Tuloilman hiukkaspitoisuuden vaihtelu tuloilmakoneen käynnistyksen yhteydessä

Transkriptio

1 Tuloilman hiukkaspitoisuuden vaihtelu tuloilmakoneen käynnistyksen yhteydessä Vesa Asikainen Itä-Suomen yliopisto ympäristötieteenlaitos Työsuojelurahasto on rahoittanut tutkimusta (TSR-hanke )

2 Tutkimuskohteet Tutkimukset toteutettiin sairaalan kahdella osastolla. Osastolla 1 mittaukset tehtiin ennen ilmanvaihtojärjestelmän puhdistusta ja puhdistuksen jälkeen. Tuloilman hiukkaspitoisuutta mitattiin tuloilmakoneesta (Royco330), tuloilman haarakanavasta (Climet Cl-500) ja tuloilman päätelaitteesta (TSI P-Trak 8525). Tuloilmakoneesta hiukkaspitoisuus mitattiin lämmöntalteenoton- ja lämmityspatterin lämmönvaihtimien välistä sekä puhaltimen jälkeen. Osaston 1 tuloilmakoneen ulkoilman sisäänoton kautta lunta pääsi kulkeutumaan koneen esisuodattimille sekä niiden läpi, koska suodattimet eivät olleet tiiviisti asennettuja (kuva 1). Ennen puhdistusta lämmöntalteenottopatterissa oli varsinkin esisuodattimen kehyksessä havaitun vuotokohdan kohdalla runsaasti epäpuhtauksia (kuva 2). Myös lämmityspatterissa havaittiin ennen puhdistusta runsaasti likaa, mutta lika ei ollut kertynyt lämmönvaihtimeen niin selkeäksi kerrokseksi kuin lämmöntalteenoton patterissa. Lämmöntalteenoton ja lämmityspatterin väliin tehtiin puhdistustyön yhteydessä huoltoluukku, koska lämmönvaihtimien puhdistus ei muuten onnistunut. Ilmanvaihtokone oli puhdas ja hyväkuntoinen ja ilmanvaihtokoneen jälkeen järjestelmään asennettu F7-luokan hienosuodatin oli oikein ja tiiviisti asennettu. Hienosuodattimen jälkeen järjestelmään oli asennettu Dacronista valmistettu äänenvaimennin, jonka kunto oli hyvä. Runkokanavassa havaittiin ennen puhdistustyötä karkeaa asennusaikaista likaa, mutta ohuen käytönaikaisen pölyn määrä oli vähäinen. Toinen tuloilmakoneelta lähtevä runkokanava (mittauspiste 1) oli äänenvaimennettu reikäpellillä suojatulla mineraalivillalla eikä reikäpellin ja äänenvaimennusmateriaalin välissä ollut kuitusuojausta. Toisessa tuloilmakoneen runkokanavassa (mittauspiste 2) ei ollut äänenvaimentimia. Kuva 1. Osastoa 1 palvelevan tuloilmakoneen esisuodatin ja esisuodatinkammio, jossa havaittiin lumen kulkeutumista suodatinkammioon.

3 Kuva 2. Osastoa 1 palvelevan tuloilmakoneen lämmöntalteenoton lämmönvaihdin, jossa havaittiin epäpuhtauksia varsinkin etureunassa, missä suodattimen kehys ei ollut tiiviisti asennettu. Osastolla 2 hiukkasmittaukset tehtiin tuloilmakoneen käynnistyksen yhteydessä. Tuloilmakoneen puhaltimen pyörimisnopeutta ohjattiin taajuusmuuttajalla. Taajuusmuuntimella ohjattu käynnistys tapahtui siten, että puhallin saavutti täyden kierrosnopeutensa 30 sekunnin aikana. Tuloilmakoneen käynnistys ilman taajuusmuuttajaa tapahtui siten, että puhaltimen pyörimisnopeus saavutti täyden kierrosnopeuden hyvin lyhyessä ajassa. Mittaukset tehtiin tuloilmakoneen ulkoilmakammiosta (Royco330) ja tuloilmakoneen jälkeen ennen runkokanavaa (Climet Cl-500) sekä osaston tuloilmaelimeltä (TSI P-Trak 8525). Ulkoilman sisäänotossa pelkkä säleikkö, mutta sisäänoton suojaisen sijainnin ja suuren ulkoilmakammion (kuva 3) takia kosteuden tunkeutuminen ilmanvaihtokoneelle ei ole merkittävissä määrin todennäköistä. Ulkoilmakammiossa ja ulkoilmakanavissa melko runsaasti pölyä ja toinen ulkoilmakammion viemäreistä osittain tukkeutunut likakertymien (kuva 4) takia. Esisuodatin (G3) asennettu oikein, mutta esisuodattimen kammiossa melko runsaasti pölyä (kuva 5). Kosteusjälkiä ei suodatinkammiossa havaittu. Hienosuodattimen (F7) kehyksen tiiviste paikoin irronnut paikaltaan, josta aiheutui selkeä vuotoilmareitti. Vuotoilmareitin kohdalla kammiossa oli ohutta pölyä (kuva 6), mutta muuten kammio oli puhdas. Ristikkäisvirtaus periaatteella toimivassa LTO-patterissa havaittiin hieman ohutta pölyä, mutta sen puhtaustaso oli hyvä. Myös lämmityspatterin puhtaustaso oli melko hyvä, mutta siinä havaittiin joitakin vaurioita. Lämmitys- ja jäähdytyskammioiden välinen kammio oli likainen ja siinä havaittiin sekä käytönaikaista että asennusaikaista likaa (kuva 7). Jäähdytyspatterin puhtaustaso oli hyvä vaikka ohutta pölyä hieman havaittiinkin. Jäähdytyspatterin jälkeinen kondenssivesiallas oli likainen. Puhallinkammiossa havaittiin vain hieman ohutta pölyä ja sen puhtaustaso oli hyvä. Myös runkokanavan likakertymä (alle 0,3 g/m²) oli alhainen (kuva 8).

4 Kuva 3. Osastoa 2 palvelevan tuloilmakoneen ulkoilman sisäänotto. Kuva 4. Osastoa 2 palvelevan tuloilmakoneen ulkoilmakammio.

5 Kuva 5. Osastoa 2 palvelevan tuloilmakoneen esisuodatin ja esisuodattimen kammio. Kuva 6. Osastoa 2 palvelevan tuloilmakoneen hienosuodatin ja suodatinkehyksen vuotamisesta johtuva pölykerros.

6 Kuva 7. Osastoa 2 palvelevan tuloilmakoneen lämmitys- ja jäähdytyspattereiden välinen kammio, jossa havaittiin likaa. Kuva 8. Osastoa 2 palveleva tuloilman runkokanava.

7 Hiukkasmittaukset Tuloilmakoneen eri osista, tuloilmakanavasta ja tuloilman päätelaitteelta mitattiin hiukkaspitoisuutta ilmanvaihtokoneen normaalin käynnin ja käynnistyksen yhteydessä. Hiukkasmittaukset tehtiin optisilla Climet CI-500 ja Royco330- hiukkaslaskureilla sekä TSI:n P-Trak 8525 pienhiukkaslaskureilla. Ulkoilman hiukkaspitoisuus mitattiin tuloilmakoneiden ulkoilmakammiosta. Näytteenkeräyksessä käytettiin eri mittauspisteissä samanpituista taipuisaa ohutta kupariputkea, joka asetettiin mittausten ajaksi mittauspisteen ja mittalaitteen väliin. Mittauslaitteet olivat kalibroitu laitevalmistajien ohjeiden mukaisesti ennen mittauksia. Osastolla 1 tutkittiin hiukkaspitoisuuksien lisäksi myös tuloilman mineraalikuitupitoisuuksia ennen puhdistusta ja puhdistuksen jälkeen toteutetun ilmanvaihtokoneen käynnistysjakson aikana kahdessa huoneessa. Tuloilman mineraalikuitupitoisuus määritettiin menetelmällä, jossa tuloilma virtaa polypropyleenistä valmistetun suodattimen läpi ja mineraalikuidut kerääntyvät suodattimelle. Mittausten yhteydessä mitattiin näytteenoton aikana näytteenotossa käytetyn suodatinkankaan läpi kulkeneen tuloilman määrä Alnor 6200E balometrillä. Tulokset Kuvissa 9 ja 10 on esitetty halkaisijaltaan alle 0,5 m hiukkasten lukumääräpitoisuutta ilmanvaihtokoneen käynnistyksen yhteydessä osastolla 1. Kuvassa 9 hiukkasten pitoisuutta on mitattu ilmanvaihtokoneelta puhaltimen jälkeen ennen puhaltimen jälkeen asennettua F8-luokan hienosuodatinta Royco 330 mittalaitteella ja kuvassa 10 on puolestaan esitetty samanaikaisesti Climet CL-500 mittalaitteella mitattua hiukkasten lukumääräpitoisuutta saman tuloilmakoneen haarakanavasta. Kuva 9. Halkaisijaltaan alle 0,5 m hiukkasten lukumääräpitoisuus ilmanvaihtokoneen käynnistyksen (kello 6.00) yhteydessä sairaalan B osastolla mitattuna puhaltimen jälkeen ennen F8 hiukkassuodatinta.

8 Kuva 10. Halkaisijaltaan alle 0,5 m hiukkasten lukumääräpitoisuus ilmanvaihtokoneen käynnistyksen (kello 6.00) yhteydessä sairaalan B osastolla mitattuna tuloilman haarakanavasta F8 hiukkassuodattimen jälkeen. Kuvassa 11 on esitetty alle 0,5 m hiukkasten lukumääräpitoisuutta, joka on mitattu LTO-patterin jälkeen ennen lämmityspatteria ja puhallinta. Mittaus on tehty eri päivänä kuin kuvien 9 ja 10 mittaukset. Kuva 11. Halkaisijaltaan alle 0,5 m hiukkasten lukumääräpitoisuus ilmanvaihtokoneen käynnistyksen (kello 6.00) yhteydessä sairaalan B osastolla mitattuna lämmöntalteenoton jälkeen ennen puhallinta ja lämmityspatteria. Osaston 1 kahdesta eri huoneesta ennen puhdistusta ja puhdistuksen jälkeen otetuissa tuloilman kuitupitoisuutta määrittävissä näytteissä pituudeltaan yli 20 µm mineraalikuitujen pitoisuus oli alle 0,01 #/m 3 vaikka toisen osaston kanavassa oli havaittavissa merkittäviä vaurioita äänenvaimentimien kuitusuojauksessa. Osaston 1 tuloilmamääriä mitattaessa havaittiin, että lumen tukkiessa suodattimet tuloilmamäärät vähenevät merkittävästi. Huoneessa 1 tuloilmamäärä väheni tilavuusvirrasta 25 l/s lumen tukittua suodattimet tilavuusvirtaan 16 l/s ja huoneessa 2 vastaava muutos oli 12 l/s 9 l/s.

9 Kuvissa 12 ja 13 on esitetty halkaisijaltaan alle 0,5 m hiukkasten lukumääräpitoisuutta osastolla 2 taajuusmuuntimella ja ilman taajuusmuunninta tehdyn ilmanvaihtokoneen käynnistyksen yhteydessä mitattuna tuloilmapuhaltimen jälkeen Climet CL-500 mittalaitteella. Osaston 2 tuloilman päätelaitteelta tehdyissä mittauksissa (P-trak) ei havaittu muutosta tuloilman hiukkaspitoisuuksissa käynnistyksen yhteydessä. Kuva 12. Halkaisijaltaan alle 0,5 m hiukkasten lukumääräpitoisuus ilmanvaihtokoneen käynnistysten (kello 01:30, klo 05:00, klo 18:30 ja klo 22:00) yhteydessä sairaalassa B mitattuna puhaltimen jälkeen. Ilmanvaihtokoneen käynnistys toteutettiin taajuusmuuntimella siten, että puhallin saavutti täyden kierrosnopeutensa 30 sekunnin aikana. Kuva 13. Halkaisijaltaan alle 0,5 m hiukkasten lukumääräpitoisuus ilmanvaihtokoneen käynnistysten (kello 01:30 ja klo 5:00) yhteydessä sairaalassa B mitattuna puhaltimen jälkeen. Ilmanvaihtokoneen käynnistys toteutettiin ilman taajuusmuunninta siten, että puhallin saavutti täyden kierrosnopeutensa välittömästi käynnistyksen jälkeen.

10 Tulosten tarkastelua Ilmanvaihtokoneen käynnistäminen aiheutti sairaalan osastolla 1 hiukkasten lukumääräpitoisuudessa merkittävän nousun puhaltimen jälkeen olleessa mittauspisteessä (kuva 9), mutta hiukkaspitoisuuden nousu ennen puhallinta ja lämmityspatteria (kuva 11) oli huomattavasti vähäisempi. Tutkitun ilmanvaihtokoneen haarakanavasta mitattu hiukkaspitoisuus kasvoi vain hieman (kuva 10) ilmanvaihtokoneen käynnistyksen yhteydessä eikä hiukkaspitoisuudessa havaittu muutosta puhdistusta ennen tehtyjen ja puhdistuksen jälkeen tehtyjen mittausten välillä. Tuloksista voidaan päätellä, että ilmanvaihtokoneen jälkeen asennettu F8-luokan hiukkassuodatin alensi huomattavasti käynnistyksen aikaista hiukkaspitoisuuden nousua tuloilmassa eikä tuloilmakanavista merkittävästi irronnut hiukkasia käynnistyksen yhteydessä. Kyseisessä ilmanvaihtojärjestelmässä suurin osa hiukkasista irtosi käynnistyksen yhteydessä joko lämmityspatterista tai puhaltimelta. Ilmanvaihtojärjestelmän puhdistuksella ei havaittu olevan merkittävää vaikutusta haarakanavasta ja päätelaitteilta mitattuihin hiukkaspitoisuuksiin. Kuvista 11 ja 12 havaitaan, ettei ilmanvaihtokoneen käynnistäminen aiheuttanut merkittävää tuloilman hiukkaspitoisuuden kasvua tutkitulla ilmanvaihtokoneella osastolla 2. Taajuusmuuntimella ohjattu ilmanvaihtokoneen käynnistyminen aiheutti samansuuruisen hiukkaspitoisuuden kasvun kuin ilman taajuusmuunninta tehty käynnistäminen. Taajuusmuuntimella ohjattua käynnistämistä tutkittaessa havaittiin, että ilmanvaihtokoneen ollessa sammutettuna hiukkaspitoisuus hieman pienenee (kuva 12) ja kasvaa, kun ilmanvaihtokone uudelleen käynnistetään. Tähän toistuvasti havaittuun ilmiöön ei syytä saatu selville. Osastoilla 1 ja 2 käynnistyksen aikainen hiukkaspitoisuuden kasvu oli hyvin erilaista eikä syytä tähän pystytä varmuudella osoittamaan. Mahdollisia syitä osastolla 1 havaittuun merkittävämpään hiukkaspitoisuuden kasvuun ilmanvaihtokoneen käynnistyksen yhteydessä voivat olla osaston 1 ilmanvaihtokoneen eri osissa mahdollisesti olevat suuremmat likakertymät tai ilmanvaihtokoneen käynnistyksessä tai ilmanvaihtojärjestelmässä olevat erot. Osastolla 1 tehdyistä tuloilman kuitupitoisuuksien mittauksista voidaan päätellä, etteivät äänenvaimentimissa silmämääräisessä tarkastelussa havaitut vauriot aina johda mineraalikuitujen irtoamiseen tuloilmaan. Kuitenkin äänenvaimentimissa havaitut vauriot kannattaa aina korjata mahdollisimman pian niiden havaitsemisen jälkeen, jottei mineraalikuitujen irtoamista äänenvaimentimista ehdi tapahtua. Osastolla 1 havaittiin lumen tukkiessa tuloilmakoneen suodattimet, että tuloilman tilavuusvirrat vähenivät merkittävästi (25-36 %) ja tämä voi aiheuttaa rakennuksessa painesuhteiden muuttumista ja korvausilman tunkeutumista hallitsemattomasti esimerkiksi rakenteiden läpi.