the last global epidemiology emergency forced human-being to accelerate the adaptation capability to face climate change and health conditions. In the meantime, understanding people comfort’s needs within the built environment is necessary to properly support users’ well-being while increasing the efficiency of the systems to deal with the energy crisis. Moving beyond Fanger’s theory on thermal comfort and the predicted mean vote, the thesis deepens the most recent theory on multidomain. It studies seek to get a comprehensive overview of human perception of the surroundings by including analysis of physical parameters as well as personal and contextual factors thus accounting for both cross-modal and combined effects. The introduction of an individual’s sensation aims at going beyond the average assessment proposed by traditional PMV while achieving a customised comfort model. In this framework, recent studies verified the strong correlation between thermal sensation and physiological response, a hypothesis that could improve the efficiency of the indoor environmental conditioning systems through the setting of direct feedback from the occupant to the same system. It should result in a reduction in energy used due to localized and focused system demand. To better understand the potential of such innovations, a Round Robin Test (RRT) was designed in nine test rooms worldwide in the context of the Annex 79, promoted by the IEA in the EBC programme. Data collected in the first session of this RRT are here presented. More specifically, this work aims to correlate the physiological signals, such as skin temperatures (Tsk), heart rate (HR) and electrodermal activity (EDA), to the perceived thermal comfort of the subjects to identify the acclimatization period in an indoor environment. This study further focused on two groups of volunteers from different climate classes: thirty people from Perugia, Italy (Cfa Koppen class) and fourteen from Montreal, Canada (Dfb). The test consisted of a 30-minute phase of acclimatization in neutral light condition, followed by a two-coloured light exposition (blue and red). The experiment was repeated with two temperatures: “slightly cool” and “slightly warm.” An in-depth analysis of physiological response is presented in this thesis, with a next comparison between the two labs to verify the acclimatization time and the personal and contextual variations. Based on the analyses performed, the physiological response suggests an acclimatization time of 15 ± 13 min as evidenced by the EDA (Italian data) and Tsk (Canadian data). A strong impact of contextual factors is evidenced in the studies about subjects' perception and sensitivity.

Il ruolo crescente del cambiamento climatico e l'ultima emergenza epidemiologica globale hanno costretto l'uomo ad accelerare la capacità di adattamento per far fronte alle sempre più critiche condizioni climatiche e sanitarie. Per perseguire tale obiettivo, la comprensione delle esigenze di comfort delle persone all'interno dell'ambiente costruito è necessaria per supportare adeguatamente il benessere degli utenti, aumentando al contempo l'efficienza dei sistemi per affrontare la crisi energetica. Superando la teoria di Fanger sul comfort termico e il voto medio previsto, la tesi approfondisce la recente teoria del multidominio. Questa cerca di ottenere una panoramica completa della percezione umana dell'ambiente, includendo i parametri fisici e i fattori personali e contestuali, tenendo conto degli effetti cross-modali e combinati. L'introduzione delle sensazioni individuali mira ad andare oltre al tradizionale PMV, ottenendo un modello di comfort personalizzato. In questo quadro, studi recenti hanno verificato la correlazione tra la sensazione termica e la risposta fisiologica, un'ipotesi che potrebbe migliorare l'efficienza dei sistemi di climatizzazione degli ambienti interni attraverso l'impostazione di feedback diretti dall'occupante al sistema stesso. Ciò porterebbe ad una riduzione dell'energia utilizzata grazie ad una richiesta mirata in localizzazione e impiego. Per comprendere il potenziale di tali innovazioni, è stato progettato un Round Robin Test (RRT) in nove test-rooms nel contesto dell'Annex 79, promosso dall’EBC-IEA. Questo lavoro presenta i dati raccolti nella prima sessione del RRT con focus sulla correlazione dei segnali fisiologici, come la temperatura della pelle (Tsk), la frequenza cardiaca (HR) e l'attività elettrodermica (EDA), al comfort termico percepito dai soggetti, per identificare il tempo di acclimatazione in un ambiente interno. Lo studio si è concentrato su due gruppi di volontari da classi climatiche diverse: 30 persone di Perugia, Italia (class. Cfa Koppen) e 14 di Montreal, Canada (Dfb). Il test ha una fase di acclimatazione di 40 min in condizioni di luce neutra, seguita da un'esposizione a luce bicolore (blu e rossa). L'esperimento è ripetuto in due ambienti: "leggermente fresco" e "leggermente caldo". Nella tesi viene presentata un'analisi della risposta fisiologica, e un confronto tra i due diversi laboratori per verificare i tempi di acclimatazione e le possibili variazioni personali e contestuali. In base alle analisi svolte, la risposta fisiologica suggerisce un tempo di acclimatazione di circa 15 ± 13 min evidenziato dalla risposta galvanica della pelle (dati italiani) e dalla temperatura corporea (dati canadesi). Un forte impatto dei fattori contestuali è stato evidenziato nella percezione e nella sensibilità dei soggetti.