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Der Einfluss von moderater Wärmebelastung auf die Leistungsfähigkeit von Menschen im besonderen Kontext der Büroarbeit

The influence of moderate heat stress on human performance in the special context of office work
 
: Urlaub, Susanne
: Sedlbauer, Klaus; Olesen, Bjarne W.; Mehra, Schew-Ram

:
Volltext (PDF; )

Stuttgart, 2015, 353 S.
Stuttgart, Univ., Diss., 2015
URN: urn:nbn:de:bsz:93-opus-105165
Deutsch
Dissertation, Elektronische Publikation
Fraunhofer IBP ()

Abstract
In Industrieländern verbringt der Mensch mehr als 80 % seiner Zeit in Innenräumen, davon einen großen Teil in Arbeitsräumen. Daher muss bei der Gestaltung von Arbeitsräumen primär darauf geachtet werden, dass die Gesundheit der Raumnutzer nicht beeinträchtigt wird und dass behagliche Bedingungen vorliegen. Insbesondere für Gewerbebetriebe ist die Aufrechterhaltung und Maximierung der menschlichen Arbeitskraft unabdingbar, so dass auch darauf geachtet werden sollte, die Leistungsfähigkeit nicht durch unpassende Konditionierung der Räume herabzusetzen. Bei der Auslegung von Räumen und Gebäuden - insbesondere im thermischen Raumklima - bewegt man sich in einem Spannungsfeld zwischen Energieeffizienz einerseits, was einen möglichst geringen Energieeinsatz für sommerliche Kühlung bedeutet, und andererseits zwischen dem einhergehenden Leistungsabfall der Mitarbeiter, was einen Produktivitätsverlust und somit negative monetäre Konsequenzen für das Unternehmen mit sich bringt. Forschungsarbeiten zu diesem Thema sind zahlreich vorhanden, weisen jedoch keinen konsistenten und generalisierbaren Zusammenhang nach und zeigen nur punktuelle Leistungsunterschiede bei erhöhten Raumtemperaturen, wie sie beispielsweise im Sommer in natürlich belüfteten Gebäuden auftreten. Gemeinsam ist allen Studien, dass so gut wie keine verallgemeinerbare Ursachenforschung betrieben wird.
Mit dieser Arbeit wird ein grundlegender Beitrag geleistet zur Aufdeckung von möglichen Ursachen und zur Bereitstellung eines Erklärungsmodells für unterschiedliche Auswirkungen erhöhter Raumtemperaturen. Dazu wurde der bekannte Wissensstand meta-analytisch aufbereitet und Moderatoranalysen hinsichtlich Expositionszeit, Adaptationszeit, Bekleidungsgrad und weiteren Einflussgrößen durchgeführt. Es zeigte sich auf Basis dieser Analyse, in die 49 Studien mit 1056 Probanden einflossen, dass moderate Wärmebelastung die Leistung tatsächlich negativ beeinflusst, der Effekt aber prinzipiell klein ist. Wichtige Moderatoren waren Expositionszeit und Bekleidungsgrad, Art der Leistung und Jahreszeit. Es wurde festgestellt, dass die Datengrundlage trotz vieler Arbeiten immer noch zu gering ist, um detaillierte Analysen nach Intensität der Wärmebelastung durchzuführen. Vorhandene Erklärungsmodelle zu Leistung und Raumtemperatur wurden untersucht und auf ihre Anwendbarkeit für den moderat-warmen Bereich verifiziert. Es hat sich gezeigt, dass keines dieser Modelle dafür geeignet ist, da diese entweder zu unpräzise oder nur für den Bereich der Hitzearbeit geeignet sind.
Daher wurde ein neues Erklärungsmodell eingeführt mit Selbstkontrolle als wesentliche Schlüsselvariable. Selbstkontrolle wird benötigt, um die langfristige Zielerreichung aufrecht zu erhalten und damit kurzfristig unangenehme Situationen zu überwinden. Allerdings ist die Selbstkontrolle eine endliche Ressource, die nur begrenzt verfügbar ist. Eingebettet ist diese Annahme in das Job-Demands Resources Modell, das den speziellen Fall der Wärmebelastung in einen Kontext zu anderen Einflussgrößen am Arbeitsplatz setzt. Aus diesen Modellüberlegungen wurde abgeleitet, dass moderate Wärmebelastung zusätzlich die Selbstkontrollressource beansprucht und somit Aufgaben, die Selbstkontrolle benötigen, unter erhöhter Raumtemperatur schlechter bearbeitet werden müssten.
Diese Hypothese wurde in einem mehrwöchigen Experiment überprüft. Dazu wurden 36 Probanden in einem Messwiederholungsexperiment vier verschiedenen Temperaturen ausgesetzt (24°C, 27°C, 30°C und 33°C) in dem sie verschiedene Aufgaben bearbeitet haben, von denen einige Selbstkontrolle beansprucht haben. Begleitend wurde mit Fragebögen die Befindlichkeit, subjektive Anstrengung und Ermüdung und die Wahrnehmung der physikalischen Parameter der Raumumgebung abgefragt. Als physiologische Variablen wurden Hauttemperatur, Hautfeuchte und Blutzuckerspiegel, der mit der Selbstkontrollressource in Verbindung steht, erhoben.
Das Experiment hat gezeigt, dass die Ergebnisse der Aufgaben, die Selbstkontrolle beanspruchten, sich unter Wärmebelastung verschlechterten. Zum Großteil waren die Unterschiede allerdings nur zwischen 24 und 33°C signifikant. Auch der Blutzuckerspiegel, das physiologische Korrelat zum Selbstkontrollressourcenverbrauch, nahm bei 33°C am Nachmittag stärker ab als bei 24°C. Die Moderatoranalyse hat gezeigt, dass möglicherweise die individuelle Selbstkontrollfähigkeit sowie einige Persönlichkeitsvariablen die Leistungsfähigkeit unter moderater Wärmebelastung beeinflussen. Diese Zusammenhänge können aufgrund der kleinen Stichprobe noch nicht generalisiert werden.
Mit der vorliegenden Arbeit konnte ein erster Schritt hin zu einem Erklärungsmodell für das Arbeiten unter moderater Wärmebelastung getan werden. Die Aufgaben, die Selbstkontrolle benötigen, verschlechterten sich vor allem in der wärmsten Bedingung. Weitere Forschung muss zeigen, ob sich mit einer größeren Stichprobe auch Unterschiede in den übrigen Temperaturbedingungen finden lassen.

 

In industrialised countries, people spend over 80% of their time indoors and thereof a substantial part in working rooms, like offices. Hence, these buildings and rooms should be designed not only to provide healthy and comfortable room conditions, but additionally make people able to maintain their work performance. This requirement, especially in the field of thermal indoor climate, is determined by the challenge between energy efficiency of buildings and necessary energy resources for summer cooling techniques on the one side and the decrease of worker’s performance and hence, the monetary loss of productivity of a company due to inadequate working conditions on the other side. Research on this topic is available in large quantity, but no clear and generalisable relationship could be derived from this work. Common to almost all available studies is the lack of causal research, i.e. why performance seems to worsen at an elevated room temperature like it occurs in naturally ventilated buildings in summer. This work aims at making a contribution to a causal relationship between moderate heat stress as it occurs in offices in the summer months and performance and to provide a theoretical model to explain the influence of moderately elevated room temperatures upon performance.
The first step is a meta-analytical synthesis of the current state of knowledge. This includes moderator analyses about the influence of different lengths of exposure to moderate heat stress, the influence of different clothing insulation values, adaptation times and other possible factors. On the basis of this analysis, which includes 49 studies with 1056 persons, moderate heat stress has a significant effect on the performance of different tasks, but this effect in total is small. Important moderators were length of exposure, clothing insulation value, the type of performance measure and time of the year. A further conclusion is the fact that despite the huge amount of work that has been done in this research field, it is hardly possible to do more detailed calculations depending on the intensity of moderate heat stress. Previous theoretical models that aim at explaining the relationship between thermal stress and performance were analysed and verified for their applicability on moderate heat stress. Indeed, none of these models was suited for this; they were either too general or only appropriate for heat stress.
As consequence, a new theoretical model was established including self-control as explaining variable. Self-control is important on the one side to keep long-term goals in the focus and to override short-term unpleasant situations, but on the other side, self-control draws from a finite resource and is therefore limited in its execution. The theoretical concept is based on the job-demands-resources model of workplace stress and links the special case of moderate thermal stress with other stressors that are present on workplaces. Based on these assumptions, the hypothesis was derived that moderate heat stress additionally draws from the self-control resource and therefore, tasks that require the execution of self-control may be impaired when they have to be done under moderate heat stress.
This hypothesis was tested in an experiment. 36 participants were exposed to four different room temperatures (24°C, 27°C, 30°C, 33°C) in a repeated-measures experimental design. They worked on tasks of which a part required the execution of self-control. Additionally they filled in questionnaires about subjective well-being, mood, effort, fatigue and perception of the physical indoor environment. Physiological measurements like skin temperature, skin moisture and blood glucose level, which is linked to the self-control resource, completed the experimental procedure.
The experiment has shown that the performance of most of the tasks, that require self-control, is decreased at elevated room temperatures. Indeed, significant differences were mostly obvious when 24°C and 33°C conditions were compared. Blood glucose level, as a physiological correlate to the self-control resource, is in the afternoon significantly more decreased at 33°C than at 24°C. Moderator analyses showed additionally that individual (trait) self-control ability and some personality variables may influence the relationship between moderate heat stress and performance. These links are not yet generalisable due to the small sample size of this study.
In this work, a first step was made towards a theoretical model to explain the relationship between moderate heat stress and performance. The tasks that need self-control are decreased in warmer conditions, especially in the warmest condition. Further research has to show whether differences could be elaborated in more detail when sample size is increased.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-389191.html