Desk lamp integrated sensor system for enhanced local environmental monitoring: an open office case study

In a time where individuals spend approximately 90% of their time indoors, the significance of indoor environmental quality (IEQ) on comfort, productivity and well-being cannot be overstated. Traditional HVAC and lighting systems often employ a one-size-fits-all approach, neglecting the varying climatic conditions inside the environment as well as the preferences of individuals. Post-occupancy evaluation, supported by appropriate monitoring techniques, represents a solid tool for assessing and improving space conditions. However, studies often focus on single aspects of IEQ, failing to provide a holistic approach. This thesis details the design of a multi-purpose sensor system embedded in a desk lamp for leveraging comprehensive environmental monitoring on a local scale. The system is installable upon existing lamps and it is equipped with a broad series of sensors which provide measurements of air temperature, relative humidity, illuminance on the desk plane, air quality and sound intensity level. An accessible and practical manufacturing process was conceived by including 3D-printed parts and screws for fixings to minimise the footprint and the visual impact of the system. An Adafruit board represents the core part of the circuit and it is connected to the sensors. An apposite code was developed to access the gathered data. The bill of material shows that the cost of the system, excluding the lamp, is 33€, making it an affordable and scalable solution. A physical prototype was developed to validate the design. An analysis of an open office was conducted to quantify local discrepancies in the environment. Through computer simulations, metrics including mean radiant temperature (MRT), predicted mean vote (PMV), and illuminance were obtained. The results indicated differences of up to 6.9°C in MRT, leading to higher PMV values and substantially reducing thermal comfort, as well as 28 klx in illuminance compared to the average room situation. These findings confirm the importance of local monitoring and that, in this sense, the outlined system could play a crucial role in personalised environmental control, leading to improving IEQ and operational efficiency.

In un'epoca in cui le persone trascorrono circa il 90% del tempo al chiuso, l'importanza della qualità dell'ambiente interno (IEQ) sul comfort, sulla produttività e sul benessere non può essere sottovalutata. I sistemi tradizionali di HVAC e illuminazione spesso adottano un approccio generalizzato, trascurando le diverse condizioni climatiche all'interno dell'ambiente e le preferenze individuali. La valutazione post-occupazione, supportata da tecniche di monitoraggio, rappresenta un valido strumento per migliorare le condizioni degli spazi interni. Tuttavia, gli studi spesso si concentrano su singoli aspetti dell'IEQ, non adottando un approccio olistico. Questa tesi concerne il design di un sistema di sensori incorporato su una lampada da scrivania effettuando così un monitoraggio ambientale su scala locale. Il sistema è installabile su delle lampade esistenti ed è dotato di sensori che forniscono misurazioni sulla temperatura, umidità relativa, illuminamento e livello di intensità sonora. Il processo di produzione include componenti stampate in 3D e viti per i fissaggi, al fine di minimizzare l'ingombro e l'impatto visivo del sistema. Il circuito è costituito da una scheda Adafruit che è collegata ai sensori. È inoltre stato sviluppato un codice per accedere ai dati raccolti. La distinta base dimostra che il costo finale del sistema, escludendo la lampada, è di circa 33€, rendendola una soluzione piuttosto accessibile. Un prototipo reale è stato sviluppato per verificare la fattibilità del design proposto. Infine, è stata condotta un'analisi di un ufficio per quantificare l'entità delle discrepanze locali nell'ambiente. Attraverso delle simulazioni, sono state ottenute metriche tra cui la temperatura media radiante (MRT), il voto medio previsto (PMV) e l'illuminamento sul piano. I risultati hanno rivelato differenze fino a 6.9°C nella MRT, portando a PMV elevati e riducendo il comfort termico, nonché 28 klx nell'illuminamento rispetto alla media della stanza. Questi risultati evidenziano la necessità di effettuare un monitoraggio locale. Il sistema individuato può svolgere un ruolo cruciale nella gestione dell’ambientale, portando a un miglioramento dell'IEQ.