Do lighting control and user interface design matter to occupant behaviour? The case of optimal lighting use in non-residential buildings

Abstract

The lowering of energy use from artificial lighting in buildings is vital to reaching the goal of reducing CO2 emissions. Hence, changes in individuals’ behaviours regarding lighting use have received increased attention. Feedback on energy use has often been used to change individuals’ behaviour. However, it is not clear to what extent this approach can be applied for non-residential buildings, where individuals’ use of lighting may differ from that at home. In this type of building, other types of interventions may be required.



This thesis addresses the possible significance of (i) lighting control and (ii) user interface designs for effective use of lighting, referred to as ‘optimal lighting use’, of occupants in non-residential buildings. The main objective was to explore individuals’ responses to different designs of controls and interfaces, and thereby the effects on lighting energy use.



Individuals’ use of electric lighting with six different controls was investigated through field measurements in 18 single-occupant offices. A self-report diary and electronic measurement using a data logger were used to collect the data during a one-year period. The self-reported data were found to correlate with the logged data, suggesting that the diary was a suitable tool for measuring lighting use with different lighting controls. Generally, the results based on the logged data showed that use of electric lighting varied among the individuals using the different controls and indicated the potential of combining manual/automatic dimming controls with manual on/off or occupancy switch-off controls to achieve optimal lighting use.



Further, different designs of everyday interfaces for lighting controls (i.e. light switches) were investigated. In controlled environments, laypersons’ perceptions of ten different lighting switches with regard to particular characteristics were assessed by questionnaires and found to be different among the switches. Field observations were subsequently conducted for 30 days for each of the original and alternative switches using a data logger in a public toilet in a hospital. The switches’ characteristics (oversize, simplicity as well as affordances) were found to affect whether individuals used lighting optimally. Also, occupants’ use of lighting with different light switches in a dining room and a dayroom, regarded as shared environments, located in patient wards, were investigated. The self-reported questionnaire showed that satisfaction with lighting, affective-related beliefs and general lighting-use behaviours were important in influencing optimal lighting use by individuals. Further, measurements from data loggers revealed that the different designs of the switches had a significant influence on lighting and energy use.



This thesis contributes by providing information on different methods for investigating optimal lighting use and its relevant factors. The findings should facilitate the design of interventions to reduce energy use from lighting. In addition, the user perceptions employed to define the interfaces’ characteristics could contribute to the development of guidelines for designing user interfaces for lighting controls with respect to users’ viewpoints.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Att reducera energianvändningen för belysning i byggnader är viktigt för att uppnå målet att minska koldioxidutsläppen. Ett sätt att nå målet är om vi kan förändra människors beteende vilket kan ge en stor energibesparing. Feedback rörande energianvändning har ofta använts för att förändra beteende, men effektiviteten hos detta tillvägagångssätt är mer ifrågasatt för applikationer som rör offentliga byggnader där människors sätt att använda belysning kan skilja sig från hur man gör hemma. Därför kan andra typer av insatser krävas i sådana byggnader.



Den här avhandlingen tar upp betydelsen av ljusstyrning, användargränssnitt och design för effektiv användning av belysning i offentliga byggnader, något som kallas ’optimal belysningsanvändning’. Huvudsyftet har varit att undersöka människors reaktion på olika typer av ljusstyrning och olika utformningar av gränssnitt och därigenom effekterna på hur mycket energi som används för belysning.



Vi har undersökt hur människor använder olika typer av ljusstyrning i en studie med sex olika typer av styrning i 18 cellkontor. För datainsamlingen användes frågeformulär och dagböcker som de deltagande själva fyllde i, men vi loggade också elektroniskt när man befann sig i rummet och hur mycket energi som användes till belysning. Den självrapporterade informationen samvarierade med de elektroniskt loggade data, vilket tyder på att självrapportering med hjälp av dagbok är en lämplig metod för att undersöka hur människor använder belysningen på arbetsplatsen när man använder olika styrsystem. Vidare visade det sig att användningen av belysning varierade mellan beroende på vilken typ av ljusstyrning man hade i sitt kontor. Resultatet tyder på att det finns en potential i att kombinera manuell/automatisk dimming med manuell till/från eller automatisk frånvarostyrning för att uppnå optimal belysningsanvändning. Då har vi möjlighet att spara energi.



Vi har också undersökt vilken betydelse själva utformningen av strömbrytare har. Vi undersökte först hur olika utformning av strömbrytare uppfattades. I en försöksmiljö bedömdes 10 olika strömbrytares särskilda egenskaper med hjälp av speciellt utvecklade frågeformulär. Det visade sig att det förelåg stora skillnader i upplevelse mellan de olika strömbrytarna. Därefter genomfördes observationer i en sjukhusmiljö på en publik toalett där olika strömbrytare installerades. Det visade sig att vissa egenskaper som överdriven storlek, enkelhet samt ”hur lättförståelig strömbrytarens design var” (affordances) hade en inverkan på individernas optimala belysningsanvändning. Vidare undersöktes strömbrytare i en matsal och ett dagrum på två vårdavdelningar. Med ett frågeformulär fick vi en bild av hur nöjd man var med belysningen och hur man såg på möjligheterna att själv styra belysningen. Dessa faktorer visade sig vara viktiga för att påverka en optimal belysningsanvändning medan energimätningarna visade att strömbrytarens utformning påverkade belysnings- och energianvändning de studerade offentliga miljöerna.



Den här avhandlingen bidrar med olika metoder för att undersöka optimal belysningsanvändning och ger kunskap om viktiga faktorer som påverkar vårt sätt att använda belysning på ett optimalt sätt. Detta kan underlätta planeringen när man vill genomföra åtgärder i den offentliga miljön som syftar till att minska energianvändningen för belysning. Arbetet ger också ett bidrag till kunskap som kan användas för att beskriva vilka egenskaper som är viktiga när man utformar strömbrytare. De använda metoderna kan också användas när man utvecklar ljusstyrningsanordningar för att få en uppfattning om människors upplevelse av de olika användargränssnitten.

• author: Mattsson, Pimkamol
• supervisor: Thorbjörn Laike; Maria Johansson; Lars-Henrik Ståhl
• opponent: Fontoynont, Marc, Department of Energy and Environment, Danish Building Research Institute, Aalborg University, Denmark
• organization: Department of Architecture and Built Environment
• publishing date: 2015
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Civil Engineering
• keywords: characteristic, design, energy reduction, energy-saving behaviour, lighting control, light switch, lighting use, non-residential building, perception, user interface
• defense location: Lecture hall A:B, A-building, Sölvegatan 24, Lund University Faculty of Engineering, LTH.
• defense date: 2015-09-02 09:00:00
• ISBN: 978-91-7623-386-3
• language: English
• LU publication?: yes
• id: f0d2cf2a-e0c3-4a31-8aef-06bcc8bac293 (old id 5463762)
• date added to LUP: 2016-04-04 13:09:09
• date last changed: 2018-11-21 21:12:27