Savukokeet

(1)

Teemu Taipale

Keino havaita ilmanjaon ongelmia

Opinnäytetyöt, Rakennusterveys 2020

(2)

Teemu Taipale

Savukokeet

Keino havaita ilmanjaon ongelmia

Opinnäytetyöt

Jatkuvan oppimisen keskus Itä-Suomen yliopisto

Kuopio 2020

Aihealue:

Rakennusterveys

(3)

Itä-Suomen yliopisto, Jatkuvan oppimisen keskus http://www.uef.fi/fi/jatkuvaoppiminen

https://www.uef.fi/fi/taydennyskoulutus-rakennusterveys-ja-ymparisto

(4)

TIIVISTELMÄ:

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää tehostesavujen käyttöä ilmanvaihdon ja sisäil- man muiden virtauksien havainnoinnissa ja tuloilman virtaussuuntauksien aputyöka- luna. Tutkimuksessa perehdyttiin myös tehostesavujen turvalliseen käyttöön tutkimuksissa.

Tutkimuksessa tutkittiin ilmanjaon toimintaa kahdessa eri kohteessa, joissa tutkittiin erilaisien päätelaitteiden tuloilmavirtauksien muodostumista ja säätömahdollisuuk- sia. Tuloilman virtausten tarkastelussa käytettiin menetelmää, jossa tehostesavu syö- tettiin suoraan tuloilmakanavaan tuloilmavirtauksen sekaan. Menetelmän tarkoituksena oli havainnollistaa päätelaitteiden virtauskuvioita alueellisina kokonaisuuksina ja havainnoida myös virtausten yhteisvaikutuksia. Savukokeet myös videoitiin, jotta arviointia voitiin toteuttaa myös jälkikäteen. Toisessa tutkimuskohteessa vertailtiin myös vetoisuus- ja lämpöviihtyvyysmittauksien tuloksia savukokeiden avulla tehtyi- hin havaintoihin.

Savukokeiden avulla havaittiin useampia puutteita tutkimuskohteiden tuloilmavirtausten suuntauksissa ja puutteellisten säätötilanteiden vaikutuksia tuloilmavirtausten muodostumiseen. Savukokeet olivat myös tarpeellinen aputyöväline ilmanvaihdon säätöjen sekä tuloilmalaitteiden virtaussuuntauksien muutosten vaikutuksien tarkastelussa.

Vertaillessa vetoisuus- ja lämpöviihtyvyysmittauksien tuloksia virallisten asetuksien ja sisäilmaluokituksien tavoite-arvoihin, ei mittauksilla voitu osoittaa selviä puutteita ilmanvaihdon toiminnassa. Puutteita kuitenkin havaittiin ja myös korjattiin tehostesavujen avulla. Johtopäätöksenä havainnoista on että, tehostesavujen avulla ilmanvaihdon toimintaa on mahdollista tarkastella tarkemmin ja myös kokonaisuutena, jonka tuloksena ilmanvaihdon virtauksia voidaan myös ohjata tarkemmin.

AVAINSANAT:

Ilmanvaihto, ilmanjako, savukoe, tehostesavu, vetoisuusmittaus, lämpöviihtyvyys, sisäilma

(5)

ABSTRACT:

The aim of the study was to investigate the use of theatrical fog in the examination of building ventilation and other indoor airflows and as an aid to adjust supply airflow patterns. The study also looked into the safe use of theatrical fog in different studies.

The operation of air distribution was studied at two different sites, where the patterns and control possibilities of supply airflows from different terminal units were tested.

The supply airflows were examined by method, in which the fog was fed directly into the airflow of the supply air duct. The purpose of the method was to illustrate the flow patterns of the terminal units in different zones of the room and to observe the com- bined effects of different airflows. Fog tests were video recorded so that the evaluation could also be carried out afterwards. At the second studied site, the fog test results were compared to the results of draught and thermal comfort measurements. The Fog tests revealed several deficiencies in the air distribution spread patterns and the effects of deficient adjustment conditions in the formation of supply airflows.

Fog tests were also a necessary tool in examining the effects of ventilation adjustments and changes in the airflow patterns of supply air diffusers.

When comparing the results of the draught and thermal comfort measurements to the official standard, guidelines and classifications of indoor climate, the measurements did not show a clear deficiency in the operation of the ventilation. However, deficiencies were identified and corrected with the help of fog test. The conclusion of the find- ings is that examining air distribution with theatrical fog, it is possible to look into the operation of ventilation in more detail and as a whole and as a result, air distribution patterns can be optimized more precisely.

KEYWORDS:

ventilation, air distribution, fog tests, theatrical smoke, draught measurement, thermal comfort, indoor air

(6)

Esipuhe

Ilmanvaihdon virtauksien tarkastelu on usein haastavaa, jotta siihen vaikuttavat teki- jät tulisi huomioitua riittävän tarkasti. Varsinkin uudiskohteissa virtaussuuntausten tarkastelu jää usein tarkastelematta, kun usein keskitytään vain suunniteltujen ilma- määrien tarkasteluun. Virtaussuunnittelu ja –määrittelyt tulevat työn alle yleensä siinä vaiheessa, kun tilojen käyttäjiltä saadaan palautetta virtausten aiheuttamista vetoi- suuksista tai heikosti toteutuvan ilmanjaon aiheuttamasta tunkkaisuudesta. Ilmanjaon tarkastelu ja määrittelyt vaativat kuitenkin ymmärrystä erilaisten virtausten toteutumista erilaisissa olosuhteissa ja erilaisilla päätelaitteilla toteutettuna. Tässä työssä tar- kastelemme savukokeita tehostesavujen avulla toteutettuna, jolla virtausten tarkastelu saadaan havainnollisemmaksi ja jolla eri virtaustekijöitä voidaan arvioida laajemmin tutkimuskohteissa.

Tämän työn toteutumisesta olen kiitollinen Timo Keskikurulle ja Niko Lapveteläiselle (Senaatti-kiinteistöt), joiden mielenkiinto talotekniikan toimintojen tarkasteluun mah- dollisti myös tässä työssä esitetyn virtausten tarkastelun Senaatti-kiinteistöjen koh- teissa. Timo Keskikurulle kuuluu myös kiitokset tämän työn ohjaamisesta ja myös in- nostamisesta alan syvempään tarkasteluun RTA opintojen ohella. RTA koulutus on antanut hyvät eväät jatkoa ajatellen ja kiitänkin Aducaten Tiinaa ja Soilea, Pasasen Ka- ria sekä Jukka-Pekka Kärkeä (Carki Oy) mielenkiintoisten koulutuksien järjestämi- sestä. Are Oy:lle kuuluu myös kiitos tämän kouluttautumisen mahdollistamisesta. Sa- moin kiitos kuuluu myös Are Oy:n työkavereille, joiden kanssa olemme jakaneet ko- kemuksia ja tietoa ja näin oppineet yhdessä, kiitokset varsinkin Antti Alangolle, Toni Laukkaselle, Henri Hentelälle ja Ville Soiniselle. Tämä tie on jo nyt vienyt eteenpäin ja kohti uusia tavoitteita sekä työ- että koulutusrintamalla.

Perheelleni ja varsinkin vaimolleni Hanna-Maijalle suuri sydän antamastasi ajasta, tu- esta ja kannustuksesta, kun sitä on tarvittu.

Kuopio, 5.10.2020 Teemu Taipale

(7)

Sisällysluettelo

ESIPUHE ...9

1 JOHDANTO ...9

1.1 TAVOITTEET ... 10

2 KIRJALLISUUSKATSAUS ... 10

2.1 ILMANJAKO JA VIRTAUKSET... 11

2.1.1 Sisäilman virtaukset ... 11

2.1.2 Ilmanvaihdon hyötysuhde ja tehokkuus ... 12

2.1.3 Tilailmastoinnin periaatteet ... 13

2.1.4 Ilmanjakomenetelmät... 14

2.1.5 Ilmanjaon huonelaitteiden virtaukset ... 17

2.2 TEHOSTESAVUJEN KÄYTTÖTURVALLISUUS ... 22

2.2.1 Tehoste- ja merkkisavut ... 22

2.2.2 Tehostesavujen koostumukset ... 23

2.2.3 Tehostesavujen turvallinen käyttö ... 25

2.3 LÄMPÖOLOT JA KOSTEUS ... 26

2.4 LÄMPÖOLOJEN MÄÄRÄYKSET JA OHJEARVOT ... 29

2.4.1 Määräykset ... 29

2.4.2 Tavoitearvot ja suositukset ... 31

2.5 LÄMPÖVIIHTYVYYDEN ARVIOINTI MENETELMÄT ... 33

2.5.1 PMV- /PPD-indeksit ... 34

2.5.2 DR (draft rate) vetoindeksi ... 35

2.5.3 Adaptiivinen lämpöviihtyvyys ... 36

2.5 SISÄILMAN KEMIALLISET EPÄPUHTAUDET ... 38

3 TUTKIMUSMENETELMÄT ... 39

3.1 SAVUKOEJÄRJESTELMÄ ... 39

3.2 VETOISUUS- JA LÄMPÖVIIHTYVYYSMITTAUKSET ... 41

4 AINEISTO ... 42

4.1 TUTKIMUSKOHDE1 ... 42

4.1.1 Kohdekuvaus ... 42

4.1.2 Ilmanvaihtojärjestelmät ... 43

4.1.3 Kohteen alkutiedot ... 44

4.1.4 Tutkimusalue 1 ... 44

(8)

4.2.1 Kohdekuvaus ... 49

4.2.2 Kohteen alkutiedot ... 49

4.2.3 Ilmastointijärjestelmät ... 49

5 TUTKIMUSTULOKSET ... 51

6 TULOSTEN TARKASTELU ... 73

6.1 SAVUKOKEIDEN TOTEUTUS ... 73

6.2 VIRTAUKSIEN HAVAINNOINTI JA OLOSUHDEMITTAUKSET ... 75

7 JOHTOPÄÄTÖKSET JA POHDINTA ... 79

7.1 TUTKIMUSKOHTEIDEN MITTAUKSET JA SAVUKOEHAVAINNOT ... 79

7.2 ILMANJAON SAVUKOKEIDEN TURVALLISUUS... 80

7.3 SAVUKOKEET ILMANVAIHDON SÄÄDÖN APUNA ... 80 LÄHDELUETTELO

LIITTEET

(9)

KUVALUETTELO

Kuva 1 Sisäilmaston virtauksia ... 12

Kuva 2 Esimerkki kuva sekoittavasta ilmanjaosta (Kosonen ym 2016) ... 15

Kuva 3 Syrjäyttävä ilmanvaihto (Kosonen ym 2016)... 16

Kuva 4 Mäntäilmanjako (Kosonen ym 2016) ... 17

Kuva 5 Vapaavirtaus ja kattopintaan kiinnittyvä virtaus ... 17

Kuva 6 Törmäävät virtaukset (Seppänen, Seppänen 2007) ... 18

Kuva 7 Monisuutinhajotin (ETS NORD 2020) ... 19

Kuva 8 Suutinkanava (Swegon IBIS 2020) ... 20

Kuva 9 Aktiivinen jäähdytyspalkki Swegon Parasol, toimintaperiaate (Swegon 2020) ... 21

Kuva 10 Oikosulkuvirtauksia (Kosonen ym. 2016) ... 21

Kuva 11 Tuloilmasuihkun ja poistoilman imun vaikutusalueiden erot (Kosonen 2016 muokattu) ... 22

Kuva 12. Ihmisen lämpöaistimukseen vaikuttavat sisäiset ja ulkoiset tekijät (Tuomaala ym. 2013) ... 26

Kuva 13 S1-luokan sisäilmaston lämpötilan tavoitearvot (Sisäilmastoluokitus 2018) ... 27

Kuva 14 Operatiivisen lämpötilan tavoitetasot (Sisäilmastoluokitus 2018) ... 32

Kuva 15 ASHRAE 55 mukainen 7-portainen lämpötuntemuksen indeksi taulukko (ASHRAE 2017) ... 34

Kuva 16 Savukoejärjestelmä... 40

Kuva 17 Testo 400 IAQ set (Sensorcell 2020) ... 42

Kuva 18 Tutkimuskohde 1 ... 43

Kuva 19 Käyttäjätietoa vetoisista alueista ... 44

Kuva 20 Tutkimusalue 1, avotoimisto ... 45

Kuva 21 Tutkimusalue 2 ... 46

Kuva 22 Tutkimusalue 3, avotoimisto, kulmatyöpiste ... 47

Kuva 23 Tutkimusalue 4, avotoimisto, reuna-alueen työpiste ... 47

Kuva 28 Tutkimusalue 1, Savukoe alkutilanne ... 53

Kuva 29 Tutkimusalue 1, Savukoe , virtaussuuntauksien vaikutuksen tarkastelua ... 54

Kuva 30 IQCA-palkkien virtaussuuntauksien korjaussuunnittelua ... 56

Kuva 31 Tutkimusalue 1, korjatut säädöt ja virtaussuuntaukset ... 57

Kuva 32 Aula-alueen laskevan pystyvirtauksen vaikutus tulovirtauksen muodostumiseen . 59 Kuva 33 Tutkimusalue 2 alkutilanne ... 59

Kuva 34 Kulmatyöpisteen ilmastointipalkin virtaus suuntauksien korjaus suunnittelua ... 61

Kuva 35 Tutkimusalue 3, alkutilanne ... 62

Kuva 37 DYVB-100 heittopituuden ja heittoalueen kuvaaja (Fläktgroup 2020, muokattu) ... 67

Kuva 38 DYVB päätelaitteen suuntaukset ... 67

Kuva 39 Tutkimusalue 6, seinäpuhallus vertailu ... 67

Kuva 40 Istuntosali savukoe1, alkutilanne ja korjausvertailua ... 70

Kuva 41 Tutkimusalue 7, istuntosali takaosa, korjattu suuntaus ... 71

Kuva 42 Istuntosalin etuosan rakenne ... 71

(10)

Kuva 43 Istuntosali etuosan tuloilman suuntaukset ... 71

Kuva 44 Valmistelusali alkutilanne ... 72

Kuva 45 Valmistelusali korjattu suuntaus ... 72

KUVAAJALUETTELO Kuvaaja 1 Tehostesavunesteiden glykolipitoisuuksia (Laitinen ym. 2015) ... 23

Kuvaaja 2 Tehostesavunesteiden aldehydi ja astoni pitoisuuksia (Laitinen ym. 2015 muokattu) ... 24

Kuvaaja 3 Lämpöolojen vaikutus työtehokkuuteen ja lämpöoloihin liittyviä vasteita (Säteri ym. 2014; Työterveyslaitos 2014) ... 28

Kuvaaja 4 Tutkimusalue 1, alkutilanne, jäähdytys 0%, IQCA suutinpaine 40pa... 53

Kuvaaja 5 Tutkimusalue 1, alkutilanne, jäähdytys 100%, IQCA suutinpaine 40pa ... 53

Kuvaaja 6 Tutkimusalue 1, suuntauskorjaus, jäähdytys 100%, IQCA suutinpaine 40pa ... 54

Kuvaaja 7 Tutkimusalue 1, suuntauskorjaus, jäähdytys 0%, IQCA suutinpaine 40pa ... 55

Kuvaaja 8 Tutkimusalue 1, korjattu säätö, jäähdytys 0%, IQCA suutinpaine 60pa ... 58

Kuvaaja 9 Tutkimusalue 1, korjattu säätö, jäähdytys 100%, IQCA suutinpaine 60pa ... 58

Kuvaaja 10 Tutkimusalue 2, alkutilanne, jäähdytys ohjaus 0%, IQCA suutinpaine 16pa ... 60

Kuvaaja 11 Tutkimusalue 2, alkutilanne, jäähdytys ohjaus 100%, IQCA suutinpaine 16pa ... 60

Kuvaaja 12 Tutkimusalue 2, korjattu säätö, jäähdytys ohjaus 0%, IQCA suutinpaine 60pa ... 62

Kuvaaja 13 Tutkimusalue 3, alkutilanne, jäähdytysohjaus 0%, IQCA suutinpaine 65pa ... 63

Kuvaaja 14 Tutkimusalue 3, alkutilanne, jäähdytysohjaus 100%, IQCA suutinpaine 65pa .... 63

Kuvaaja 15 Tutkimusalue 4, alkutilanne, jäähdytysohjaus 0%, IQCA suutinpaine 65pa ... 64

Kuvaaja 16 Tutkimusalue 4, alkutilanne, jäähdytysohjaus 100%, IQCA suutinpaine 65pa .... 65

Kuvaaja 17 Tutkimusalue 5, alkutilanne, jäähdytysohjaus 0%, IQCA-1200 suutinpaine 20pa ... 66

Kuvaaja 18 Tutkimusalue 5, alkutilanne, jäähdytys ohjaus 100%, IQCA-1200 suutinpaine 20pa ... 66

Kuvaaja 19 Tutkimusalue 6, korjaussuunnattu tuloilmavirtaus ... 68

Kuvaaja 20 Tutkimusalue 6, vertailutyöpiste 1, virtaukset suuntaamatta ... 68

Kuvaaja 21 Tutkimusalue 6, vertailutyöpiste 2, virtaukset suuntaamatta ... 69

Kuvaaja 22 Tutkimusalue 1 vertailu, Alkutilanne – Korjattu säätö, jäähdytysohjaus 0% ... 78

Kuvaaja 23 Tutkimusalue 1 vertailu, Alkutilanne – Korjattu säätö, Jäähdytysohjaus 100% .... 78

TAULUKKOLUETTELO Taulukko 1 Ilman suurimmat sallitut keskinopeudet (Finvac 2019) ... 30

Taulukko 2 Sisäilmastoluokitus 2018 mukaiset tavoitearvot ilman liikenopeudelle ja DR% arvoina ... 32

Taulukko 3 Työturvallisuuskeskuksen suositukset työtilojen lämpötiloista ja ilman virtausnopeudesta(Työturvallisuuskeskus 2020) ... 32

(11)

KESKEISET LYHENTEET JA SYMBOLIT

Adaptaatio Sopeutuminen ympäristön olosuhteisiin

Aerosoli Sumute, kaasun ja siinä leijuvien kiintei-

den tai nestemäisten hiukkasten seos

Akklimatisaatio Eliön sopeutuminen elinympäristön

muutokseen

Coanda-Ilmiö Virtauksen pyrkimys kääntyä kohden

lähellä olevaa pintaa

HTP-arvo Haitalliseksi tunnettu pitoisuus, eli pie-

nin ilman kemikaalipitoisuus, jonka so- siaali ja terveysministeriö arvioi voivan aiheuttavan haittaa tai vaaraa työnteki- jän terveydelle

Ilmanjako Tuloilman johtaminen huonetilaan

Ilmanjakomenetelmä Tapa tai menetelmä, jolla ilmavaihto toteutetaan huonetilaan

Ilmanvaihto Rakennuksen sisäilman laadun paranta-

mista sisäilmaa vaihtamalla

Ilmanvaihdon hyötysuhde Kuvaa sitä kuinka tehokkaasti tuloilma hyödynnetään tarkastellun tilan ilmanlaadun kannalta

Lämpöviihtyvyys Mielentila, joka ilmaisee tyytyväisyyden lämpöympäristöön ja jota arvioidaan subjektiivisella arvioinnilla

Pluumi virtaus Ympäristöään lämpimämpi ylöspäin

nouseva virtaus

Savukoe Ilmavirtausten havainnointia savun tai

savulta näyttävien aerosolien avulla

(12)

Turbulenssi Kaasun tai nesteen nopeaa nopeuden ja suunnan muutosta ajan suhteen eli hei- lahduksia

Turbulenssin intensiteetti Turbulenssin voimakkuus, joka määri- tellään vaihtelevan ilmavirran nopeuden keskihajonnan ja keskimääräisen ilman virtausnopeuden suhteena

(13)

1 Johdanto

Ilmanvaihdon virtauksien havainnointi tutkimuskohteissa on totuttu tekemään usein lämpökuvien sekä lämpö- ja virtausmittausten avulla, sekä pienempien savujen avulla. Näiden rajoituksena on kuitenkin virtausten osatekijöiden havaitseminen, joihin voi vaikuttaa hyvin monta eri osa-aluetta. Ilmanjaon virtausten toteutumiseen vaikuttavat esimerkiksi rakenteet, lämpötilaerot ja vaihtelevat lämpökuormat, risteävät virtaukset, tai esimerkiksi muuttuvat ilmamäärät. Are Oy on käyttänyt tehostesavuja, apuna virtauksien suuntauksia määriteltäessä ja arvioitaessa, jo useamman vuoden ajan menetelmällä, jossa tehostesavu johdetaan suoraan tuloilmanvaihdon sekaan.

Tässä menetelmässä ilmanjaon toteutuvia virtauksia voidaan tarkastella laajemmassa mittakaavassa ja myös erilaisien olosuhteiden vaikutuksia virtauksien toteutumiseen.

Menetelmän on todettu olevan hyvä kokonaisvaltaisen virtaustarkastelun työväli- neenä ja mahdollistavan monenlaisien vaihtoehtoisten virtaussuuntauksien toteutta- misen. Tehostesavu mahdollistaa myös esimerkiksi lämpökerrostumien vaikutuksien tarkastelun tai virtauksien heittopituuksien arvioinnin.

Tehostesavujen käyttö opinnäytetyössä tutkitussa tarkoituksessa on suhteellisen tuore menetelmä, mutta esimerkiksi viihdeteollisuudessa erilaisia tehostesavuja on käytetty jo kauemmin. Näissä yhteyksissä on myös tutkittua tietoa tehostesavujen mahdolli- sista haittavaikutuksista ja koostumuksista, joihin myös viitataan tässä opinnäyte- työssä. Opinnäytetyön yksi tarkasteltava osa-alue onkin tehostesavujen turvallinen käyttö tutkimustyössä.

Opinnäytetyössä otetaan myös kantaa virtausten suunnitteluun ja varsinkin niiden to- teuttamiseen. Varsinkin uudiskohteissa virtauksien tarkastelu jää usein ilmanvaihdon säätötöiden yhteydessä heikommalle huomiolle, ja virtauksien osa-alueet, kuten heittopituudet, suutinpaineet, ja rakenteelliset huomiot aiheuttavat usein toimenpiteitä jälkikäteen, kun tilojen ilmanvaihtoa tarkastellaan käyttäjiltä saadun palautteen muo- dossa. Usein virheet ovat yksinkertaisia suuntauksien puutteita tai suutinpaineiden

(14)

määrittelyjä, jotka saattavat kuitenkin kokonaisuutena vaatia laajempia järjestelmän säätömuutoksia.

1.1 TAVOITTEET

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tarkastella Are Oy:n käyttämän savukoejärjestel- män toimivuutta ilmanjaon virtauksien ongelmien havainnoinnissa, säätötöiden apuna käytettynä, sekä osaltaan myös muiden sisäilman virtauksien havainnoinnissa.

Opinnäytetyön yhtenä osa-alueena on myös tehostesavujen turvallinen käyttö tutkimuksissa, perustuen osaltaan tehostesavuihin liittyvien aikaisempien tutkimustietojen tuloksiin.

Opinnäytetyössäni pohdin myös sisäilman virtausten ja tarkemmin tuloilman virtausten toteutumista ilmanvaihdon suunnittelun sekä ilmanvaihdon säädön osalta, ja näi- hin liittyvien määräysten ja tavoitteiden saavuttamisesta uudis- ja remonttikohteissa, sekä savukokeiden mahdollisuuksia hyvän sisäilmaston tavoitteiden toteutumisessa.

2 Kirjallisuuskatsaus

Kirjallisuuskatsauksessa tarkastelin ilmanjaon eri järjestelmien virtaustoteutuksia erilaisissa ilmanvaihdon menetelmissä sekä muiden sisäilman virtausten osuutta sisäil- mastoon perinteisissä toimistomaisissa olosuhteissa, joihin myös opinnäytetyössä teh- dyt savukoetutkimukset sijoittuivat. Yksi osa-alue kirjallisuuskatsauksesta liittyy tehostesavujen turvallisuuteen ja turvalliseen käyttöön, jonka avulla myös arvioin tehostesavujen turvallista käyttöä tutkimuskohteissa. Osassa tutkimuksista käytettiin savukokeiden ohella vertailutyökaluna vetoisuus- ja lämpöviihtyvyysmittauksia, joiden vuoksi kirjallisuustarkastelussa on myös osio lämpöviihtyvyys- ja vetoisuusmit- tauksien menetelmistä.

(15)

2.1 ILMANJAKO JA VIRTAUKSET

2.1.1 Sisäilman virtaukset

Sisäilmaston olosuhteisiin vaikuttavia virtauksia ja niihin vaikuttavia tekijöitä on useita. Tulo- ja poistoilman virtausten määrittelyillä virtauksia pystytään määrittele- mään vain niin hyvin kuin kaikki osa-alueet on otettu huomioon. Esimerkiksi huoneen kalustus ja muodot, tulo- ja poistoilmalaitteiden geometria ja sijainnit, tuloilman lämpö- ja virtausmäärät ja nopeus, huoneen lämpimät ja kylmät pinnat sekä lämpö- kuormat vaikuttavat oleellisesti huoneen virtauksiin. (Kosonen & Sandberg 2016.) Yleisesti sisäilman virtaukset ovat turbulenttisia, vaihtelevia virtauksia. Turbulenttiset virtaukset ovat laajaskaalaista ja kaoottista, satunnaista virtausta, joiden intensiteetillä on havaittu olevan selvä vaikutus ihmisen kokemaan lämpöviihtyvyyteen. Vaihtele- vat virtaukset aistitaan vetoisuutena herkemmin kuin tasaiset virtaukset. (Fanger, Me- likov, Hanzawa & Ring 1988; Lestinen, Kilpeläinen, Kosonen, Jokisalo & Koskela 2018.) Myös virtausten vaihtelutaajuuden on tutkimuksissa havaittu vaikuttavan läm- pöaistimuksen kokemukseen matalien taajuuksien alueella. Herkimmin havaittava ilman keskinopeuden taajuuden vaihteluväli on tutkimuksissa sijoittunut 0,2 – 0,6 Hz taajuusalueelle (Kang, Song & Shiavon 2013).

Tuloilman suihkuvirtausten ohella lämpökuormien vaikutus sisäilmaston virtausten hallintaan on merkittävä. Tutkimustulokset osoittavat ilman keskinopeuden kasvavan lämpökuormien ja tuloilmavirtausten kanssa (Lestinen ym. 2018). Huonevirtauksiin vaikuttavia merkittäviä yksittäisiä tekijöitä ovat tuloilmalaitteiden sijainti, huonesää- dön tilanne (lämmitys / jäähdytys), tuloilman ja huoneilman lämpötilaerot sekä vir- tausmäärä ja tuloilmavirran suihkun nopeus sekä tuloilmalaitteen puhalluspinta-alan suhde puhallettavaan pintaan nähden (seinä, katto tai lattia). (Kosonen ym. 2016.) Kuvaan 1 (Sandberg & Koskela 2016) on havainnollistettu sisäilmastoon vaikuttavia virtauksien osatekijöitä. Tuloilmavirtausten muodostumisen osalta tärkeimmät tekijät ovat tuloilmavirran määrä, suihkun lähtönopeus ja lähtevän suihkun lämpötilaero puhallettavaan vyöhykkeeseen verrattuna. Tämän lisäksi virtauksen muodostumiseen

(16)

vaikuttaa virtauksen muoto ja sijoittuminen rakenteisiin ja muihin virtaustekijöihin nähden. Pinnoille puhallettu virtaus voi muodostua pintaan kiinnittyneeksi suihkuksi, joka eroaa vapaasti puhalletusta suihkusta esimerkiksi heittopituutensa puolesta. Tu- loilmavirtaukset voivat olla suuntauksiltaan kapeita kohdistettuja suihkuja, leveitä ra- diaalisia suihkuja tai vapaita pyörrevirtaussuihkuja. Huonevirtaukset kuten myös tu- loilmasuihkut muodostuvat myös rakenteiden ja eri lämpötiloja olevien pintojen virtauksien yhteisvaikutuksena. Esimerkiksi sekoittavassa ilmanjaossa ajatellaan usein, että tuloilmavirtaukset ovat määrittävä tekijä huonevirtausten muodostumisessa, kuitenkin riippuen tuloilmasuihkujen ominaisuuksista voi tilassa olevat lämpökuormat olla hallitseva tekijä virtausten muodostumisen osalta. (Kosonen, Sandberg 2016.)

2.1.2 Ilmanvaihdon hyötysuhde ja tehokkuus

Ilmanjaon hyötysuhteella kuvataan sitä tehokkuutta, jolla ilmanjaon toteutuminen tapahtuu tilan ilmanlaadun kannalta. Hyötysuhteen heikoin tilanne muodostuu, kun tuloilma virtaa suoraan poistoilmaan, jolloin tilan ilmanvaihtuvuus on huono. Paras tilanne hyötysuhteen kannalta on, kun tuloilma ohjautuu koko tilan läpi ja päätyy vii- meisenä poistoilmaan, jolloin tuloilma hyödynnetään tehokkaimmin. Käyttäjän näkö-

Kuva 1 Sisäilmaston virtauksia (Sandberg ym. 2016)

(17)

kulmasta ilmanjako toteutuu parhaiten, kun tuloilma ohjataan mahdollisimman suoraan tilan käyttäjän hengitysilmaan, jolloin hengitysvyöhykkeen ilma olisi mahdollisimman puhdasta. Epäpuhtauslähteiden osalta paras tilanne on, kun niistä lähtöisin olevan virtaukset ohjautuvat mahdollisimman suoraan poistoilmaan, jotta ne eivät se- koitu sisäilman sekaan. (Sandberg, Koskela & Mustakallio 2016.)

Ilmanjakotapoja vertaillessa hyötysuhde määrittyy ilmanjaon sekoitussuhteen mukaisesti. Sekoittavan ilmanjaon hyötysuhde on 50%, kun tuloilma sekoittuu täysin huo- neilmaan. Mäntävirtaukseen perustuvan ilmanjaon hyötysuhde on periaatteellisella tasolla 100% ja kerrostumiseen perustuvassa ilmanvaihtomallissa hyötysuhde on suurempi kuin 50%, mutta jos osa tuloilmasta ohjautuu suoraan poistoilmaan, hyötysuhde jää alle 50%. (Sandberg, Koskela, Mustakallio, 413–415, 2016.)

Ilmanjaon tehokkuutta voidaan hyötysuhteen ohella arvioida myös lämmön- tai epä- puhtauksien poistotehokkuutena, jotka ilmaisevat ilmalaadun eroa oleskeluvyöhyk- keen ja poistoilman välillä (Kosonen ym. 2016).

2.1.3 Tilailmastoinnin periaatteet

Tilakohtaisien ilmavirtojen määrittelyyn ja suunnitteluun vaikuttavia tekijöitä ovat yleisesti huoneolosuhteiden tavoitearvot kuten lämpötila- ja ilman maksiminopeus arvot, huonetilan mitat, lämpökuormat ja epäpuhtauslähteiden sijainnit, lämpöhäviöt, rakenteet ilmavirtauksien esteinä, suunnitellut painesuhteet ja kokonaisilmavirrat. Il- manjaon periaatetta valittaessa lähtökohtana on sisäilmaston tavoitetaso ja huomioon otettavia asioita ovat kaikki ilmanjakoon vaikuttavat kuormitus- ja häiriötekijät sekä kokonaisjärjestelmän yhteisvaikutukset. Pääperiaatteita ilmanjaolle ovat sekoitus-, vyöhyke-, kerrostuma- ja mäntäperiaate, jotka ovat toteutettavissa erilaisilla ilmanja- komenetelmillä ja -laitteilla. (Kosonen ym. 2016.)

Sekoitusilmanvaihdossa tavoitteena on ilmanlaadultaan tasainen tilanne koko toteu- tettavassa tilassa. Tämä toteutetaan sekoittamalla tuloilma tehokkaasti koko tilaan.

(18)

Tämä tavanomaisissa tiloissa yleisesti käytetty periaate on toimiva, kun lämpökuor- mat ovat pieniä ja epäpuhtauksia syntyy vähän. (Kosonen ym. 2016.)

Vyöhykeperiaatteessa pyritään oleskeluvyöhykkeen olosuhteiden hallintaan ja sen päälle sallitaan lämpötilan ja epäpuhtauksien kerrostumista. Tuloilma pyritään sekoittamaan vain oleskeluvyöhykkeen tai tietyn korkeustason alapuoliselle alueelle ja kerrostumisen syntyminen vaatii tilaan lämpökuormia. Virtauksia hallitaan tuloilmanja- olla ja nostevoimien vaikutuksella. (Kosonen ym. 2016.)

Kerrostumaperiaatetta käyttää esimerkiksi syrjäyttävä ilmanvaihto. Se perustuu vyö- hykeperiaatteen tapaan lämpötilan ja epäpuhtauksien kerrostumiseen, mutta tilan il- manvirtauksia hallitsevat nostevoimat, joiden aiheuttamat konvektiovirtaukset, pluu- mit, saavat aikaan kerrostumisen. Tuloilmanjako tapahtuu yleensä alhaisella nopeudella ja pienellä alilämpöisyydellä oleskeluvyöhykkeeseen nähden. (Kosonen ym.

2016.)

Mäntäperiaatteessa tuloilma pyritään kuljettamaan tasasuuntaisesti tilan läpi poistoilmaa kohden. Ilmanvirtauksen määrä on tyypillisesti suuri ja liikemäärältään riittävän voimakas syrjäyttämään häiriövirtaukset. Menetelmää käytetään tiloissa, joissa ilman- laadulle on annettu erityisiä vaatimuksia, kuten leikkaussaleissa tai puhdastiloissa.

(Kosonen ym. 2016.)

2.1.4 Ilmanjakomenetelmät

Ilmanjaon toteutus vaikuttaa oleellisesti siihen, miten tilan käyttäjän kokevat sisäil- man laadun ja viihtyisyyden. Jokaiseen tilanteeseen sopivaa yhtä ratkaisumallia ei ole, vaan ilmanjaon toteutus on tehtävä tarkastelemalla huonetilan ominaisuuksia ja näkö- kohtia, jotta tilaan saadaan riittävän tehokas ilmanvaihto ja silti viihtyisät olosuhteet.

(Kosonen ym. 2016.) Sekoittavailmanjako

Sekoittavassa ilmanvaihdossa pyritään tuloilma sekoittamaan huonetilaan mahdollisimman tehokkaasti. Tämä on toteutettavissa erilaisilla tuloilmalaitteilla, joissa tuloilmavirtauksen lähtönopeus on suurehko. Tuloilmasuihku synnyttää puhallettaessa

(19)

myös huoneilman liikettä, jota kutsutaan induktio- tai sekundääri-virtaukseksi. Yh- dessä ne aiheuttavat tilaan kiertovirtauksia. Sekoittava ilmanvaihdon (Kuva 2) pyrkimys on laimentaa tilassa olevien epäpuhtauksien vaikutuksia, joskin menetelmä ei so- vellu tiloihin, joissa on voimakkaita epäpuhtauslähteitä. Menetelmällä pyritään myös luomaan tilaan tasainen lämpötila. (Kosonen ym. 2016.)

Yleisimmät ilmanjakotavat sekoittavassa ilmanjakomenetelmässä ovat seinä- ja katto- puhallus, joihin on olemassa hyvin erilaisia päätelaitteita. Seinälaitteilla on yleensä suurempi suutinnopeus kuin kattohajottajilla, pidemmän heittokuviotarpeen takia.

Seinähajottajilla käytetään myös usein hyväksi Coanda-ilmiötä, jossa pinnalle puhallettu virtaus kiinnittyy puhallettuun tasoon. Tasoon kiinnittynyt jäähdytetty virtaus matkaa pinnalla pidemmälle, eikä näin pääse heti laskeutumaan ja aiheuttamaan esimerkiksi vetoisuutta oleskeluvyöhykkeelle. Seinäpuhalluksen toiminnan kannalta kriittisiä tekijöitä ovat mahdolliset esteet virtauspinnassa, josta virtaus saattaa suun- tautua liian aikaisin oleskeluvyöhykkeelle. Myös vastavirtaukset voivat aiheuttaa virtauksen alas taittumisen. Tällaisia tilanteita ovat esimerkiksi talvella ikkunaseinän pat- terin aiheuttama nousevan konvektiovirtauksen törmääminen, tai kesällä lämpimän ikkunapinnan tai auringon säteilyn aiheuttaman paikallisen konventiovirtauksen tör- määminen yleensä vastakkaiselta seinältä tulevaan alilämpöiseen tuloilmavirtauk- seen. Myös kattohajottajat saattavat hyödyntää Coanda-ilmiötä, jos tulolaitteen virtauskuvio on toteutettu kattopintaan. Heittokuviot kattohajottajissa on yleensä kuitenkin lyhyemmät ja voivat olla suunnattuina myös alaspäin. Yleisimpiä kattohajottajia ovat erilaiset kartio-, lautas-, ja monisuutinhajottajat. (Kosonen ym. 2016.)

Kuva 2 Esimerkki kuva sekoittavasta ilmanjaosta (Kosonen ym. 2016)

(20)

Tuloilmalaitteissa on yleensä mahdollisuuksia vaikuttaa toteutuvaan tuloilmavirtauksen heittokuvioon erilaisilla säätö- ja suutintoiminnoilla. Näiden määrittely riippuu tilailmanvaihdon tilatarpeista ja suunnitelluista ilmanvaihtotasosta sekä oleskelu- vyöhykkeen virtausnopeuksien tavoitearvoista. (Kosonen ym. 2016.)

Muita sekoittavan ilmanjaon tapoja ovat esimerkiksi ikkunapenkkipuhallus ja lattiail- manvaihto. Ikkunapenkkipuhalluksessa hyödynnetään ikkunapinnan konvektiovir- tauksia ja toiminnan edellytyksenä ovat suuret puhallusnopeudet, jotta virtaus saadaan toteutumaan huoneen perälle. Lattiapuhalluksella on mahdollista luoda erilaisia ilmanjakomenetelmiä. Sekoittavassa ilmanjaossa on yleensä kyse vyöhykeperiaat- teesta, jossa hallitaan oleskeluvyöhykkeen ilmanlaatua, jolloin virtausnopeudet ovat suurempia. Matalammilla virtausnopeuksilla lattiapuhalluksella pyritään yleensä syr- jäyttävään ilmanvaihtoon. (Kosonen ym. 2016; Engineering guide… 2011)

Syrjäyttäväilmanjako

Syrjäyttävässä ilmanvaihdossa pyritään kerrostumaan, jossa ylös pyritään muodostamaan lämpimämpi epäpuhtauksia sisältävä vyöhyke, ja alemmas oleskeluvyöhyk- keelle viileämpi puhtaampi vyöhyke (Kuva 3). Syrjäyttävässä ilmanvaihdossa tuloilma tuodaan alemman puhtaamman vyöhykkeen alueelle yleensä lattialle sijoitetuilla syr- jäyttävillä päätelaitteilla tai lattiapuhalluksella ja poistoilma otetaan ylemmän likai- semman vyöhykkeen alueelta. Tuloilma johdetaan tilaan oleskeluvyöhykkeen lämpö- tilaa alhaisemmalla lämpötilalla ja pienellä virtausnopeudella. Huoneen virtausku- viota määrittelevät huoneen lämmönlähteistä syntyvät pystysuorat konvektiovirtaukset, jotka kuljettavat myös epäpuhtauksia ylempään vyöhykkeeseen.

Kuva 3 Syrjäyttävä ilmanvaihto (Kosonen ym 2016)

(21)

Mäntäilmanjako

Mäntäilmanjaosta puhutaan myös laminaarisena ilmanvaihtona, jossa pyritään saa- maan yhdensuuntainen ja mahdollisimman suora virtaus koko ilmastoitavaan tilaan tai halutulle vyöhykkeelle (Kuva 4). Virtaussuuntaus voi olla esimerkiksi seinästä sei- nään, lattiasta kattoon tai katosta lattiaan päin suuntautuen. Tuloilma tuodaan isolle pinta-alalle ja matalalla nopeudella, kokonaisilmavirtojen ollessa kuitenkin suuret.

Menetelmää käytetään varsinkin tiloissa, joissa tarvitaan puhtaustasolta korkeampaa ja ilmamääriltään suurempaa ilmanvaihtotasoa. (Kosonen ym. 2016; Lassila 2014.)

2.1.5 Ilmanjaon huonelaitteiden virtaukset Seinähajottimet

Ilmanjaon toteutus seinähajottimilla on tyypillisesti toteutettu ikkunaseinän vastakkaiselta puolelta. Virtauskuvio voi olla toteutettu vapaana virtauksena, mutta usein virtaus suunnitellaan kattopinnalle kiinnittyvänä virtauksena (Kuva 5), jotta heittopituus saadaan toteutumaan koko huoneen vyöhykkeelle ja virtausnopeudet oleskelu- vyöhykkeellä alhaisiksi. Seinälaitteiden puhallusnopeudet ovat normaalisti kattopu- halluksiin verrattuna isommat pidempien heittopituus määrityksien takia. Heittopi- tuus määritellään normaalisti tilan suunnitellun tulovirtaussuunnan tilapituuden mu- kaiseksi, jotta ilmanjaon toteutuminen koko oleskeluvyöhykkeelle on tehokasta, ja

Kuva 4 Mäntäilmanjako (Kosonen ym 2016)

Kuva 5 Vapaavirtaus ja kattopin- taan kiinnittyvä virtaus

(Kosonen ym. 2016)

(22)

ettei tulovirtaus aiheuta vetoa vastakkaisen seinän läheisyydessä. Tarkasteltavia asioita ovat tuloilman kiinnittyminen kattoon myös alilämpöisenä, mahdollisien rakenteellisten esteiden vaikutukset tuloilmavirtauksien muodostumiseen ja ikkunaseinän lämpimien nousevien konvektiovirtausten vaikutukset tuloilmavirtauksen toteutumiseen (Kuva 6). (Kosonen ym. 2016.)

Seinäpuhalluksilla ja sen indusoimalla huoneilmalla pyritään muodostamaan koko huonetilan kiertävä virtaus. Poistoilma sijoitetaan pääosin samalle puolelle huonetta tai virtaussuunnassa sivuun, jottei oikosulkuvirtauksia pääse syntymään. Ilmanvaih- don osatehokäytöt ja tarpeenmukaisen ilmanvaihdon ohjaukset vaikuttavat usein hei- kentävästi virtauksien toteutumiseen koko vyöhykkeellä.

Kattohajottimet

Kattohajottimien yleisimmät toteutusmallit ovat vapaa asennus ja asennus katon pintaan. Kattopintaan asennettuna puhallusvirtauksien toteutuksessa voidaan hyödyntää myös kattopinnalle kiinnittyviä virtauksia, mutta virtausnopeudet ja heittopituudet suunnitellaan kattolaitteilla seinälaitteita matalammiksi. Korkeissa tiloissa voidaan hyödyntää myös seinäpinnalle kiinnittyviä virtauksia. Kattolaitteilla voidaan toteuttaa yleensä hyvin monenlaisia virtausmalleja tuloilmalaitemallien suuntausmahdolli- suuksista riippuen. Erilaisia virtausmalleja saadaan toteutettua esimerkiksi radiaali- sina, pyörrevirtauksina, tasomaisina tai kohdistettuina virtauksina. (Kosonen ym.

2016.)

Kuva 6 Törmäävät virtaukset (Seppänen, Seppänen 2007)

(23)

Puhallusvirtauksien tarkastelussa tulee huomioida muiden tuloilmalaitteiden vir- tausien suuntaukset ja heittopituudet, ikkunaseinän konvektiovirtaukset sekä seinät ja muu rakenne, jotta törmääviltä virtauksilta vältytään. Nykyaikaiset tuloilmalaitteet ovat hyvin muuntojoustavia, kuten monisuutinhajottimet (Kuva 7), joilla voi toteuttaa erilaisia suuntauksia tai pyörrevirtauksia. Aktiivisilla tuloilmalaitteilla voidaan myös toteuttaa heittokuvioiden säätöä tehostustarpeen tai tuloilman lämpötilan mukaan.

Esimerkiksi korkeissa tiloissa tuloilman suihkua tulee voida säätää tuloilman lämpö- tilan mukaan, jotta tuloilma saadaan vaikuttamaan oleskeluvyöhykkeelle asti, jos tu- loilmaa ohjataan muuttuvilla lämpötilaohjauksilla. (Kosonen ym. 2016.)

Lattiahajottimet

Lattiahajottimia käytetään esimerkiksi vyöhykeilmanvaihdossa ja syrjäyttävässä ilmanvaihdossa. Syrjäyttävässä ilmanvaihdossa oleskeluvyöhykkeelle tuodaan viileätä ilmaa hitaalla nopeudella, jotta tilaan syntyisi lämpökerrostumaa. Sekoittava ilmanvaihto toteutuu suuremmalla puhallusnopeudella pystysuoralla virtauksella yleensä pyörrevirtaus hajottimilla, jotta tilailman sekoitus toteutuu tehokkaasti. Vyöhykeil- manvaihdossa sekoitus pyritään toteuttamaan oleskeluvyöhykkeen korkeudelle ja tä- män päälle annetaan toteutua ilman kerrostumista. Koko tilan ilmanvaihdon sekoitus toteutuu, kun heittopituus yltää lähes katon tasoon asti. Lattiahajottimet ovat tyypillisesti heikommin suunnattavissa, jolloin näiden sijoitus työpisteisiin nähden on tär- keää. Ilmavirtauksen suuntaus yhdessä lämpökuormista ylös suuntautuvaan virtaukseen, korostaa lämmön ja epäpuhtauksien suuntausta ylöspäin kohti poistoilmaa. (Ko- sonen 2016; Engineering guide… 2011.)

Kuva 7 Monisuutinhajotin (ETS NORD 2020)

(24)

Suutinkanavajärjestelmät

Suutinkanavat ovat kanavamuotoon tehtyjä tuloilmalaitteita, jotka tuottavat koko tuloilmalaitteen pituudella tasaisen ilmanjaon tilaan. Suutinkanavia on kiinteillä suuntaus toteutuksilla sekä myös säädettävillä suuntauksilla, joilla pystytään vaikuttamaan esimerkiksi heittopituuteen. Suutinkanavia käytetään usein suurempien ilmamäärien ja alilämpöisen ilman jakamiseen. Liian pienellä painehäviöllä toimittaessa heittokuvion toteutus heikkenee ja kylmä tuloilma voi pudota alas. Hitailla puhallusvirtauk- silla tuloilman liian korkea lämpötila voi aiheuttaa tuloilman kerrostumisen ja oleske- luvyöhykkeen ilmanvaihdon tehokkuuden heikkenemistä. (Climecon 2020)

Jäähdytyspalkit

Jäähdytyspalkkeja tuloilmatoteutuksella kutsutaan aktiivisiksi jäähdytyspalkeiksi.

Toiminta perustuu suurella nopeudella toteutetun tuloilmavirtauksen aiheuttamaan induktioon, jolloin huoneilmaa ohjautuu jäähdytyspalkin vesipatterin läpi tuloilman sekaan (Kuva 9). Patteri voi olla vain jäähdytyskäyttöinen tai lämmitys/jäähdytys käyt- töinen, jolloin jäähdytyspalkki toimii myös lämmitysjärjestelmänä. Toiminnan kannalta on tärkeää riittävä tulovirran suutinpaine, jotta palkin suunniteltu heittokuvio ja riittävä induktio toteutuvat. Liian pieni suutinpaine voi aiheuttaa kylmän tuloilman valumisen alas ja heikentää jäähdytyspalkin jäähdytys/lämmitystehoa. (Laine 2016;

Climecon 2 2020.)

Kuva 8 Suutinkanava (Swegon IBIS 2020)

(25)

Osatehokäyttö

Ilmanvaihdon toteutuksesta riippumatta ilmanjakoa tarkastellessa ja suunnatessa tulee tarkastella mahdollisten rakenteellisten esteiden virtausvaikutuksien ohella myös osatehokäyttöä esimerkiksi tarpeenmukaisessa ilmanvaihdossa. Ilmanvaihdon osate- hokäyttö kiinteillä tuloilmalaitteilla vaikuttaa puhallusvirtauksen heittokuvion toteutumiseen. Osateho käyttö voi aiheuttaa virtauksen taipumisen oleskeluvyöhykkeelle aiheuttaen vetoa, tai esimerkiksi tulo- ja poistoilmalaitteiden sijoittelusta riippuen tilanteita, jossa osatehokäyttö aiheuttaa oikosulkuvirtauksia. (Kosonen ym. 2016;

Alanko 2018.) Oikosulkuvirtaus

Oikosulkuvirtauksen (Kuva 10) vaikutus tilan ilmanvaihtoon voi olla merkittävä, jos tuloilmavirtaukset suuntautuvat suoraan poistoilmaan ja oleskeluvyöhykkeen ilmanvaihtuvuus jää vajaaksi. Tilanne voi syntyä mm. väärin suunnatuista puhallusvirtauk- sista, puhallusvirtauksien liian pienistä virtausnopeuksista tai ylilämpöisen tuloilman nousevasta tai kerrostuvasta ilmavirtauksesta. Oikosulkuvirtaus ei kuitenkaan to- teudu automaattisesti tulo- ja poistoilmalaitteiden liian lyhyestä etäisyydestä toisiinsa nähden, koska tuloilmavirtauksen ja poistoilman sieppausvirtauksen teholliset alueet

Kuva 9 Aktiivinen jäähdytyspalkki Swegon Parasol, toi- mintaperiaate (Swegon 2020)

Kuva 10 Oikosulkuvirtauksia (Kosonen ym. 2016)

(26)

poikkeavat selvästi toisistaan. Jos verrataan kahta samankokoista aukkoa ja ilmamää- riltään saman suuruisia virtauksia toisiinsa, niin tuloilman tehollinen matka virtaussuunnassa ulottuu selvästi poistoilman sieppausilmaa pidemmälle (Kuva 11).

2.2 TEHOSTESAVUJEN KÄYTTÖTURVALLISUUS

2.2.1 Tehoste- ja merkkisavut

Merkkisavuja käytetään yleisesti ilmaisemaan erilaisia virtauksia, kuten vuotovirtauk- sia, ilmavirtauksia rakenteissa tai kuten tämän opinnäytetyön yhteydessä ilmanjaon virtauksia. Tehostesavuista puhutaan yleensä viihdeteollisuuden parissa, jossa ne ovat iso osa esitysten tehosteita tai esimerkiksi pelastuslaitoksen savusukellusharjoituksissa, joissa niillä luodaan pelastustilanteen mukaisia olosuhteita.

Erilaisia merkkisavuja ovat mm. savukynät ja tikut, savupatruunat, sekä tehostesavut, joita tuotetaan pääosin erilaisista nesteistä lämmittämällä. Tehostesavuiksi luokitel- laan myös kylmät savut, joita saadaan esimerkiksi hiilihappojäästä ja nestemäisestä typestä. Tehostesavut ovat siis yleensä erilaisista aineista muodostettuja sumuja ja ae- rosolia. Ilmanvaihdon virtausten tarkastelukäyttöön on valittu nesteistä lämmitettävät tehostesavut, joista tämän työn osalta tarkastellaan tarkemmin glykolipohjaisten osalta.

Tehostesavu muodostetaan savunesteitä lämmittämällä tehtävään tarkoitetulla savu- koneella. Neste kuumennetaan hyvin nopeasti laajenevaksi höyryksi ja vapautuessaan ilmaan höyry tiivistyy näkyväksi sumutteeksi, aerosoliksi. Näkyvä tehostesavu koostuu pisaroista, joiden kokoluokka on tyypillisesti 0,2 – 5 µm halkaisijaltaan. Tämän

Kuva 11 Tuloilmasuihkun ja poistoilman imun vaikutusalueiden erot (Kosonen 2016 muokattu)

(27)

kokoluokan pisarat kulkevat helposti pienimpienkin virtausten mukana, havainnol- listaen näin ilman liikettä.

2.2.2 Tehostesavujen koostumukset

Tehostesavunesteiden yleisimmät vaihtoehdot pääliuottimiksi ovat glykolit, mineraa- liöljy ja glyseroli, joita sekoitetaan puhdistettuun veteen. Näiden pitoisuuksien eroilla luodaan erilaisia sumun olomuotoja ja niiden kestoaikoja. Osa savuista haihtuu ilmaan välittömästi ja toiset kestävät useita minuutteja.

Glykolipohjaiset tehostesavut koostuvat tavanomaisesti propyleeniglykolista ja/tai trietyleenigykolista sekä vedestä. Työterveyslaitoksen tutkimuksessa (Laitinen, Jump- ponen, Heikkinen, Linholm, Lindholm, Sistonen & Halonen 2015) tarkasteltiin eri tehostesavunesteiden ja tuotettujen aerosolien koostumusta. Näissä tutkimuksissa te- hostesavunesteistä analysoitiin yleisen koostumuksen lisäksi myös aldehydi- ja aseto- nipitoisuuksia. Tutkimus tehtiin kaikkiaan yhdeksälle tehostesavunesteelle, joista yksi oli mineraaliöljypohjainen ja muut glykolipohjaisia. Kuvaajassa 1 on esitetty glykolien pitoisuuksia tutkituissa nesteissä ja kuvaajassa 2 mitattujen aldehydien ja asetonin pitoisuudet.

Kuvaaja 1 Tehostesavunesteiden glykolipitoisuuksia (Laitinen ym. 2015)

(28)

Glykolipohjaisissa tehostesavunesteissä käytettyjen propyleeni- ja trietyleeniglyko- liyhdisteiden akuuttia toksisuutta pidetään matalana, mutta niiden hygroskooppisuus voi aiheuttaa altistuneilla esimerkiksi ihon ja limakalvojen kuivumisen tunnetta ja är- sytystä silmissä. Nykytietämyksen mukaan propyleeniglykoli on mitatuista glyko- leista haitattomampi versio, kuin trietyleeniglykoli joka voi lämmittäessä hajota mm.

dietyleeni- ja etyleeniglykoliksi. Nesteistä mitattujen aldehydien ja asetonin pitoisuudet vaihtelivat eri nesteiden välillä. Haitallisimpana näistä ovat mitatut formaldehydipitoisuudet, joka tunnetaan syöpävaarallisuudestaan ja ne aiheuttavat myös ylem- pien hengityselimien ja ihon sekä silmien ärsytystä. (Laitinen ym. 2015)

Tutkimuksessa (Laitinen ym. 2015) tehostesavuista tuotettiin savua erilaisissa ympä- ristöissä, kuten altistumiskammioon, studio- ja teatteriolosuhteissa sekä pelastuslaitoksen savusukellusharjoituksissa. Tehostesavuja käytettäessä ilmasta tarkasteltiin

Kuvaaja 2 Tehostesavunesteiden aldehydi ja astoni pitoisuuksia (Laitinen ym. 2015 muokattu)

(29)

mm. haihtuvien orgaanisten yhdisteiden, hengittyvän pölyn, ultrapienien hiukkasten, glykolien ja aldehydien pitoisuuksia. Glykolien osalta ilmasta löydettiin tehostesavunesteiden liuottimien mukaisia trietyleeni- ja propyleeniglykoli pitoisuuksia, mutta lisäksi analyysit paljastivat ilmasta myös muita liuottimia kuten dipropyleeni- glykolia, 1-hydroksi-2-propanonia ja dietyleeniglykolia, jotka ovat glykolien valmis- tuksessa ja valmistuksen sivutuotteina syntyviä yhdisteitä. Ilmasta löytyi myös alde- hydejä, jotka vastasivat nesteistä mitattuja yhdisteitä. Tutkimuksessa tarkasteltujen pitoisuuksien vaihtelu riippui käytettyjen savunesteiden sisältämistä yhdisteistä ja tuo- tetun savun määrästä. Teatteri näyttämöillä toteutetuissa tavanomaisissa savukuormi- tuksissa mm. mitattiin hengittyvän pölyn pitoisuuksia, jotka orgaanisen pölyn kahdeksan tunnin haitalliseen tunnettuun pitoisuuteen verrattuna olivat keskiarvoisesti 12% - 68%, riippuen mittauskohteen sijainnista. Kun taas savusukellussimulaattorissa mitatut hengittyvän pölyn pitoisuudet olivat esimerkiksi Sapalab-simulaattorin sisällä 66 kertaiset orgaanisen pölyn kahdeksan tunnin HTP-arvoon verrattuna. Teatteriolo- suhteissa mitatut suurimmat formaldehydipitoisuudet olivat 2,5 % formaldehydin kahdeksan tunnin HTP-arvosta, kun Sapalabissa mitattiin keskimäärin 4,3 kertaisia pitoisuuksia formaldehydin kahdeksan tunnin HTP-arvoon nähden. Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden kokonaispitoisuudet vaihtelivat näyttämöllä tehdyissä mittauksissa 7% -366% hyvälle teollisuusilmalle asetettuun viitearvoon (3000 µg/m³) verrattuna, ylittäen viitearvorajan useassa pisteessä. Savunesteiden sisältämän trietyleeni- glykolin pitoisuudet näyttämöllä olivat keskimäärin 9,4 % verrattuna etyleeniglykolin kahdeksan tunnin HTP-arvoon nähden, kun Sapalabissa vastaava pitoisuus oli 6,5 ker- tainen kahdeksan tunnin HTP-arvoon nähden. (Laitinen ym. 2015)

2.2.3 Tehostesavujen turvallinen käyttö

Turvallinen tehostesavujen käyttö vaatii perehtymistä käytettäviin laitteistoihin ja sa- vunesteisiin ja niiden ominaisuuksiin. Laitteiston turvallinen käyttö edellyttää laite- valmistajan turvallisuusohjeiden noudattamista ja valmistajan määrittelemien laitteiston huoltotoimenpiteiden toteuttamista, jotta laitteisto toimii optimaalisella tavalla.

(30)

Tehostesavujen käyttökoulutuksissa määritellään myös, että savukoneilla tulisi käyt- tää vain valmistajan laitteelle suosittamia savunesteitä. Savunesteiden valinnassa tulisi suosia myös mahdollisimman puhtaita nesteitä. Glykolipohjaisista savunesteistä suositeltavimpia ovat puhtaasti propyleeni- tai butyleeniglykolia sisältävät savunes- teet, joita pidetään yleisesti turvallisimpina. Suoraa altistusta tehostesavukoneen tuot- tamaan savuun tulee välttää savun pitoisuuksien ollessa korkeimmillaan savun tuoton alussa, mutta myös yleisesti suoraa altistusta savulle tulisi välttää. Savukuormitukset tulisi pitää myös mahdollisimman matalina, koska epäpuhtauksien pitoisuudet kas- vavat mitä suurempi savukuormitus tilassa on. (Laitinen ym. 2015)

2.3 LÄMPÖOLOT JA KOSTEUS

Työ- ja elinympäristön lämpöolot vaikuttavat ihmisen lämpöviihtyvyyteen, toiminta- kykyyn ja tuottavuuteen sekä terveyteen. Ihmisen kokemaan lämpöviihtyisyyteen vaikuttavia tekijöitä ovat mm. sisäilman lämpötila, säteilylämpötila, ilman nopeus ja kosteus. Myös käytetty vaatetus ja tehdyn fyysisen työn tuottama lämpö, aikaisempi al- tistus erilaisille olosuhteille ja siihen mukautuminen ja myös yksilölliset metaboliset ja psykologiset tekijät vaikuttavat ihmisen kokemaan lämpöviihtyvyyteen. (Sandberg 2014; Seppänen, Seppänen 2007; Työterveyslaitos 2014, Tuomaala ym. 2013.)

Ihmisen kokema lämpötila muodostuu ilman lämpötilasta sekä ympäröivien pintojen lämpötiloista, joiden keskiarvo on likimäärin sama kuin operatiivinen lämpötila, kun ilmannopeus on maksimissaan 0,1 m/s. Optimaalinen tavoitelämpötila muodostuu ja muuttuu työn fyysisen kuormittavuuden ja vaatetuksen myötä. Ulkolämpötilat vaikuttavat ihmisten pukeutumiseen ja tämän johdosta esimerkiksi vuodenaikojen erot Kuva 12. Ihmisen lämpöaistimukseen vaikuttavat sisäiset ja ulkoiset tekijät (Tuomaala ym. 2013)

(31)

vaikuttavat lämpötilan määriteltyihin tavoitetasoihin työympäristöissä. Sisäilmasto- luokituksessa tämä näkyy esimerkiksi operatiivisen lämpötilan tavoitetasoissa, jossa S1 luokituksessa lämmityskaudella tavoitetaso on välillä 20,5-22,5°C ja kesällä 22…25°C (Kuva 13). Yksilöllisesti optimaalinen lämpötilataso voi vaihdella kuitenkin jopa 6°C astetta, joka johtuu yksilöllisistä kehon koostumuksien eroista. (Sandberg 2014; Seppänen ym. 2007; Rakennustietosäätiö 2018; Tuomaala ym. 2013.)

Lämpötilojen epätasaisuus voidaan kokea myös epämiellyttävänä. Suuret lämpötila- erot läheisyydessä olevien pintojen välillä, liian nopeat lämpötilamuutokset sekä pys- tysuuntaiset korkeat lämpötila erot voidaan kokea häiritsevinä tekijöinä. Kansainväli- set suositukset määrittelevät vaakasuunnassa olevien pintojen lämpötilaeroiksi enin- tään 10°C astetta. Korkeussuunnassa mm. kattolämmitystä käyttäessä suosituksien mukainen lämpötilaero saisi olla pintojen välillä korkeintaan 5°C astetta ja pystysuun- tainen lämpötilaero nilkkojen ja niskan välillä on suositeltavaa olla korkeintaan 3°C astetta. (Sandberg, 2014; Rakennustietosäätiö 2018.)

Lämpöoloilla on todettu myös tutkimuksissa olevan vaikutusta työn tehokkuuteen ja mm. sorminäppäryyteen kylmissä olosuhteissa, joka voi vaikuttaa esimerkiksi tekstin- käsittelyyn toimistoympäristöissä (Kuvaaja 3). Lämmityskaudella työn suorituskyky alkaa heikentyä jo ylittäessään 21°C ja jäähdytyskaudella ylittäessään 25°C. (Säteri, Koskela. 2016)

Kuva 13 S1-luokan sisäilmaston lämpötilan tavoitearvot

(Sisäilmastoluokitus 2018)

(32)

Il- man liikkeen vaikutus koettuun lämpöviihtyvyyteen voi olla negatiivista tai myön- teistä, riippuen senhetkisestä koetusta lämpöaistimuksesta. Kun ihmisen lämpöaisti- mus on viileä tai muuttumassa viileän suuntaan, voi ilmanliike tuntua häiritsevältä vedolta, mutta lämpöaistimuksen ollessa lämpimän puolella voi ilmanliike tuntua myönteisesti viilentävältä. Vetoa ihminen voi tuntea, kun olosuhteet aistitaan viileäksi tai kun koetut olosuhteet muuttuvat viileämpään suuntaan. Myös epäsymmetriset tai liian nopeasti muuttuvat olosuhteet voivat aiheuttaa vedon tunnetta. Vedon tuntee- seen vaikuttavia tekijöitä ovat ilman liikkeen lisäksi mm. ilman lämpötila ja läm- pösäteily. Ilman liikkeen nopeuden vaihtelu voi korostaa vedon tunteen kokemusta.

Tätä ilmaistaan turbulenssiasteella, joka kuvaa nopeuden vaihtelun keskihajonnan suhteena keskinopeuteen. (Säteri ym. 2016.)

Ihminen lämpöaistimukseen vaikuttaa pään, rintakehän ja vatsan lämpötasapaino ja raajojen merkitys korostuu muutostilanteessa, kun muun kehon lämpötila on laske- massa. Herkimmin vetoa ihminen tuntee niskassa. Ilman suunta vaikuttaakin merkit- tävästi koettuun vetoisuuteen (Säteri ym. 2016.)

Kosteuden ihminen tuntee yleensä epämääräisinä tuntemuksina iholla, limakalvoilla ja hengitysteissä, varsinkin hyvin korkeilla ja matalilla suhteellisen kosteuden tasoilla.

Matala suhteellisen kosteuden taso edistää mm. ilman pölyisyyttä ja ihmisellä se kui- vattaa limakalvoja, jonka myötä se lisää ärsytysoireita. Korkean suhteellisen kosteuden vaikutukset tuntuvat mm. kuumassa työskennellessä, kun hien haihtuminen

Kuvaaja 3 Lämpöolojen vaikutus työtehokkuuteen ja lämpöoloihin liittyviä vasteita (Säteri ym. 2014; Työterveyslaitos 2014)

(33)

iholta hidastuu. Korkeilla suhteellisen kosteuden arvoilla on vaikutusta myös joiden- kin mikrobien kasvuun ja leviämiseen sekä mm. edistävä vaikutus pölypunkkien esiintymiseen. Korkea kosteus voi myös aiheuttaa kosteuden tiivistymistä rakenteisiin varsinkin lämmityskaudella ja pidempiaikaisena vaurioittaa rakenteita. (Säteri ym.

2016.)

2.4 LÄMPÖOLOJEN MÄÄRÄYKSET JA OHJEARVOT

2.4.1 Määräykset

Uuden rakennuksen sisäilmaston olosuhteista määrätään ympäristöministeriön asetuksessa 1009/2017 asetus uuden rakennuksen sisäilmastosta ja ilmanvaihdosta. Ase- tuksen määrittelyssä rakennuksen huonelämmöstä on määritelty toisen luvun pykä- lässä 4 §, että ”rakennuksen huonelämpötilan on oltava suunniteltuna käyttöaikana viihtyisä, eivätkä ilman liike, lämpötilasäteily, lämpötilan vaihtelu, lämpötilaerot ja pintalämpötilat saa sitä heikentää” (Ympäristöministeriön asetus uuden rakennuksen sisäilmastosta ja ilmanvaihdosta 1009/2017 § 4). Ilmanjaon osuutta lämpöviihtyvyy- teen on määritelty kolmannessa luvussa pykälässä 17 §, jossa määritellään, että ”rakennuksen ilman jaon ja poiston on oltava sellainen, että ilma virtaa koko oleskelu- vyöhykkeelle välttäen epäviihtyisyyttä aiheuttavaa ilman liikettä lukuun ottamatta te- hostetun ilmanvaihdon tarvetta” (Ympäristöministeriö 1009/2017 § 17). Tarkennuksia asetuksen määrittelyihin löytyy asetuksen perustelumuistiosta, jossa tarkennetaan huonelämpötilan määrittelyjen tarkoittavan oleskeluvyöhykkeen lämpötilaa. Lämpö- tilan määrittelystä myös ohjeistetaan ilman liikkeen aiheuttamista tuntemuksista erilaisissa lämpötiloissa. Pykälän 17 § osalta perustelumuistiossa on esitetty vetokäyrä, jonka avulla ilman virtausnopeuden ja huonelämpötilan vaikutusta voidaan arvioida huonetilan koettuun viihtyisyyteen. Perustelumuistiossa otetaan kantaa myös ilmanjaon toteutukseen, josta määritellään, että tulo- ja poistoilmalaitteiden sijoituksessa on tarkasteltava myös tilan geometriaa ja suunnittelussa on otettava huomioon myös muut tekijät ilman virtauksien muodostumiseen. Muina tekijöinä on lueteltu ulkoiset

(34)

ja sisäiset lämpökuormat, tuloilman lämpötila ja laitteiden yhteisvaikutukset. (Ympä- ristöministeriö 2017.)

Ympäristöministeriön 1009/2017 asetuksen tueksi on Finvac Ry:n toimesta laadittu kaksi ilmanvaihdon mitoitusopasta, joista toinen on tarkoitettu asuinrakennuksille ja toinen muille rakennuksille. Oppaiden tarkoituksena on korvata aikaisemmin käy- tössä olleen rakentamismääräyskokoelman osan D2 liitetaulukot. Oppaassa muille kuin asuinrakennuksille on määritelty ilmanvaihdon mitoitusta eri tyyppisille tiloille, mutta myös käsitelty vetoa. Vetoa käsittelevässä osiossa on annettu taulukko (Tau- lukko 1), jossa määritellään ilman suurimmat sallitut nopeudet. Ilmanvaihdon tehos- tuskäyttötilanteessa taulukossa määriteltyjen ilman nopeuksien on myös oppaan mukaan sallittua nousta 0,1 m/s, jos tehostus on suoraan käyttäjän säädettävissä ja 0,5 m/s jos tehostus tapahtuu keskitetysti ilman käyttäjän mahdollisuutta vaikuttaa tilanteeseen. Oppaassa määritellyt vetoisuuksien mittaukset tulisi toteuttaa SFS-EN 12599 standardin mukaisesti talvella ulkolämpötilan ollessa alle 0°C ja kesällä jäähdytysti- lanteessa. Mittauspisteiden valintaan on ohjeistettu käytettäväksi merkkisavujen käyt- töä apuvälineenä, jotta mittauspaikoiksi saadaan valittua pisteet, joissa on oletettavim- mat suurimman ilman virtausnopeudet.

Ilmanvaihdon suunnittelun ja toteutuksen osalta oppaassa ohjeistetaan valitsemaan ja toteuttamaan ilmanvaihtojärjestelmät erityisen huolellisesti vetohaittojen torjumiseksi ja tarvittaessa käyttämään apuna huoneilman nopeuksien laskentaa. Ilmanvaihto olisi suunniteltava siten, että tuloilmavirtauksien nopeudet laskevat riittävästi ennen oles- keluvyöhykkeelle tuloa, varsinkin järjestelmissä joissa ilmavirtoja säädetään laajalla- kin alueella. (Finvac 2019.)

Taulukko 1 Ilman suurimmat sallitut keskinopeudet (Finvac 2019)

(35)

Asumisterveys asetuksessa 545/2015 6 §:ssä määritellään asunnon ja muun oleskeluti- lan huoneilman lämpötilan ja ilman virtausnopeuden raja-arvot, joita käytetään asuin- huoneiden terveellisyyden arviointiin. Asetuksen liitteenä esitetyt lämpötilan raja-arvot on esitetty liitteessä 1, jossa on myös esitetty asetuksen ilman virtausnopeuden enimmäismäärän arviointiin käytettävä vetokäyrästö.

Asumisterveysasetuksen soveltamisohjeessa on tarkentavia ohjeita mm. operatiivisen lämpötilan mittaamiseen. Aikaisemmin asumisterveysasetuksessa olleet operatiivisen lämpötilan rajat ovat nykyisestä asumisterveysasetuksesta (545/2015) poistettu, mutta soveltamisohjeessa ohjeistetaan tarvittaessa käyttämään operatiivisen lämpötilan toi- menpiderajoina huonelämpötilalle nykyisessä määräyksessä annettuja raja-arvoja.

Operatiivisen lämpötilan käyttö terveydensuojelullisissa mittauksissa voi olla tarpeen esimerkiksi tutkiessa huoneilman matalaa lämpötilaa. (Valvira 2016.)

Soveltamisohjeessa vedon mittaamisesta opastetaan toteamaan vuotovirtaukset esimerkiksi savukokeiden avulla, jolloin jos huonelämpötila asettuu 18°C -20°C asteen välille ja jos savukokein on todettu vuotoilmavirtauksia, tulisi huoneessa suorittaa myös vetomittaukset. Alle 18°C huonelämpötiloissa joissa savukokeet ovat osoittaneet selkeitä ilmanvuotokohtia, voi terveydensuojeluviranomainen edellyttää korjaustoi- menpiteitä. (Valvira 2016.)

2.4.2 Tavoitearvot ja suositukset

Sisäilmastoluokituksessa (Sisäilmastoluokitus 2018) määritellään kolme sisäilmasto- luokkaa S1, S2 ja S3. S1 luokka on luokituksen korkein luokitus, jota kuvataan yksilöl- liseksi sisäilmastoksi, jossa tilan käyttäjä pystyy yksilöllisesti hallitsemaan lämpöoloja.

S2 luokka on yleisimmin käytetty luokitus uusissa rakennuksissa, jossa tavoitellaan hyvää sisäilmastoa ja hyviä lämpöoloja. S3 luokitus kuvaa tyydyttävää sisäilmastoa, jonka tulee täyttää laissa määritellyt vähimmäisvaatimukset. Luokituksissa annetaan tavoitearvot oleskeluvyöhykkeen operatiiviselle lämpötilalle ulkolämpötilaan verran- naisena arvona (kuva 14). Ilman liikenopeudelle on annettu tavoitearvot kolmelle eri ilman lämpötilalle ja luokituksille on myös määritelty vetoisuuden raja-arvot draft rate

(36)

(DR%) arvona (taulukko 2), jonka laskenta on esitetty standardissa ISO 7730. Lämpö- tiloista on myös määritelty suunnitteluarvot pystysuuntaiselle lämpötilaerolle sekä lattian pintalämpötilojen raja-arvot.

Myös työtuvallisuuskeskuksella on työsuojelukäytössä määriteltyjä tavoitetasoja läm- pötilalle ja ilman liikenopeudelle. Työturvallisuuskeskuksen www-sivuilla ”Työtur- vallisuus ja työsuojelu” osiossa on esitetty suositukset työtilojen lämpötiloille ja ilman virtausnopeudelle, jotka ovat esitetty taulukossa 3. Vertailtaessa Työturvallisuuskes- kuksen ohjeet ilman liikenopeuden suositusarvoiksi ovat selvästi tiukemmat muihin ohjeisiin, kuten sisäilmastoluokituksen arvoihin. (Työturvallisuuskeskus 2020)

Kuva 14 Operatiivisen lämpötilan tavoitetasot (Sisäilmastoluokitus 2018)

Taulukko 2 Sisäilmastoluokitus 2018 mukaiset tavoitearvot ilman liikenopeudelle ja DR% arvoina

Taulukko 3 Työturvallisuuskeskuksen suositukset työtilojen lämpötiloista ja ilman virtausnopeu- desta(Työturvallisuuskeskus 2020)

(37)

Työterveyslaitoksella on myös omat ohjeelliset tavoitetasoperustelumuistionsa, jossa on määritelty työterveyslaitoksen käyttämät tavoitetasot työympäristön lämpöolojen tarkasteluun. Tavoitearvoja on määritelty toimistomaisiin ympäristöihin, sekä erik- seen kylmä- ja kuumatyöskentelyyn. Toimistomaisiin ympäristöihin työterveyslaitos käyttää suureksi osaksi sisäilmastoluokituksen tavoitearvoja, mutta myös ISO 7730:ssa määriteltyä PMV/PPD-lämpöviihtyvyys indeksiä. (Työterveyslaitos 2014)

Suomalaisissa tavoitetasomääritelmissä usein viitattu standardi ISO 7730, sisältää myös esimerkkinä määriteltyjä lämpöolojen tavoitetasoja. ISO 7730 standardissa mää- ritellään lämpöviihtyvyyden arviointimenetelmänä PMV ja PPD indeksit sekä paikallisen lämpöviihtyvyyden kriteerit. Standardin liitteessä A on määritelty esimerkit läm- pöviihtyvyyden tavoitearvot kolmessa eri kategoriassa. Kategoria kohtaiset määritte- lyt on esitetty PMV ja PPD indeksien lisäksi myös DR-arvoilla sekä laskennallisten tyytymättömien osuuksina mitatuista vertikaalisen lämpöerojen tuloksista, lämpimän ja kylmän lattian mittauksista tai lämpösäteilyn epäsymmetrian mittauksista. (ISO 7730:2005)

2.5 LÄMPÖVIIHTYVYYDEN ARVIOINTI MENETELMÄT

”comfort, thermal: that condition of mind that expresses satisfaction with the thermal environment and is assessed by subjective evaluation” (ANSI/ASHRAE 55-2017)

Ihmisen lämpöviihtyvyys koostuu aistien ja kokemusten summasta, eikä sitä voi mää- ritellä täysin pelkästään teknisten kriteerien määrittelyllä. Jotta ihmisen lämpöaisti- muksia erilaisissa olosuhteissa voitaisiin arvioida, täytyy tuntea ihmisen kehonraken- teen lämpövaikutukset. Ihmisen rakennetta on pyritty esittämään lämpömallinnuk- sella jo vuosikymmeniä joista ensimmäiset yritykset ovat jopa vuodelta 1911, kun Le- fevre J. mallinsi ihmisen vartaloa pallomaisella rakenteella, jonka keskus tuottaa läm- pöä ja ulkokuori siirtää lämpöä ympäristöön. Ensimmäiset matemaattiset lämpömal- linnukset ihmisen kehon lämmönjakautumisesta julkaisi Alan Burton 1934. Ihmisen kehon lämpömallinnukset ovat vuosien saatossa kehittyneet yksiulotteisista malleista

(38)

monikerroksisiin ja eri vartalon osat yhdistäviin mallinnuksiin. Kehon lämpömal- linukset ovatkin tärkeä pohja, kun mallinnetaan ihmisen viihtyvyyttä erilaisissa ym- päristöissä. (Holopainen 2012; Kurronen 2014; Tuomaala 2013.)

Lämpöviihtyvyyden arviointi menetelmät kasvattavat nykyään merkitystään energia- tehokkuutta, mutta myös hyvää sisäilmastoa tavoiteltaessa. Menetelmillä onkin käyt- töarvoa mm. sisäolosuhteiden mallinnuksissa suunnitellessa uutta rakenne- ja talotek- niikkaa (Holopainen R. 2012). Suomessa Sisäilmastoluokituksessa ja työturvallisuus laitoksen ohjeissa viitataan paikoin lämpöviihtyvyyden arviointimenetelmiin ja annetaan puitteet lämpöolojen säätelylle. Varsinaista altistusnormia lämpöoloille ei Suo- messa kuitenkaan ole, vaan käytännössä tavoitetasot määrittyvät työn ja työympäris- tön perusteella. (Työterveyslaitos 2014??)

2.5.1 PMV- /PPD-indeksit

Nykyisin yleisimmän ja käytetyimmän ennustavan lämpöviihtyvyyden arviointime- netelmän esitteli P.O. Fanger (1934–2006) jo 1970 ja sitä käytetään mm. edelleen läm- pöolosuhteita määrittelevissä kansainvälisissä standardeissa (kuten ISO 7730, ASH- RAE 55, CEN CR 1752). Fangerin PMV (predicted mean vote) metodi perustuu läm- pötasapaino malliin, joka esittää ihmisen passiivisena lämpövaikuttimien vastaanot- tajana olettaen, että ympäröivän ympäristön vaikuttimet ovat selitettävissä vain kehon ja ympäristön välisien lämmön- ja aineensiirron fysiikan avulla. Fangerin luomalla PMV mallin mukaisella viihtyisyyden yhtälöllä saadaan tulokseksi arvo, joka ennustaa keskituloksen suuren ihmisjoukon antamasta arviosta 7-portaisella (Kuva 15) läm- pöviihtyvyys asteikolla ja määrittelee poikkeavuuden oletetusta optimaalisesta läm- pöolosuhteesta kylmän tai lämpimän suuntaan. (Charles 2003; ISO 7730:2005)

Kuva 15ASHRAE 55 mukainen 7-portainen lämpötuntemuk- sen indeksi taulukko (ASHRAE 2017)

(39)

PMV Yhtälö (Liite 2) koostuu kuudesta päätekijästä, joista mitatut suureet koostuvat ilman lämpötilasta, keskiarvoisesta säteilylämpötilasta, ilman liikenopeudesta sekä suhteellisesta kosteudesta. Näiden lisäksi arvioidaan vaatetuksen eristävyyttä ja akti- viteetti tasoa annettujen taulukkoarvojen mukaisesti. (ISO 7730:2005)

PMV mallin mukaan lasketusta tuloksesta voidaan myös laskea PPD (predicted per- centage of dissatisfied) arvo, joka ennustaa tyytymättömien osuuden mitatuissa olosuhteissa. Arvo saadaan PMV tuloksesta yhtälön 1 mukaisesti. (ISO 7730:2005.)

= 100−95 × ⁽ ^. ^, ⁾ ^{(Yhtälö 1}⁾

2.5.2 DR (draft rate) vetoindeksi

Nykyinen DR (draft rate) vetoisuus malli perustuu Fangerin ym. 1988 tekemiin labo- ratorio tutkimuksiin, jossa havaittiin ilman turbulenssin intensiteetin kasvun vaikuttavan merkittävästi koehenkilöiden vetoaistimusten lisääntymiseen. Tutkimuksen tuloksena Fanger ym. päivittivät aikaisemmin julkaistua vetoisuus mallia lisäämällä turbulenssin vaikutuksen käytössä olleeseen vetoisuuden arvio kaavaan. Vetoisuus kaa- valla yhdistetään ilman lämpötila, ilman keskinopeus ja turbulenssiaste indeksiar- voksi, joka ennustaa prosentuaalisen tyytymättömien osuuden mitatuissa olosuhteissa. (Charles 2003.)

Draft rate (DR) yhtälö (Yhtälö 2) määritetään ilmavirtauksen keskinopeuden ja lämpö- tilan ja turbulenssin intensiteetin avulla, joista saadaan laskettua DR arvo, joka perustuu ISO 7730 standardin mukaiseen laskutoimitukseen. Kaava antaa lämpöaistimuk- siltaan neutraaleille henkilöille tyytymättömien osuuden mitatuissa olosuhteissa. (Sä- teri ym. 2014.)

DR =(0,37vTu + 3,14)(34−T)(v−0,05) ^, (Yhtälö2)

ä ö ( ), %

ä ö ,℃

, % , /

(40)

Fangerin DR-kaava on tarkoitettu lähinnä tiloihin, jossa työskennellään paikallaan normaalissa sisävaatetuksessa lähellä koko kehon lämpöneutraalisuutta (Charles 2003). DR indeksiin viitataan suomessa tavoitearvona mm. Sisäilmaluokituksessa sekä työterveyslaitoksen tavoitetasoperustelumuistiossa ja on osa kansainvälistä ISO 7730 standardia.

2.5.3 Adaptiivinen lämpöviihtyvyys

Tavanomaisen lämpömallinnuksen perustuessa passiiviseen ihmismallinnukseen, py- ritään adaptiivisessa mallissa havainnoimaan ihminen aktiivisena osapuolena. Adap- tiivisessa mallissa ihmisen kokemaan lämpöviihtyvyyteen vaikuttavina tekijöinä näh- dään kolme osa-aluetta, fysiologinen, psykologinen sekä käyttäytymiseen liittyvä.

(Liu ym. 2011)

Fysiologinen adaptoituminen käsitetään ihmisen lämpösäätelynä muuttuvissa olosuhteissa. Se voidaan jakaa myös kahteen osa-alueeseen, geneettiseen adaptoitumi- seen ja akklimatisaatioon. Fysiologisia ihmisen kehotoiminnan sopeutumiskeinoja on pintaverenkierron sääntely, jonka avulla keho pyrkii pitämään lämpötilan tasaisena.

Hikoilu toimii lämpimissä ja kuumissa olosuhteissa lämmön luovutusta nopeuttavana adaptaationa, kun taas kylmässä keho pyrkii kehittämään lämpöä esimerkiksi väri- semällä. (Liu J. ym 2011) Myös ihmisen kehossa olevan ruskean rasvan on tutkittu tuottavan lämpöenergiaa polttamalla glukoosia ja rasvoja kylmissä olosuhteissa. (Ny- kopp J. 2014) Kehon akklimatisaatio myös toimii kehon lämpörasitusta lieventävänä tekijänä, jos kehoa rasitetaan optimilämpötilan ulkopuolella kylmän ja kuuman alueella. Esimerkiksi vuoden aikojen vaihtelun on huomattu vaikuttavat ihmisen parem- paan kylmän sietoon talvella ja kuuman sietoon kesällä. Kehon tottumismekanismit voivat muuttua, esimerkiksi kiihtyneenä aineenvaihduntana tai hikoilun käynnisty- mislämpötilan muutoksina. Summana voidaan todeta, että keho tarvitsee optimiolo- suhteista poikkeavia olosuhteita ajoittain, jolla on todettu olevan myös positiivisia vaikutuksia terveyteen. (Hellwig ym. 2019)