A soft-sensing approach for measuring acoustic comfort in buildings

Occupants’ well-being is one of the main aspects to be considered in buildings design and refurbishment. The indoor environment impacts significantly on health and work productivity. Comfort is a very broad concept since it regards multiple aspects (indoor air quality, acoustic, thermal and visual comfort). Acoustic comfort is a complex topic because of its dependence on both physical and physiological variables. Despite being an important concept, it is vaguely defined and explored in literature. In fact, although the construction industry is facing the issue of requalifying existing buildings to increase performance, acoustic comfort is not yet one of the main drivers due to the lack of holistic reference procedures. The research presents the development and the application of a methodology for measuring acoustic comfort of buildings, using a soft-sensing approach. The soft-sensor provides a measurement system, which takes into account experimental, simulated, assumed and subjective data, through which the building acoustic quality, in relation to the outdoor surrounding noise level, can be evaluated. The metric is represented by Key Performance Indicators (KPIs), which express buildings acoustic comfort and make possible the comparison among performance of different existing buildings. The evaluation system based on KPIs can be applied in buildings renovations for evaluating the acoustic quality of buildings before and after the retrofitting, supporting the stakeholders in the evaluation stage. In particular, two KPIs have been developed: the “objective KPI”, which provides information regarding the acoustic comfort of the building, with normalized value for simplified quantification of acoustic performance, and the “subjective KPI”, which aims at validating the objective one, since it is based on the assessment of the occupants’ rating. Several case studies are used to demonstrate the exploitability of the soft-sensing method, using in-field measurements combined with calculation models and subjective data. Sensitivity and uncertainty analyses are performed to establish how the accuracy of the KPIs measurement impacts on the decision-making process. The application of the methodology has shown promising results in the identification of the best retrofit strategy. The soft-sensor system for buildings’ acoustic comfort measurement has been integrated within the European project New TREND (H2020) and applied on one demo-case in order to demonstrate its usability and reliability.

Il benessere degli occupanti è uno degli aspetti principali da considerare nella progettazione e nel rinnovamento degli edifici. L'ambiente interno influisce in modo significativo sulla salute e sulla produttività del lavoro. Il comfort è un concetto molto ampio, poiché riguarda molteplici aspetti (qualità dell'aria interna, comfort acustico, termico e visivo). Il comfort acustico è un argomento complesso a causa della sua dipendenza da variabili fisiche e fisiologiche. Nonostante sia un concetto importante, esso è vagamente definito ed esplorato in letteratura. Infatti, seppur il settore delle costruzioni si trova a far fronte al problema della riqualificazione degli edifici esistenti per aumentarne le prestazioni, il comfort acustico non è ancora uno dei principali fattori considerati a causa della mancanza di procedure di riferimento olistiche. La ricerca presenta lo sviluppo e l'applicazione di una metodologia per misurare il comfort acustico degli edifici, utilizzando un approccio di tipo soft-sensing. Il soft-sensor fornisce un sistema di misurazione, che tiene conto di dati sperimentali, simulati, assunti e soggettivi, attraverso i quali è possibile valutare la qualità acustica dell'edificio, in relazione al livello di rumore esterno circostante. La metrica è rappresentata da Key Performance Indicators (KPIs), i quali esprimono il comfort acustico degli edifici e rendono possibile il confronto tra le prestazioni acustiche di diversi edifici esistenti. Il sistema di valutazione basato su KPIs può essere applicato anche nelle ristrutturazioni degli edifici per valutarne la qualità acustica prima e dopo il rinnovamento, supportando le parti interessate nella fase di valutazione. In particolare, sono stati sviluppati due KPIs: il "KPI oggettivo", che fornisce informazioni sul comfort acustico dell'edificio, attraverso un valore normalizzato per la quantificazione semplificata delle prestazioni acustiche, e il "KPI soggettivo", che mira a validare il "KPI oggettivo", poiché si basa sulla valutazione del giudizio degli occupanti nei confronti del comfort acustico. Diversi casi di studio sono utilizzati per dimostrare la fattibilità della metodologia sviluppata basata su soft-sensor, utilizzando misurazioni in-situ, combinate con modelli di calcolo e dati soggettivi. Le analisi di sensibilità e di incertezza sono state eseguite per stabilire in che modo l'accuratezza della misura dei KPIs influisce sul processo decisionale. L'applicazione della metodologia ha mostrato risultati promettenti nell'individuazione della migliore strategia di retrofit. Il soft-sensor per la misurazione del comfort acustico degli edifici è stato sviluppato ed integrato all’interno del progetto di ricerca europeo New TREND (H2020) ed applicato su un edificio dimostratore del progetto stesso, per dimostrarne la fattibilità e l'affidabilità.