Jarkko Kemppi Tarpeenmukaisen ilmanvaihdon vaikutus sisäilmaolosuhteisiin

Transkriptio

1 Jarkko Kemppi Tarpeenmukaisen ilmanvaihdon vaikutus sisäilmaolosuhteisiin Opinnäytetyöt, Rakennusterveys 2017

2 Jarkko Kemppi Tarpeenmukaisen ilmanvaihdon vaikutus sisäilmaolosuhteisiin Opinnäytetyöt Koulutus- ja kehittämispalvelu Aducate Itä-Suomen yliopisto Kuopio 2017 Aihealue: Rakennusterveys

3 Itä-Suomen yliopisto, Koulutus- ja kehittämispalvelu Aducate

4 TIIVISTELMÄ: Työn tarkoituksena oli tutkia millä tavoin tarpeenmukainen ilmanvaihto vaikuttaa sisäilmaolosuhteisiin. Kohteissa tarkasteltiin lämpöoloja, tuloilman jaon toimintaa, ilmamääriä, painesuhteita ulko- ja sisäilman välillä sekä pysyvätkö sisäilman olosuhteet (lämpötila, RH%, CO2, TVOC) halutulla tasolla kaikissa käyttötilanteissa. Sisäilman olosuhteita tarkasteltiin kahdessa eri tilanteessa, ilmanvaihdon ollessa tarpeenmukaisella ohjauksella tai täydellä teholla. Tutkimusmenetelminä käytettiin, lämpönukkea lämpöviihtyvyyden mittaamiseen (PT Teknik Pernille), merkkiainemittausta ilman iän ja ilman hyötysuhteen määrittämiseen (rikkiheksafluoridi SF6), olosuhdemittarijärjestelmää (Swema Multipoint ISO 7726 ja ISO 7730), olosuhdeseurantajärjestelmää (Wisensys), ilmamäärämittauksia (TSI Airflow TA465), savuvisualisointeja sekä videokuvausta. Tarpeenmukaisella ilmanvaihtojärjestelmällä toteutetuissa kohteissa usein unohdetaan ilmanvaihdonpäätelaitteiden sijoittelun ja suuntauksen vaikutus järjestelmän toimivuuden kannalta. Paras tapa on käyttää uudelleen suunnattavia päätelaitteita levittämään tuloilma tiloihin. Tilojen järjestyksen tai käyttötarkoituksen muuttuessa niiden hajotuskuvio voidaan suunnata uudestaan parhaan mahdollisen ja vedottoman ilmanjaon aikaansaamiseksi. Pienillä yksityiskohdilla voidaan pilata muutoin toimiva kokonaisuus. On muistettava, että tarpeenmukaisessa ilmanvaihdossa on tärkeää hallita tuloilmasuihkujen heittopituutta. Eri ilmavirroilla suihkun lähtönopeus tulee olla riittävä, jotta suihku pysyy katossa ja näin estää suihkun hallitsemattoman putoamisen oleskeluvyöhykkeelle. Päiväkotimaailmassa oleskeluvyöhykkeen määrittäminen on hankalaa, sillä toiminta tiloissa vaihtelee suuresti. Merkkiainemittauksilla saatiin hyvä kuva siitä missä pisteissä tuloilma huuhtelee tiloja tehokkaimmin sekä mihin muodostuu ilmanjaon kannalta katvealueita, jossa ilma saattaa olla seisovaa ja ilman laatu paikallisesti huono.

5 Sisäilman olosuhteet pysyivät kohteissa hyvällä tasolla. Ainoastaan ulko- ja sisäilman välisissä paine-eromittauksissa havaittiin jonkin verran huojuntaa yli- ja alipaineen välillä. Eri mittausmenetelmien välillä syntyy eroja, joilla voi olla suuri vaikutus rakennuksen sekä ilmanvaihtojärjestelmän toimivuuteen ja toimintaan. Ilmamäärämittauksia tehdessä tulee ottaa huomioon mahdolliset mittausvirheitä aiheuttavat tekijät. AVAINSANAT: ekvivalenttilämpötila, ilman hyötysuhde, ilman ikä, lämpöolot, merkkiainemittaus, oleskeluvyöhyke, paine-ero, PMV-indeksi, PPD-indeksi, sekoittava ilmanjako, syrjäyttävä ilmanjako, tarpeenmukainen ilmanvaihto, ABSTRACT: The aim of this thesis was to study how demand-controlled ventilation system influence on indoor air conditions. The study looked at thermal comfort, how supply air diffusers spread the airflows, airflows between different method of measuring, pressure difference between indoor- and outdoor air, indoor air condition (temperature C, relative humidity RH%, carbon dioxide CO2, TVOC total volatile organic compound). Indoor air conditions were examined in two different situations, when ventilation is in automatic mode (demand-controlled) or at full power. Research methods include measuring thermal comfort using thermal manikin (PT Teknik, Pernille), measuring the age of air and efficiency of supply air (sulfur hexafluoride SF6), measure omnidirectional anemometer of low air velocity (Swema Mul-

6 tipoint ISO 7726 ja ISO 7730), wireless measuring system for measure indoor air conditions (Wisensys), airflow measuring (TSI Airflow TA465), sign smoke visualizations and video recording. When using demand-controlled ventilation system, the impact of placement and orientation of ventilation terminals functioning of the scheme is often overlooked. The best way is to use redirected supply air diffusers to spread fresh air in to the space. Whenever the layout or use of the space changes, the throw pattern may always be redirected to achieve the best possible, draught-free air distribution. Small details can spoil the otherwise functioning whole. It must be remembered that in demand-controlled ventilation systems, it`s really important to control the length of the supply air jet. With different air currents, jet muzzle velocity must be sufficient, that the jet stays on the ceiling and thus prevents jet of an uncontrolled fall to the occupied zone. Specifying the occupied zone in kindergarten world is difficult, because activities in spaces varies considerably. Tracer measurements gave a good picture of where the points of the supply air flushes the space most efficiently and which consists of dead zones in terms of air distribution air can be stagnant and air quality locally poor. Indoor air conditions remained at good level in all measurements. Only the measured differential air pressure between the inside and outside of the room was found to sway slightly between positive and negative pressure when ventilation system is running in automatic mode or at full power. The measured air volumes may vary between different measurement methods, that can have a major impact on the functioning and operation of the building and the ventilation system. All factors causing measurement errors need to be taken into account when making these measurements.

7 KEYWORDS: equivalent temperature, efficiency of supply air, air age, thermal conditions of, tracer measurement, occupied zone, PMV-index, PPD-index, mixing air distribution, displacement air distribution, demand-controlled ventilation

8 Esipuhe Opinnäytetyössäni olen tutkinut tarpeenmukaisen ilmanvaihtojärjestelmän vaikutusta sisäilmaolosuhteisiin. Tutkimuksen on tarkoitus olla apuna Jyväskylän Tilapalvelulle tulevaisuudessa uusien kohteiden ilmanvaihtojärjestelmien vaatimusten ja toiminnan tarkentamisessa. Kiitän lämpimästi työnantajaani Ilmastointi Ässät Oy:tä mahdollisuudesta osallistua rakennusterveysasiantuntija koulutukseen, Jyväskylän Tilapalvelua kiinnostuksesta ja mahdollisuudesta suorittaa tutkimukset heidän kohteissaan, opiskelutovereitani rakentavista keskusteluista koulutuksen aikana, Aducaten porukkaa Tiinaa, Soilea ja Karia tuesta ja turvasta koulutuksen aikana ja opinnäytetyöni ohjaajaa Toni Näreahoa (Sweco talotekniikka Jyväskylä), jonka avustuksella sain puristettua työni kirjallisen osuuden kunnialla loppuun asti. Kiitän myös Hannu Koskelaa (Turun ammattikorkeakoulu) huikeasta erityisosaamisesta lämpönukke- ja merkkiainemittausten osalta sekä myös muita mittauksissa avustaneita henkilöitä, Anttia, Pasia, Rikua ja Samia. Ilman teitä tutkimukset ja mittaukset olisivat jääneet tekemättä. Lisäksi kiitän perhettäni siitä, että he ovat jaksaneet tukea opiskeluani läpi koko koulutuksen ja appivanhempiani yllättävänkin pitkästä pinnasta lastenhoidon ja rakentamisen lomassa Jarkko Kemppi

9 Sisällysluettelo 1. JOHDANTO TUTKIMUKSEN TAVOITE JA RAJAUS ILMANVAIHTO JA SISÄILMAOLOSUHTEET ILMANVAIHTOTEKNIIKKA MERKKIAINEMITTAUKSET SISÄILMASTO JA VIIHTYVYYS TUTKIMUSKOHTEET WESSMANNINMÄEN PÄIVÄKOTI KELTINMÄEN PÄIVÄKOTI TUTKIMUSMENETELMÄT LÄMPÖNUKKE MERKKIAINEMITTAUKSET ILMAN VIRTAUSNOPEUDEN MITTAAMINEN OLESKELUVYÖHYKKEELTÄ OLOSUHDESEURANTAJÄRJESTELMÄ ILMAMÄÄRÄMITTAUKSET JA HETKELLISET PAINE-EROMITTAUKSET ULKO- JA SISÄILMAN VÄLILLÄ SAVUVISUALISOINNIT JA KUVAUS MITTALAITTEET JA MITTAUSTARKKUUDEN ARVIOINTI TUTKIMUSTULOKSET LÄMPÖNUKKE Mittaustulokset Wessmanninmäen päiväkoti Mittaustulokset Keltinmäen päiväkoti MERKKIAINEMITTAUKSET Mittaustulokset Wessmanninmäen päiväkoti. Lepohuone

10 7.2.2 Mittaustulokset Keltinmäen päiväkoti. Lepohuone ILMAN VIRTAUSNOPEUS MITTAUS OLESKELUVYÖHYKKEELTÄ Mittaustulokset Wessmanninmäen päiväkoti Mittaustulokset Keltinmäen päiväkoti OLOSUHDESEURANTAJÄRJESTELMÄ Mittaustulokset Wessmanninmäen päiväkoti Mittaustulokset Keltinmäen päiväkoti ILMAMÄÄRÄMITTAUKSET JA HETKELLISET PAINE-EROMITTAUKSET ULKO- JA SISÄILMAN VÄLILLÄ Ilmamäärämittaukset ja paine-erot Wessmanninmäen päiväkoti Ilmamäärämittaukset ja paine-erot Keltinmäen päiväkoti SAVUVISUALISOINNIT JA KUVAUS JOHTOPÄÄTÖKSET WESSMANNINMÄEN PÄIVÄKOTI KELTINMÄEN PÄIVÄKOTI LOPPUYHTEENVETO LÄHDELUETTELO LIITTEET

11 TAULUKKOLUETTELO Taulukko 1. Koko kehon lämpötuntemus. Peuhuhuone Taulukko 2. Paikallinen ekvivalenttilämpötila Teq ( C) kehon eri osissa. Peuhuhuone Taulukko 3. Koko kehon lämpötuntemus. Lepohuone Taulukko 4. Paikallinen ekvivalenttilämpötila Teq ( C) kehon eri osissa. Lepohuone Taulukko 5. Koko kehon lämpötuntemus. Lepohuone Taulukko 6. Paikallinen ekvivalentti lämpötila Teq ( C) kehon eri osissa. Lepohuone Taulukko 7. Koko kehon lämpötuntemus. Ryhmähuone Taulukko 8. Paikallinen ekvivalentti lämpötila Teq ( C) kehon eri osissa. Ryhmähuone Taulukko 9. Merkkiainemittausten tulokset. Lepohuone Taulukko 10. Merkkiainemittausten tulokset. Lepohuone Taulukko 11. Veto mittaukset. Syrjäyttävä ilmanjako Taulukko 12. Veto mittaukset. Sekoittava ilmanjako, ennen ja jälkeen päätelaitteiden suuntausta Taulukko 13. Veto mittaukset. Sekoittava ilmanjako, ennen ja jälkeen päätelaitteiden suuntausta Taulukko 14. Veto mittaukset. Sekoittava ilmanjako, ennen uudelleen suuntausta Taulukko 15. Veto mittaukset. Sekoittava ilmanjako, ennen ja jälkeen päätelaitteiden suuntausta Taulukko 16. Wessmanninmäen päiväkodin kokonaisilmamäärät 100% teholla Taulukko 17. Wessmanninmäen päiväkodin kokonaisilmamäärät 50% teholla Taulukko 18. Wessmanninmäen päiväkodin kokonaisilmamäärät 30% teholla Taulukko 19. Hetkelliset paine-erot ulko- ja sisäilman välillä. Mustalla ilmanvaihto käy normaalisti, punaisella vain tarkasteltava ilmanvaihtokone on käynnissä

12 Taulukko 20. Keltinmäen päiväkodin kokonaisilmamäärä mittaukset 100%:n teholla Taulukko 21. Keltinmäen päiväkodin kokonaisilmamäärä mittaukset 50%:n teholla Taulukko 22. Keltinmäen päiväkoti kokonaisilmamäärä mittaukset 25%:n teholla Taulukko 23. Hetkelliset paine-erot ulko- ja sisäilman välillä. Mustalla ilmanvaihto käy normaalisti, punaisella vain tarkasteltava ilmanvaihtokone on käynnissä KUVALUETTELO Kuva 1. Tuloilmapäätelaite Lindab NS19-V+MBB Kuva 2. Piennopeuslaite Swegon DHC Kuva 3. FläktWoods EMAS-ilmavirtasäädin Kuva 4. FläktWoods aktiivinen tuloilmapäätelaite OPTIMIX RA(O,P)B Kuva 5. Lämpöviihtyvyyteen vaikuttavat ulkoiset ja sisäiset parametrit (Tuomaala, Nykänen, Piira 2016) Kuva 6. Sisäilmastoluokitus Operatiivinen lämpötila vuorokauden ulkolämpötilakeskiarvon funktiona Kuva 7. D2 vetokäyrä Kuva 8. Sisäilmastoluokitus Ilman liikenopeuden tavoitearvot Kuva 9. Sisäilmastoluokitus Ilman laadun tavoitearvot Kuva 10. Sisäilmastoluokituksen mukaisia tavoitearvoja lämpötilalle ja sisäilmalle. 21 Kuva 11. CAC-seoskaasuanturin tunnistamat yhdisteet Kuva 12. Pernille lämpönukke Kuva 13. Merkkiainemittaus laitteisto Bruel & Kjaer Kuva 14. Ilman iän määritys Kuva 15. Ilman hyötysuhteen määritys Kuva 16. Suuntariippumaton ilman virtausnopeusanturi Kuva 17. Olosuhdeseurantajärjestelmä Wisensys

13 Kuva 18. RSQ-sensorin havaitsemat yhdisteet Kuva 19. Paine-ero mittari TSI Airflow TA465 ja kuumalanka Probe Kuva 20. Savukone toimintavalmiina Kuva 21. Savuvisualisointien kuvaus Kuva 22. Merkkiainemittauksen virhemarginaalin laskenta Kuva 23. Merkkiainemittauspisteet. Lepohuone Kuva 24. Merkkiainemittaus. Lepohuone Kuva 25. Merkkiainemittauspisteet. Lepohuone Kuva 26. Merkkiainemittaus. Lepohuone Kuva 27. Merkkiainemittaus. Lepohuone Kuva 28. Paine-eroseuranta Tarpeenmukaisella ohjauksella Kuva 29. Paine-eroseuranta Täydellä teholla Kuva 30. Paine-eroseuranta Tarpeenmukaisella ohjauksella Kuva 31. Paine-eroseuranta Täydellä teholla Kuva 32. TK03/PK03 kokonaisilmamäärä trendi Kuva 33. TK03/PK03 kokonaisilmamäärä trendi Kuva 34. TK04/PK04 kokonaisilmamäärä trendi Kuva 35. TK04/PK04 kokonaisilmamäärä trendi LIITTEET LIITE 1. Wessmanninmäen päiväkodin olosuhdeseurantajakson mittaustulokset ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 2. Wessmanninmäen päiväkodin olosuhdeseurantajakson mittaustulokset ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 3. Wessmanninmäen päiväkodin olosuhdeseurantajakson mittaustulokset ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 4. Wessmanninmäen päiväkodin olosuhdeseurantajakson mittaustulokset ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella.

14 LIITE 5. Wessmanninmäen päiväkodin koko olosuhdeseurantajakson CO2 trendi kiinteistöautomaatiosta. LIITE 6. Keltinmäen päiväkodin olosuhdeseurantajakson mittaustulokset ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 7. Keltinmäen päiväkodin olosuhdeseurantajakson mittaustulokset ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 8. Keltinmäen päiväkodin olosuhdeseurantajakson mittaustulokset ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 9. Keltinmäen päiväkodin olosuhdeseurantajakson mittaustulokset ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 10. Keltinmäen päiväkodin koko olosuhdeseurantajakson CO2 trendi kiinteistöautomaatiosta tilasta LIITE 11. Wessmanninmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. LIITE 12. Keltinmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja.

15 1. Johdanto Sisäilmastolla on suuri merkitys ihmisten hyvinvoinnille ja viihtyvyydelle työpaikalla. Yhä tärkeämpi osa yhteiskunnallista keskustelua ovat ympäristökuormitus saasteiden ja energiankulutuksen muodossa. Ilmanvaihtojärjestelmien energiatehokkuusvaatimukset tulevat tiukentumaan. Tästä syystä ympäristöystävällisille ja tehokkaille ilmanvaihtojärjestelmille on tarvetta tulevaisuudessa. Tarpeenmukaisella ilmanvaihtojärjestelmällä toteutetuissa kohteissa usein unohdetaan ilmanvaihdonpäätelaitteiden sijoittelun ja suuntauksen vaikutus järjestelmän toimivuuden kannalta. Vaikka päätelaitteiden suuntaus kuuluisi urakkaan, se jää silti monesti tekemättä. On muistettava, että tarpeenmukaisessa ilmanvaihdossa on tärkeää hallita tuloilmasuihkujen heittopituutta. Eri ilmavirroilla suihkun lähtönopeus tulee olla riittävä, jotta suihku pysyy katossa ja näin estää suihkun hallitsemattoman putoamisen oleskeluvyöhykkeelle. Tuloilmasuihkut saattavat hallita ilmanjakoa pienillä lämpötilaeroilla ja maksimijäähdytyskuormilla lämpökuormien konvektiovirtaukset hallitsevat huonetilan ilmavirtauksia. Tämän vuoksi suunnitteluratkaisujen toiminta tulisi tarkastaa maksimikuormitustilanteen lisäksi erilaisilla lämpökuormilla ja välikaudella. Ilmavirtaukset muuttuvat suuresti onko kesä-, talvi- vai välikausitilanne (Sandberg 2014). Ilmamäärämittauksia tehdessä tulee ottaa huomioon mahdolliset mittausvirheitä aiheuttavat tekijät. Eri mittausmenetelmien välillä syntyy eroja, joilla voi olla suuri vaikutus rakennuksen sekä ilmanvaihtojärjestelmän toimivuuteen ja toimintaan. Välillä tilaaja haluaa esim. sisäilmastoluokan S3 ratkaisun, koska se on halvin. Välittämättä sisäilmasto-olosuhteista. Niitäkin tilaajia on, jotka ovat sisäilmasto-olosuhteista kiinnostuneita ja osaavat asettaa vaatimuksia tilojen suunnittelulle. Useasti kuitenkin 9

16 mennään minimitasolla ja sitten asioita puidaan sisäilmatyöryhmissä. Sisäilmastoluokitus vaikuttaa ilmanvaihdon mitoituksiin. On muistettava, että usein henkilömäärät ja tilan käyttötarkoitus muuttuu ja henkilömäärät ovat yläkanttiin suunnitelmiin nähden. Keskustelua on herättänyt ilmanvaihdon lisäämisestä koituvat ongelmat ulkoilman pienhiukkasista. Ilmanvaihtoa tehostamalla ulkoilmasta peräisin olevat pien- ja nanohiukkaset saattavat aiheuttaa enemmän terveysongelmia, kuin mitä hyötyjä ulkoilman lisäämisestä olisi. Tuloilman ja sisäilman tehokkaalla suodattamisella tilanne toki olisi toinen. Tämä tulisi kuitenkin saada toteutettua tehokkaasti ja toimivasti (Sisäilmauutiset 2016/2017, Indoor air kongressi). 2. Tutkimuksen tavoite ja rajaus Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella millä tavoin tarpeenmukainen ilmanvaihtojärjestelmä vaikuttaa sisäilmaolosuhteisiin. Tutkimuksen avulla Jyväskylän Tilapalvelu pyrkii tarkentamaan omia vaatimuksiaan ilmanvaihtojärjestelmien toiminnasta ja toteutuksesta uusissa kohteissa. Näin pyritään vähentämään käyttäjien reklamaatioita sisäilman olosuhteista tulevaisuudessa. Ennakoimalla tulevaisuuden haasteita ilmanvaihdon näkökulmasta, voidaan säästää aikaa ja rahaa, kun käyttäjät ovat tyytyväisempiä vallitseviin olosuhteisiin. Päiväkotimaailmassa oleskeluvyöhykkeen määrittäminen on hankalaa, sillä toiminta tiloissa vaihtelee suuresti. Pienillä yksityiskohdilla voidaan pilata muutoin toimiva kokonaisuus. Olosuhteiden kuntoon saattaminen tutkimuksen aikana rajattiin pois opinnäytetyöstä, lukuun ottamatta tuloilmapäätelaitteiden uudelleen suuntausta. Sisäilman mikrobiologisia olosuhteita ei tarkasteltu, koska niiden jatkuvatoiminen monitorointi ei ole 10

17 mahdollista. Kemiallisia olosuhteita tarkasteltiin ainoastaan jatkuvatoimisella sensorilla, jonka avulla seurattiin päivä ja yö ajan pitoisuuksia. Tutkimuksessa pyrittiin tarkastelemaan minkälaisia muuttujia tarpeenmukaisessa ilmanvaihtojärjestelmässä saattaa esiintyä sisäilmanolosuhteiden, sisäilmanlaadun ja yleisesti ilmanvaihtojärjestelmän osalta. 3. Ilmanvaihto ja sisäilmaolosuhteet 3.1 ILMANVAIHTOTEKNIIKKA Tarpeenmukaisessa ilmanvaihdossa ilmavirtaa säädetään tiloissa kuormituksen mukaan. Säätö voidaan toteuttaa tilakohtaisesti, esim. luokkahuonekohtaisesti tai vyöhykekohtaisesti yhdellä julkisivulla tai/ja rakennusosalla. Ilmavirran ohjaus voidaan toteuttaa mm. hiilidioksidipitoisuuden, lämpötilan tai/ja läsnäolon, tai jonkin muun epäpuhtauslähteen perusteella manuaalisesti, aikaohjelmalla, liiketunnistimella tai näiden kaikkien yhdistelmällä (Sandberg 2014). Sekoitusilmanjaossa tuloilma pyritään sekoittamaan mahdollisimman tehokkaasti huoneilmaan, käyttämällä ilmasuihkuja, joiden nopeus on useita metrejä sekunnissa, välittömästi tuloilmalaitteen jälkeen. Sekoittavan järjestelmän tuloilmalaitteilla tulisi olla hyvä sekoitussuhde eli induktio. Näin huoneilma sekoittuu ja imeytyy tuloilmaan tehokkaasti. Poistoilman tila on periaatteessa sama kuin oleskeluvyöhykkeen tila (Seppänen & Seppänen 2010, Sandberg 2014). Sekoittava ilmanjako toimii parhaiten silloin, kun lämpökuormat ovat pieniä ja epäpuhtauksia syntyy vähän (Sandberg 2014). Ongelmana varsinkin korkeat tilat, lämpötilakerrostuminen. Tyyppiesimerkkinä hallit ja korkeat auditoriot. Kuvassa 1 sekoitus ilmanjaossa käytettävä tuloilmalaite. 11

18 Kuva 1. Tuloilmapäätelaite Lindab NS19-V+MBB. Syrjäyttävässä ilmanjaossa tavoitteena on saada aikaan hyvät olosuhteet oleskeluvyöhykkeelle. Puhtaalla tuloilmalla pyritään syrjäyttämään vanha likainen ilma (Seppänen & Seppänen 2010). Kerrostumaperiaatteessa tuloilma jaetaan tilaan pienellä nopeudella välttäen huoneilman sekoittumista. Epäpuhtauslähteiden ja lämpökuormien syntyessä samasta lähteestä, pyritään käyttämään kerrostumaperiaatetta tilan ilmanjaossa. Tavanomaisia kohteita ovat luokkatilat, kokoustilat ja teatterit (Sandberg 2014). Mäntäperiaatteessa pyritään luomaan tuloilmavirran avulla yhdensuuntainen virtauskenttä koko ilmastoitavaan tilaan, välttäen huoneilman sekoittumista. Yhdensuuntaisella tuloilmanjaolla hallitaan huoneilmavirtaukset, jonka tarkoituksena on syrjäyttää häiriövirtaukset. Tavanomaisia kohteita ovat tilat, joissa erityisiä vaatimuksia ilmanlaadulle, kuten puhdastilat ja leikkaussalit, ilmanjako siis vertikaalinenlaminaarivirtaus (Sandberg 2014, Seppänen & Seppänen 2010). Kuvassa 2 on syrjäyttävässä ilmanjaossa käytettävä piennopeuslaite. 12

19 Kuva 2. Piennopeuslaite Swegon DHC. Kuvan 3 ilmavirtasäätimellä ohjataan tilan tai vyöhykkeen ilmamäärää, jonkin halutun suureen mukaan esim. hiilidioksidi, lämpötila, VOC tai jokin muu. Kuva 3. FläktWoods EMAS-ilmavirtasäädin. Aktiivisessa päätelaitteessa on integroitu toimilaite, jonka avulla tuloilmarako säätyy ilmavirran mukaan ja näin ilmasuihkun lähtönopeus pysyy muuttumattomana (Sandberg 2014). Aktiivisen tuloilmapäätelaitteen toiminta on esitettynä kuvassa 4. 13

20 Kuva 4. FläktWoods aktiivinen tuloilmapäätelaite OPTIMIX RA(O,P)B. Passiivisessa päätelaitteessa tuloilmarako pysyy muuttumattomana. Ilmavirran pienentyessä ilmannopeus laskee ja ilmasuihku kääntyy alas oleskeluvyöhykkeelle, jolloin vedon tunteen vaara on suuri (Sandberg 2014). 3.2 MERKKIAINEMITTAUKSET Ilmanvaihtomittaukset merkkiaine eli jälkiainemittauksin. Merkkiainemittausmenetelmät perustuvat siihen, että tunnettu määrä merkkiainetta aiheuttaa tietyn mitattavan pitoisuuden tai merkkiaineen pitoisuuden aleneman perusteella voidaan arvioida laimennuksen aiheuttama ilmamäärä. Merkkiainepitoisuudet voidaan määrittää eri pisteissä huonetta, näin saadaan määritettyä ilmanvaihdon dynamiikkaa kuvaavia suureita, kuten ilmanvaihtuvuus, ilman ikä ja epäpuhtauksien poistotehokkuus. Ilman merkitsemisessä voidaan käyttää vaaratonta kaasua, kuten rikkiheksafluoridia (SF₆) tai typpioksiduulia (N₂O). 14

21 Merkkiainemittauksilla voidaan arvioida ilmastoinnin toimintaa ja tarkoituksenmukaisuutta sekä tarkastella puhtaan ja likaisen ilman kulkeutumista tilassa. Merkkiainemittaukset soveltuvat ilmanvaihtokertoimen määritykseen, paikallispoistojen tehokkuuden tarkasteluun ja tilojen välisten vuotojen selvittämiseen (Sandberg 2014). Ilman ikä kertoo keskimääräisen ajan, joka tuloilmalta kestää kulkeutua mittauspisteeseen. Mitä lyhyempi ilman ikä on mittauspisteessä, sitä tehokkaammin tuloilma huuhtelee kyseistä paikkaa (Sandberg 2014). Ilmanvaihdon hyötysuhde kuvaa sitä, kuinka tehokkaasti tuloilma hyödynnetään koko tilan ilman laadun kannalta. Hyötysuhde on heikoin, jos tuloilma virtaa suoraan poistoon, jolloin se jää täysin hyödyntämättä (Sandberg 2014). Poistoilmasta mitattu ilman ikä on sama kuin huoneen ilmanvaihdon nimellisaikavakio, jonka käänteisarvo on tilan ilmanvaihtokerroin (Sandberg 2014). Merkkiainemenetelmän avulla voidaan selvittää mahdollisten oikosulkuvirtausten tai vuotojen suhteellinen määrä esimerkiksi ilmanvaihtokoneesta. Syötetään merkkiaine poistoilmavirtaan ennen puhallinta ja mitataan pitoisuus poisto- ja tuloilmakanavasta ennen ja jälkeen lämmöntalteenottopatterin. 3.3 SISÄILMASTO JA VIIHTYVYYS Laadukas sisäympäristö on käyttäjille terveellinen ja turvallinen, eikä se rasita itse rakennusta. Työntekijät ovat terveempiä ja työteho on parempi, joka takaa paremman tuottavuuden. 15

22 Fysikaaliset suuret toimivat hyvin suunnitteluvaiheessa sisäympäristön laatutason määrittelyyn. Suureet eivät kuitenkaan välttämättä kuvaa hyvin yksittäisen henkilön kokemaa sisäympäristön laatutasoa. Käyttäjien lämpöviihtyvyyteen vaikuttavat oleellisesti huoneilma ja pintojen lämpötilat, ilman liikenopeus ja ilman kosteus sekä henkilön vaatetus ja aineenvaihdunta. Tämän vuoksi ihmiset kokevat lämpöolosuhteet eritavalla. Rakennuksen käyttäjille tulee taata sellaiset olosuhteet, että kaikissa käyttötilanteissa ja tavanomaisissa sääolosuhteissa oleskeluvyöhykkeellä saavutetaan terveellinen, turvallinen ja viihtyisä sisäilmasto (Siikanen 2014, D2 2012, RT ). Sisäilmaston laatua kuvaavia tekijöitä. - lämpöolot tilassa - ilmavirtaukset tilassa - sisäilman kosteus - sisäilmassa olevat epäpuhtaudet Sisäympäristö ongelmia selvitettäessä tilannetta tulee aina tarkastella kokonaisuutena. Seuraavat asiat tulee ottaa huomioon tilannetta tarkasteltaessa: sisäilmasto-olosuhteet, rakennus- ja talotekniset tekijät, tilojen käyttäjien kokemukset ja terveydentila sekä sisäympäristöön liittyviä toimintatapoja työpaikalla. Sisäympäristön kokonaisarvioinnissa tulee huomioida se, tukeeko sisäympäristö tiloissa tehtäviä toimintoja. Esimerkiksi kouluissa, päiväkodeissa ja terveydenhuollon tiloissa, on tärkeää, että ongelmia selvitetään ja ratkaistaan yhteistyössä terveydensuojelun, että työturvallisuuden ja -terveyden asiantuntijoiden kanssa. Sisäilmatyöryhmien muodostaminen työyhteisöihin mahdollistaa moniammatillisen yhteistyön käyttämisen sisäilmasto-ongelmien selvittämisessä (Työterveyslaitos 2016). Lämpöaistimukseen vaikuttavia tekijöitä esitetty kuvassa 5. 16

23 Kuva 5. Lämpöviihtyvyyteen vaikuttavat ulkoiset ja sisäiset parametrit (Tuomaala ym. 2016). Lukuisissa kansainvälisissä kyselytutkimuksissa lämpöolosuhteet ovat olleet keskeisiä sisäympäristön tyytymättömyyden aiheuttajia. Ihmisten välillä voi olla jopa 6 C eroja optimaalisissa operatiivisissa lämpötiloissa, vaikka aktiivisuustaso ja vaatetus olisi sama (Tuomaala ym. 2016). Oleskeluvyöhyke kuvaa huonetilan sitä osaa, jossa sisäilmastovaatimukset on suunniteltu toteutuvaksi, jonka alapinta rajoittuu lattiaan, yläpinta on 1.8m:n korkeudella lattiasta ja sivupinnat 0.6m:n etäisyydellä seinistä tai vastaavista kiinteistä rakennusosista (Siikanen 2014, D2 2012). PMV-indeksi kuvaa ihmisen lämpöaistimusta 7-portaisella asteikolla ( ) kylmä, viileä, viileähkö, neutraali, lämpimähkö, lämmin, kuuma (Työterveyslaitos 2016). Lämpötasapainon, toimintakykyoptimin sijoittuminen lämpötila-asteikolla riippuu työn intensiteetistä ja vaatetuksesta. Toimintakyvyn on arvioitu olevan parhaimmillaan noin 21 C lämpötilassa tavanomaisessa toimistotyössä. Lämpötuntemus on ollut silloin "viileähkö" (Seppänen ym. 2006). Tällöin vireystila on parhaimmillaan eikä lämpötila rajoita aisti- eikä motorisia toimintoja (Työterveyslaitos 2014). 17

24 PPD-indeksi ilmoittaa lämpöoloihin tyytymättömien prosenttiosuuden. Yksilöllisistä eroista johtuen se on minimissään 5 %, jos vaatetus ja lämmöntuotto ovat kaikilla samat (Työterveyslaitos 2016). Ekvivalenttilämpötila kuvaa ilman lämpötilan, lämpösäteilyn ja ilman liikkeen yhteisvaikutusta lämpötuntemuksen kannalta. Tähän vaikuttavat ihmisen fyysinen aktiviteetti ja vaatetus. Operatiivinen lämpötila tarkoittaa huoneilman lämpötilan ja ihmistä ympäröivien pintojen säteilylämpötilojen keskiarvoa. Operatiivinen lämpötila kuvastaa huoneilman lämpötilasta poikkeavien pintalämpötilojen vaikutusta ihmisen lämmöntunteeseen (Asumisterveysohje 2003, RT ). Kuvassa 6 esitettynä S1 luokan operatiivinen lämpötila vuorokauden ulkolämpötilakeskiarvon funktiona. Kuva 6. Sisäilmastoluokitus Operatiivinen lämpötila vuorokauden ulkolämpötilakeskiarvon funktiona. 18

25 Kuvassa 7 ilman virtausnopeutta oleskeluvyöhykkeellä kuvataan vetokäyrien avulla. Vetokäyrillä voidaan arvioida epäviihtyvyyttä aiheuttavaa ilman nopeutta eri huoneilman lämpötiloissa (D2 2012, Sisäilmastoluokitus 2008). Kuvassa 8 sisäilmastoluokitus 2008 tavoitearvot ilman liikenopeudelle. Kuva 7. D2 vetokäyrä. Kuva 8. Sisäilmastoluokitus Ilman liikenopeuden tavoitearvot. Hiilidioksidi on ihmisperäisten epäpuhtauksien indikaattori sisäilmassa. Ihmisen aineenvaihdunta tuottaa sisäilmaan hiilidioksidia ja muita epäpuhtauksia. Sisäilman pitoisuuden ollessa korkea, se on yleensä osoitus riittämättömästä ilmanvaihdosta (Siikanen 2014, D2 2012, Sisäilmastoluokitus 2008). Sisäilmastoluokitus 2008 tavoitearvot eri sisäilmaluokissa kuva 9. 19

26 Kuva 9. Sisäilmastoluokitus Ilman laadun tavoitearvot. Huoneilman suhteellinen kosteus ei saa olla pitkiä aikoja niin korkea, että se aiheuttaisi rakenteissa, taikka laitteissa tai niiden pinnoilla mikrobi kasvun riskiä. Lämmityskaudella tyypillinen sisäilman suhteellinen kosteus on 20-40% ja kesällä 50-60%. Optimaalinen suhteellinen kosteus asuinhuoneessa terveyden kannalta olisi 30-40% (Siikanen 2014). Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden kokonaismäärä kuvaa TVOC (Total Volatile Organic Compounds). Suureen määrittämiseen vaikuttavat käytetyt keräys- ja analysointitekniikat (Korhonen 2011). Suomessa on sisäilmaston tason luokitteluun käytössä sisäilmastoluokitus Se asettaa sisäilmaston tavoite- ja suunnitteluarvot, joita noudattamalla voidaan rakentaa entistä terveellisempiä ja viihtyisämpiä rakennuksia (Ratu 437-T 2009). Sisäilmastoluokituksessa on käytössä kolmitasoinen laatuluokitus. S1: Yksilöllinen sisäilmasto Tilan sisäilman laatu on erittäin hyvä eikä tiloissa ole havaittavia hajuja. Sisäilmaan yhteydessä olevissa tiloissa tai rakenteissa ei ole sisäilman laatua heikentäviä vaurioita tai epäpuhtauslähteitä. Lämpöolot ovat viihtyisät eikä vetoa tai ylilämpenemistä esiinny. Tilan käyttäjä pystyy yksilöllisesti hallitsemaan lämpöoloja. Tiloissa on niiden 20

27 käyttötarkoituksen mukaiset erittäin hyvät ääniolosuhteet ja hyviä valaistusolosuhteita tukemassa yksilöllisesti säädettävä valaistus. S2: Hyvä sisäilmasto Tilan sisäilman laatu on hyvä eikä tiloissa ole häiritseviä hajuja. Sisäilmaan yhteydessä olevissa tiloissa tai rakenteissa ei ole ilman laatua heikentäviä vaurioita tai epäpuhtauslähteitä. Lämpöolot ovat hyvät. Vetoa ei yleensä esiinny, mutta ylilämpeneminen on mahdollista kesäpäivinä. Tiloissa on niiden käyttötarkoituksen mukaiset hyvät ääni- ja valaistusolosuhteet. S3: Tyydyttävä sisäilmasto Tilan sisäilman laatu ja lämpöolot sekä valaistus- ja ääniolosuhteet täyttävät rakentamismääräysten vähimmäisvaatimukset. (Ratu 437-T 2009.) Tärkeimpiä luokituksen mukaisia tavoitearvoja sisälämpötilalle ja ilman laadulle on esitetty kuvassa 10. Vanhassa, vuonna 2000 julkaistussa, sisäilmaluokituksessa oli annettu maksimiarvot erilaisille kemiallisille yhdisteille, mutta nykyisessä luokituksessa vaaditaan vain vähäpäästöisten eli M1-luokiteltujen tuotteiden käyttöä. Kuva 10. Sisäilmastoluokituksen mukaisia tavoitearvoja lämpötilalle ja sisäilmalle. 21

28 Pelkkien tavoitteiden lisäksi sisäilmastoluokitus antaa suunnitteluarvoja esimerkiksi tilojen ilmanvaihtomäärille sekä vaatimuksia käytettäville ilmanvaihtokoneiden suodattimille. Rakennustyönkin pölynhallinnalle ja käytettäville rakennusmateriaaleille on annettu vaatimuksia. Sisäilmastoluokitusta ollaan vuoden 2016 aikana päivittämässä, mutta vielä ei ole julkaistu tarkkaa tietoa siitä, mitä muutoksia päivitys sisältää (Sisäilmauutiset 2016). 22

29 4. Tutkimuskohteet Molemmissa päiväkodeissa on suunnittelun lähtökohtana ollut sisäilmastoluokitus 2008 S2 tavoitearvot. 4.1 WESSMANNINMÄEN PÄIVÄKOTI Päiväkoti on valmistunut vuonna Hoitotilat ovat yhdessä tasossa. Ilmanvaihtokonehuone sijaitsee ullakolla, jonne on kulku ulkokautta. Rakennuksessa on kolme tulo/poisto ilmanvaihtokonetta (TK01/PK01, TK02/PK02, TK03/PK03) ja yksi poistoilmakone (PK01). Päiväkodissa on tarpeenmukainen ilmanvaihtojärjestelmä lepo-, leikki-, ja ryhmähuoneissa sekä ruokalassa ja salissa. Ilmanlaadun ohjaus tapahtuu huonetilassa olevan CO2/lämpötila-anturin perusteella. Ilmavirtasäätimet ovat FläktWoods EMAS/EMAE-säätimiä. Lepo-, leikki- ja ryhmähuoneissa on syrjäyttäväilmanjako. Ruokalassa ja salissa on sekoittavailmanjako. Opinnäytetyössäni tarkasteltiin TK01/PK01 ilmanvaihtokoneen toimintaa. Rakennuksen rakennusvaiheen ilmanvuotoluku q₅₀ = 0,94. Kohteen tilavuus on 4 626,4m³. 4.2 KELTINMÄEN PÄIVÄKOTI Päiväkoti on valmistunut vuonna Hoitotilat ovat yhdessä tasossa. Ilmanvaihtokonehuoneita on kaksi kappaletta ja ne sijaitsevat ullakolla. Toiseen ilmanvaihtokonehuoneeseen on kulku sisältä ja toiseen on kulku ulkokautta. Rakennuksessa on neljä tulo/poisto ilmanvaihtokonetta (TK01/PK01, TK02/PK02, TK03/PK03, 23

30 TK04/PK04). Päiväkodissa on Swegon Super Wise tarpeenmukainen ilmanvaihtojärjestelmä lepo-, leikki-, ja ryhmähuoneissa sekä ruokalassa ja salissa. Ilmanlaadun ohjaus tapahtuu Swegon CAC-seoskaasuanturilla (Clean Air Control). Anturi sijaitsee ilmavirtasäätimeen integroituna poistoilmakanavassa ilmanvaihtokonehuoneessa. Ilmavirtasäätimet ovat Swegon ADAPT Damper- säätimiä. Päiväkodilla on kaikissa tiloissa sekoittavailmanjako. Opinnäytetyössäni tarkasteltiin TK01/PK01 ilmanvaihtokoneen toimintaa. Rakennuksen rakennusvaiheen ilmanvuotoluku q₅₀ = 1,1. Kohteen tilavuus on 5 505m³. Kuva 11. CAC-seoskaasuanturin tunnistamat yhdisteet. 24

31 5. Tutkimusmenetelmät 5.1 LÄMPÖNUKKE Lämpöoloja tutkittiin lämpönukella tehdyin mittauksin. Lämpönukke sijoitettiin tutkittavaan kohtaan huonetta ja ekvivalentti lämpötila mitattiin kehon eri osista. Ekvivalentti lämpötila kuvaa ilman lämpötilan, lämpösäteilyn ja ilman liikkeen yhteisvaikutusta lämpötuntemuksen kannalta. Lisäksi määritettiin koko kehon lämpötuntemusta kuvaavat PMV-(Predicted Mean Vote) ja PPD-indeksit (Predicted Percentage of Dissatisfied), jolloin elimistön lämmöntuottona käytettiin toimistotyyppisen työn arvoa 1.2 met. Lämpönukke oli tanskalaisen PT Teknik:n valmistama Pernille-mallinen nukke. Nukke on jaettu 24 sektoriin paikallisten lämpötuntemusten mittaamiseksi. Nuken iho lämmitetään ihmisen ihoa vastaavaan lämpötilaan ja lämpöhäviö kunkin sektorin kautta mitataan. Nukkea voidaan käyttää eri lämmitysmoodeissa. Tässä tapauksessa käytettiin Comfort-yhtälön mukaista lämmitystä, joka vastaa ihmisen lämpötilan käyttäytymistä. Mittauksissa kuvan 12 mukaisesti lämpönukke istui yksinkertaisessa tuolissa, jossa oli pehmustettu istuin ja puinen selkänoja. Vaatetukseksi valittiin t-paita, housut ja alusvaatteet. Vaatetuksen ja tuolin yhteinen lämmöneristävyys mitattiin etukäteen laboratoriossa ja saatua tulosta 0.62 clo käytettiin lämpöviihtyvyyden mittauksissa. 25

32 Kuva 12. Pernille lämpönukke. 5.2 MERKKIAINEMITTAUKSET Merkkiainemittaukset tehtiin kuvan 13 kaasuanalysaattorilla Bruel & Kjaer Analysaattoriin imettiin huoneilmaa kanavavalitsimen kautta yhdestä näytteenottopisteestä kerrallaan mittausohjelman ohjaamana. Yhden näytteen imeminen ja analysointi kesti noin 40 sekuntia. 26

33 Kuva 13. Merkkiainemittaus laitteisto Bruel & Kjaer Tuloilman jaon toimintaa tarkasteltiin mittaamalla tutkittavista tiloista ilman ikä ja ilmanvaihdon hyötysuhde. Ilman ikä kertoo keskimääräisen ajan, joka tuloilmalta kestää kulkeutua mittauspisteeseen. Mitä lyhyempi ilman ikä on, sitä tehokkaammin tuloilma huuhtelee kyseistä paikkaa. Ilman ikä mitattiin päästämällä merkkiaineena käytettyä rikkiheksafluoridia (SF₆) tuloilman joukkoon. Huonepitoisuuden saavutettua tasapainotilan merkkiainepäästö katkaistiin. Tuloksena saatiin pitoisuuden kasvuja alenemakäyrät. Ilman ikä määritetään alenemakäyrästä kuvan 14 kaavan mukaisesti. 27

34 Kuva 14. Ilman iän määritys Pitoisuuden nousukäyristä ilman ikä määritettiin muuttamalla ne ensin alenemakäyriksi vähentämällä mitatut pitoisuudet tasapainopitoisuudesta. Poistoilmasta mitattu ilman ikä on sama kuin huoneen ilmanvaihdon nimellisaikavakio, jonka käänteisarvo on tilan ilmanvaihtokerroin. Ilmanvaihdon hyötysuhde kuvaa sitä, kuinka tehokkaasti tuloilma hyödynnetään koko tilan ilman laadun kannalta. Hyötysuhde on heikoin, jos tuloilma virtaa suoraan poistoon, jolloin se jää täysin hyödyntämättä. Täysin sekoittavan ilman jaon hyötysuhde on 50% ja mäntävirtauksen (syrjäyttäväilmanjako) 100%. Alle 50% hyötysuhde kertoo tilassa esiintyvästä oikosulkuvirtauksesta tulosta poistoon. Ilmanvaihdon hyötysuhde lasketaan poistopitoisuuden alenemakäyrästä kuvan 15 kaavan mukaisesti. Kuva 15. Ilman hyötysuhteen määritys 5.3 ILMAN VIRTAUSNOPEUDEN MITTAAMINEN OLESKELUVYÖHYK- KEELTÄ Ilman virtausnopeus mittaukset suoritettiin Swema Multipoint-ohjelmalla. Mittauksissa käytettiin kuvan 16 mukaista suuntariippumatonta ilmanvirtausnopeusanturia. 28

35 Swema Multipoint-ohjelma suorittaa vetoisuusmittauksen automaattisesti.( ISO 7726 ja ISO 7730) Kuva 16. Suuntariippumaton ilman virtausnopeusanturi. 5.4 OLOSUHDESEURANTAJÄRJESTELMÄ Sisäilman olosuhteita tarkasteltiin kuvassa 17 esitetyllä loggaavalla Wisensys olosuhdeseurantajärjestelmällä. Tarkasteltavat suuret olivat lämpötila, RH%, CO2, paine-erot ulko- ja sisäilman välillä sekä TVOC. TVOC-pitoisuus ilmoitetaan ppm:nä. TVOC mittauksella tarkasteltiin päivä ja yö ajan pitoisuus vaihtelua. Kuvassa 18 esitettynä TVOC-pitoisuusmittauksissa käytetyn RSQ-sensorin havaitsemat yhdisteet. Kaikki mittaukset suoritettiin kahdeksassa eri tilassa viikon seurantajaksoina siten, että yhdellä viikolla ilmanvaihtojärjestelmä kävi täydellä teholla ympärivuorokauden ja seuraavalla viikolla ilmanvaihtojärjestelmä oli vapautettuna automaattikäytölle eli ilmanvaihto oli tarpeenmukaan ohjautuva. Näin pyrittiin selvittämään syntyykö käyttötapojen välillä suurta vaihtelua ilman laadun osalta ja pysyvätkö paine-erot ulko- ja sisäilman välillä halutulla tasolla. 29

36 Kuva 17. Olosuhdeseurantajärjestelmä Wisensys. Kuva 18. RSQ-sensorin havaitsemat yhdisteet. 5.5 ILMAMÄÄRÄMITTAUKSET JA HETKELLISET PAINE-EROMIT- TAUKSET ULKO- JA SISÄILMAN VÄLILLÄ Ilmamäärät mitattiin tarkasteltavan ilmanvaihtokoneen alueelta kahdeksasta eri tilasta. Ilmamäärämittaukset on suoritettu kolmella eri teholla, 100%, 50% sekä 30%. Keltinmäen päiväkodilla alin tarkasteltu käynti prosentti oli 25%. Kohteiden automatiikkaan aseteltuja alarajoja ei haluttu muuttaa, koska silloin ne eivät olisi vastanneet 30

37 todellista tilannetta. Mittaukset suoritettiin kolmella eri mittausmenetelmällä, päätelaitteelta, kanavasta sekä ilmavirtasäätimeltä. Keltinmäen päiväkodilla ilmavirtasäätimen ilmamäärä saatiin suoraan Swegon Super Wise-järjestelmän grafiikalta. Tämän vuoksi ilmavirtasäätimeltä ei mitattu ilmamäärää paine-eromenetelmällä, samalla tavalla kuin Wessmanninmäen päiväkodilla. Ilmamäärämittauksien yhteydessä mitattiin hetkellistä ulko- ja sisäilman välistä paine-eroa. Ilmamäärämittauksien ja hetkellisten paine-eromittauksien tuloksia verrattiin keskenään. Tällä tavoin pyrittiin arvioimaan mittauksien luotettavuutta. Ilmamäärä- ja paine-eromittaukset suoritettiin siten, että tilan ilmamääräsäädin ohjasi haluttua käynti prosenttia eli säädin oli lukittu pitämään ilmamäärä vakiona. Mittaukset suoritettiin kahdella tavalla. Ensi kaikki päiväkodin ilmanvaihtokoneet olivat käynnissä ja tämän jälkeen kaikki ilmanvaihtokoneet lukuun ottamatta tarkasteltavaa ilmanvaihtokonetta sammutettiin. Tällä toimenpiteellä pyrittiin arvioimaan kuinka paljon muut ilmanvaihtokoneet vaikuttavat mitattuihin ilmamääriin ja paineeroihin. Hetkelliset paine-eromittaukset olivat 30 sekunnin mittaisia ja mittausjaksolta otettiin keskiarvo. Kuvassa 19 mittauksissa käytetty TSI Airflow monitoimimittari. Kuva 19. Paine-ero mittari TSI Airflow TA465 ja kuumalanka Probe

38 5.6 SAVUVISUALISOINNIT JA KUVAUS Savuvisualisointien avulla voitiin havainnoida ilmanjaon toimintaa ja ilman liikettä tiloissa. Merkkisavua puhallettiin tuloilman joukkoon viereisestä tilasta, liittämällä savukoneen letku tuloilmakanavaan kuvan 20 mukaisesti. Kuva 20. Savukone toimintavalmiina. Savuvisualisoinnit kuvattiin myöhempää tarkastelua varten. Kuvausten suorittaminen yhtä aikaa kolmesta pisteestä, mahdollisti ilmanliikkeiden tarkastelun monesta suunnasta samaan aikaan. Kuvassa 21 valmistellaan savuvisualisointien kuvausta. 32

39 Kuva 21. Savuvisualisointien kuvaus. 6. Mittalaitteet ja mittaustarkkuuden arviointi. Lämpöoloja mitattiin PT Teknik:n valmistamalla Pernille-mallin nukella. Valmistaja ilmoittaa mittaustarkkuudeksi 0.2 C. Merkkiainemittaukset suoritettiin kaasuanalysaattorilla Bruel & Kjaer Laskettu virhemarginaali oli noin 3-6%. Virhemarginaali laskettiin standardin SFS-EN mukaisesti seuraavalla kaavalla 9: Kaava kuvassa 22. Kuva 22. Merkkiainemittauksen virhemarginaalin laskenta. 33

40 Ilman virtausnopeutta oleskeluvyöhykkeellä mitattiin Swema:n suuntariippumattomalla ilmanvirtausnopeusanturilla, jonka mittaustarkkuus on valmistajan mukaan m/s alueella m/s ja +-4% alueella m/s lämpötilan ollessa C. Ulkoilman lämpötilaa ja suhteellista kosteutta mitattiin Wisensys wireless sensor WS-DLTc (temperature, relative humidity) anturilla. Valmistajan ilmoittama mittatarkkuus on ±1,8%RH from 10% to 90%RH; ±4%RH otherwise ±0,3 25 C, ±0,5 C from 0 C to +50 C, ±1,2 C from -20 C to +80 C. Sisäilman lämpötilaa, suhteellista kosteutta ja hiilidioksidi pitoisuutta mitattiin Wisensys wireless sensor WS-DLTc (temperature, relative humidity, carbon dioxide) anturilla. Valmistajan ilmoittama mittatarkkuus on temperature ± C, ±0,5 C from 0 C to +50 C, ±1,2 C from -20 C to +80 C, relative humidity ±1,8%RH from 10% to 90%RH; ±4%RH otherwise ja CO2 ±40ppm + 3% of 22 C. TVOC pitoisuutta mitattiin Wisensys wireless sensor WS-DLTc + RSQ. The RSQ is a room air quality sensor which detects a broad range of volatile organic compounds (VOCs). Operating conditions: temperature -10 to 50 C humidity 0-95 % RH (noncondensing), Sensor element: oxidizing element that varies in resistance, Measurement range: ppm, Self-calibrating function. Paine-eroa ulko- ja sisäilman välillä mitattiin Wisensys wireless sensor HPS-Diferential pressure transmitter. Valmistajan ilmoittama mittatarkkuus +-2% per year, ambient conditions: temperature C, Rel. humidity < 95%rH (non condensing). 34

41 Paine-eroa ulko- ja sisäilman välillä hetkellisissä mittauksissa mitattiin Airflow TA465 paine-eromittarilla. Valmistajan ilmoittama mittatarkkuus on (Staattinen paine / Paine-ero) ±1% lukemasta ±1 Pa ja erotuskyky 0.1 Pa. Ilmamäärämittaukset suoritettiin Airflow TA465 paine-eromittarilla ja kuumalangalla 964 Probe. Valmistajan ilmoittama mittatarkkuus TA465 on (Staattinen paine / Paine-ero) ±1% lukemasta ±1 Pa ja erotuskyky 0.1 Pa. 964 Probe Alue m/s, C, 5 95% RH, tarkkuus ±3% lukemasta tai ±0.015 m/s, kumpi on suurempi 4&5 ±0.3 C6, erotuskyky 0.01 m/s, 0.1 C. 7. Tutkimustulokset 7.1 LÄMPÖNUKKE Mittaustulokset Wessmanninmäen päiväkoti Mittaukset suoritettiin kahdessa tilassa 1.5m:n ja 3.0m:n etäisyydellä tuloilmapäätelaitteesta, kolmella eri nopeudella molemmissa mittauspisteissä. Ilmanvaihdon tehot olivat 100%, 75% sekä 50%. Koko kehon lämpötuntemusta mittaava PMV-indeksi oli valitulla vaatetuksella ja lämmöntuotolla lähellä neutraalia useimmissa mittauksissa, välillä 0,08-0,4. PPD-indeksi, joka arvio ennustettua tyytymättömien osuutta oli kaikissa mittauksissa välillä 5,2-7,9%. Mittaustuloksia esitettynä taulukoissa 1, 2, 3 ja 4. 35

42 Teq ( C) PMV-indeksi PPD-indeksi (%) Ilmanvaihto 100% 22,2 0,1 5,3 1.5m:n etäisyys Ilmanvaihto 75% 22,5 0,2 5,6 1.5m:n etäisyys Ilmanvaihto 50% 23,0 0,3 6,5 1.5m:n etäisyys Ilmanvaihto 100% 23,1 0,3 6,8 3.0m:n etäisyys Ilmanvaihto 75% 23,3 0,3 7,4 3.0n:n etäisyys Ilmanvaihto 50% 23,5 0,4 7,9 3.0m:n etäisyys Taulukko 1. Koko kehon lämpötuntemus. Peuhuhuone

43 Taulukko 2. Paikallinen ekvivalenttilämpötila Teq ( C) kehon eri osissa. Peuhuhuone 108. Teq ( C) PMV-indeksi PPD-indeksi (%) Ilmanvaihto 100% 22,0 0,08 5,2 1.5m:n etäisyys Ilmanvaihto 100% 22,3 0,10 5,4 3.0m:n etäisyys Ilmanvaihto 75%, 22,0 0,10 5,1 3.0m:n etäisyys Taulukko 3. Koko kehon lämpötuntemus. Lepohuone

44 Taulukko 4. Paikallinen ekvivalenttilämpötila Teq ( C) kehon eri osissa. Lepohuone Mittaustulokset Keltinmäen päiväkoti Mittaukset suoritettiin noin 1.5m:n etäisyydellä tuloilmapäätelaitteista. Mittaukset tehtiin ennen ja jälkeen tuloilmapäätelaitteiden uudelleen suuntausta. Ilmanvaihdon tehot olivat 100%, 75% sekä 50%. Mittauspisteet määräytyivät kohtiin, joissa tilojen käyttäjät kokivat voimakkaimmin vedon tunnetta. Ennen tuloilmapäätelaitteiden uudelleen suuntausta puhalluksen alla 100%:n teholla lepohuone 1005:ssä. PMV-indeksi oli -0.8 eli hieman viileä ja PPD-indeksi oli 18.7% sekä matalimmat ekvivalentti lämpötilat C. 38

45 Päätelaitteiden uudelleen suuntauksen jälkeen 100%:n teholla lepohuone 1005:n PMV-indeksi oli 0.0 eli neutraali ja PPD-indeksi oli 5.0% sekä matalimmat ekvivalentti lämpötilat nousivat tasolle C. Taulukot 5, 6, 7 ja 8. Teq ( C) PMV-indeksi PPD-indeksi (%) Ilmanvaihto 100% 17,6 ennen uudel- -0,8 ennen uudel- 18,7 ennen uudel- keskella huonetta leen suuntausta leen suuntausta leen suuntausta Ilmanvaihto 100% 21,5 uudelleen 0,0 uudelleen 5,0 uudelleen keskellä huonetta suunnattuna suunnattuna suunnattuna Ilmanvaihto 100% 20,8 ennen uudel- -0,2 ennen uudel- 5,5 ennen uudel- huoneen reunassa leen suuntausta leen suuntausta leen suuntausta Ilmanvaihto 75% 21,2 ennen uudel- -0,1 ennen uudel- 5,2 ennen uudel- huoneen reunassa leen suuntausta leen suuntausta leen suuntausta Ilmanvaihto 75% 21,7 uudelleen 0,0 uudelleen 5,0 uudelleen huoneen reunassa suunnattuna suunnattuna suunnattuna Ilmanvaihto 50% 21,7 uudelleen 0,0 uudelleen 5,0 uudelleen huoneen reunassa suunnattuna suunnattuna suunnattuna Taulukko 5. Koko kehon lämpötuntemus. Lepohuone

46 Taulukko 6. Paikallinen ekvivalentti lämpötila Teq ( C) kehon eri osissa. Lepohuone Teq ( C) PMV-indeksi PPD-indeksi (%) Ilmanvaihto 100% 21,9 0,1 5,1 Ilmanvaihto 75% 22,3 0,1 5,4 Ilmanvaihto 50% 22,6 0,2 5,8 Taulukko 7. Koko kehon lämpötuntemus. Ryhmähuone

47 Taulukko 8. Paikallinen ekvivalentti lämpötila Teq ( C) kehon eri osissa. Ryhmähuone MERKKIAINEMITTAUKSET Mittaustulokset Wessmanninmäen päiväkoti. Lepohuone 163 Merkkiainemittaus suoritettiin yhdessä tilassa. Ilmanjako toimi suunnitellulla tavalla syrjäytysperiaatteen mukaan. Oleskeluvyöhykkeellä huoneen keskiosassa mitatut ilman iät olivat selvästi poistoilman ikää pienempiä, tuloilma siis huuhtelee tätä aluetta tehokkaasti. Nurkassa sijaitsevan sängyn kohdalla ilman ikä oli lähellä poistoilman ikää. Merkkiainemittauspisteet esitettynä kuvassa 23 ja

48 Kuva 23. Merkkiainemittauspisteet. Lepohuone 163. Kuva 24. Merkkiainemittaus. Lepohuone

49 Ilmanvaihdon hyötysuhde oli 100%:n teholla 59%, mikä on selvästi sekoittavan ilmanjaon arvoa (50%) parempi. Hyötysuhde 75%:n teholla oli sen sijaan lähellä sekoittavan ilmanjaon arvoa, syy tähän eroon tehojen välillä ei selvinnyt mittauksissa. Mittaustulokset esitettynä taulukossa 9. Poistoilman iän perusteella saatu aikavakio 100%:n teholla oli lähellä nimellisilmavirran perusteella laskettua ilmanvaihdon aikavakiota. 75% teholla mittauksella saatu aikavakio oli vähän laskennallista pienempi. Tämä viittaa siihen, että ilmanvaihdon määrä olisi ollut hieman suurempi kuin 75% maksimi-ilmavirrasta. Mittaustulokset esitettynä taulukossa 9. Taulukko 9. Merkkiainemittausten tulokset. Lepohuone Mittaustulokset Keltinmäen päiväkoti. Lepohuone 1004 Merkkiainemittaus suoritettiin yhdessä tilassa. Tilan tuloilmapäätelaitteet olivat uudelleen suunnattuina mittaushetkellä. 43

50 Ilmanjako toimi suunnitellulla tavalla sekoitusperiaatteen mukaisesti. Ilman ikä oli oleskeluvyöhykkeen mittauspisteissä lähellä poistoilman ikää. Ilmanvaihdon hyötysuhde oli lähellä 50%:n arvoa, joka vastaa täydellisen sekoittumisen hyötysuhdetta. Merkkiainemittauspisteet esitettynä kuvissa 25, 26 ja 27. Kuva 25. Merkkiainemittauspisteet. Lepohuone

51 Kuva 26. Merkkiainemittaus. Lepohuone 1004 Kuva 27. Merkkiainemittaus. Lepohuone 1004 Poistoilman iän perusteella saatu aikavakio 100%:n teholla oli lähellä nimellisilmavirran perusteella laskettua ilmanvaihdon aikavakiota. 75% teholla mittauksella saatu aikavakio oli vähän laskennallista pienempi. Tämä viittaa siihen, että ilmanvaihdon määrä olisi ollut hieman suurempi kuin 75% maksimi-ilmavirrasta, samaan tapaan kuin Wessmanninmäen päiväkodilla. Taulukko

52 Taulukko 10. Merkkiainemittausten tulokset. Lepohuone ILMAN VIRTAUSNOPEUS MITTAUS OLESKELUVYÖHYKKEELTÄ Mittaustulokset Wessmanninmäen päiväkoti Päiväkodilla mitattiin ilman liikenopeus oleskeluvyöhykkeeltä viidestä eri tilasta. Kolmessa mitatussa tilassa (lepo-, leikki-, ryhmähuone) oli syrjäyttävä ilmanjako ja kahdessa tilassa (ruokailu, juhlasali) oli sekoittava ilmanjako. Tiloissa joissa oli syrjäyttävä ilmanjako, toimivat suunnitellusti levittäen tuloilman tilaan vedottomasti. Sekoittavalla ilmanjaolla toteutetuissa tiloissa ilman liikenopeus oleskeluvyöhykkeellä ennen tuloilmapäätelaitteiden uudelleen suuntausta oli huomattavan kova. Päätelaitteiden uudelleen suuntauksen jälkeen ilman liikenopeus oleskeluvyöhykkeellä saatiin hyväksyttävälle tasolla. Mittaustulokset esitettynä taulukoissa 11, 12, ja 13. Tuloilman lämpötila on mitattu päätelaitteelta ja näin ollen siihen on jo sekoittunut sekundääri-ilmaa huonetilasta. Tuloilman lämpötila on oletettavasti hieman alhaisempi ennen tuloilmapäätelaitetta. 46

53 Taulukko 11. Veto mittaukset. Syrjäyttävä ilmanjako Taulukko 12. Veto mittaukset. Sekoittava ilmanjako, ennen ja jälkeen päätelaitteiden suuntausta 47

54 Taulukko 13. Veto mittaukset. Sekoittava ilmanjako, ennen ja jälkeen päätelaitteiden suuntausta Mittaustulokset Keltinmäen päiväkoti Päiväkodilla mitattiin ilman liikenopeus oleskeluvyöhykkeeltä viidestä eri tilasta. Kaikissa tarkasteltavissa tiloissa oli sekoittava ilmanjako. Keltinmäen päiväkodilla osassa mitatuissa tiloissa ilman virtausnopeudet oleskeluvyöhykkeellä olivat kovia, ennen tuloilmapäätelaitteiden uudelleen suuntausta. Joidenkin tilojen mittauksien keskiarvo oli hyväksyttävällä tasolla. Mutta minimi ja maksimi tuloksen ero oli suuri, tämän epäillään olevan syy käyttäjien kokemaan vedon tunteeseen. Uudelleen suuntauksen jälkeen oleskeluvyöhykkeen ilman virtausnopeudet saatiin hyväksyttävälle tasolle. Mittaukset uudelleen suuntauksen jälkeen toistettiin samoissa pisteissä, kuin mittaukset ennen uudelleen suuntausta. Mittaustulokset esitettynä taulukoissa 14 ja 15. Tuloilman lämpötila on mitattu päätelaitteelta ja näin ollen siihen on jo sekoittunut sekundääri-ilmaa huonetilasta. Tuloilman lämpötila on oletettavasti hieman alhaisempi ennen tuloilmapäätelaitetta. 48

55 Taulukko 14. Veto mittaukset. Sekoittava ilmanjako, ennen uudelleen suuntausta 49

56 Taulukko 15. Veto mittaukset. Sekoittava ilmanjako, ennen ja jälkeen päätelaitteiden suuntausta 50

57 7.4 OLOSUHDESEURANTAJÄRJESTELMÄ Mittaustulokset Wessmanninmäen päiväkoti Sisäilman olosuhteet pysyivät hyvällä tasolla ilmanvaihdon ollessa automaattikäytöllä tai täydellä teholla. Ainoastaan rakennuksen paine-erot ulko- ja sisäilman välillä vaihtelivat automaattikäytöllä, jonkin verran enemmän kuin täydellä teholla, kuvat 28 ja 29. Kuva 28. Paine-eroseuranta Tarpeenmukaisella ohjauksella. 51

58 Kuva 29. Paine-eroseuranta Täydellä teholla Mittaustulokset Keltinmäen päiväkoti Sisäilman olosuhteet pysyivät hyvällä tasolla ilmanvaihdon ollessa automaattikäytöllä tai täydellä teholla. Ainoastaan rakennuksen paine-erot ulko- ja sisäilman välillä vaihtelivat automaattikäytöllä ja täydellä teholla voimakkaasti yli- ja alipaineen välillä, kuvat 30 ja

59 Kuva 30. Paine-eroseuranta Tarpeenmukaisella ohjauksella. Kuva 31. Paine-eroseuranta Täydellä teholla. TK03/PK03 sekä TK04/PK04 kokonaisilmamäärä trendiä seuratessa näyttäisi siltä, että tuloilmapuhaltimen ilmamäärän laskiessa, poistoilmapuhaltimen ilmamäärä nousee. Samoin näyttäisi siltä, että tuloilmapuhaltimen nostaessa ilmamäärää, pois- 53

60 toilmapuhallin lähtisi laskemaan ilmamäärää tai ei reagoi mitenkään tuloilmapuhaltimen muutoksiin. Ilmanvaihtokoneiden kokonaisilmamäärä trendit ovat esitettynä kuvissa 32, 33, 34 ja 35. Tämä havainto saattaisi selittää rakennuksen rajutkin paineero vaihtelut ulko- ja sisäilman välillä. Puhaltimien toiminta tulisi tarkistaa mahdollisimman pikaisesti. Kuva 32. TK03/PK03 kokonaisilmamäärä trendi Kuva 33. TK03/PK03 kokonaisilmamäärä trendi

61 Kuva 34. TK04/PK04 kokonaisilmamäärä trendi Kuva 35. TK04/PK04 kokonaisilmamäärä trendi

62 7.5 ILMAMÄÄRÄMITTAUKSET JA HETKELLISET PAINE-EROMIT- TAUKSET ULKO- JA SISÄILMAN VÄLILLÄ Ilmamäärämittaukset ja paine-erot Wessmanninmäen päiväkoti Ilmamäärät mitattiin kolmella eri mittausmenetelmällä kahdeksasta eri tilasta. Hetkellisen paine-eromittauksen tulos on 30 sekunnin mittausjakson keskiarvo. Ilmavirtasäätimeltä ja päätelaitteelta mitattuna kokonaisilmamäärät olivat lähellä toisiaan 100% ja 30% tehoilla, 50% teholla eroa ilmamäärien osalta syntyi enemmän. Tilakohtaisesti ilmamäärät mittausmenetelmien välillä eivät kuitenkaan täsmänneet keskenään. Kanavasta mitattuna kokonaisilmamäärä oli suurempi kuin ilmavirtasäätimeltä tai päätelaitteelta mitattuna 100% ja 30% tehoilla. 50% teholla kanavasta mitattu ilmamäärä oli hieman päätelaitteelta mitattua ilmamäärää pienempi, kuitenkin suurempi kuin ilmavirtasäätimeltä mitattu arvo. Kokonaisilmamäärät ovat esitettyinä taulukoissa 16, 17 ja 18. Mittauspiste/käyntiarvo Mitattu l/s Suunniteltu l/s EMAS 100% EMAE 100% Päätelaite 100% Kanavamittaus 100% Kanavamittaus 100% Taulukko 16. Wessmanninmäen päiväkodin kokonaisilmamäärät 100% teholla. 56

63 Mittauspiste/käyntiarvo Mitattu l/s Suunniteltu l/s EMAS 50% EMAE 50% Päätelaite 50% Kanavamittaus 50% Kanavamittaus 50% Taulukko 17. Wessmanninmäen päiväkodin kokonaisilmamäärät 50% teholla. Mittauspiste/käyntiarvo Mitattu l/s Suunniteltu l/s EMAS 30% EMAE 30% Päätelaite 30% Kanavamittaus 30% Kanavamittaus 30% Taulukko 18. Wessmanninmäen päiväkodin kokonaisilmamäärät 30% teholla. Hetkellisten paine-eromittausten tarkoituksena oli tarkastella ilmavirtasäätimien toimintaa. Seuraamalla paine-eroa ulko- ja sisäilman välillä arvioitiin pysyvätkö ilmavirtasäätimet tasapainossa keskenään kaikilla kolmella mitatulla teholla. Periaatteessa rakennuksen tulisi olla lähellä tasapainoa tilanteessa, jossa ilmanvaihtokoneet ovat sammutettuna, lukuun ottamatta tarkasteltavaa konetta. Koska rakennus on yhdessä tasossa. Toki ulko- ja sisäilman olosuhteet vaikuttavat suuresti mitattaviin paine-eroihin ulko- ja sisäilman välillä. Tarkasteltavassa ilmanvaihtokoneessa on suunniteltu -10l/s enemmän poistoa kuin tuloa. Pelkästään tarkasteltavan ilmanvaihtokoneen ollessa käynnissä, 50%:n ja 30%:n tehoilla rakennus oli lähellä tasapainoa muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta. 100%:n teholla rakennus oli hieman yli- tai alipaineisempi, kuin muilla tehoilla. Mittaustulokset esitettynä taulukossa

64 Taulukko 19. Hetkelliset paine-erot ulko- ja sisäilman välillä. Mustalla ilmanvaihto käy normaalisti, punaisella vain tarkasteltava ilmanvaihtokone on käynnissä Ilmamäärämittaukset ja paine-erot Keltinmäen päiväkoti Ilmamäärät mitattiin kolmella eri mittausmenetelmällä kahdeksasta eri tilasta. Hetkellisen paine-eromittauksen tulos on 30 sekunnin mittausjakson keskiarvo. Ilmavirtasäätimet näyttivät käytännössä aina haluttua suunniteltua ilmamäärää kaikilla mitatuilla tehoilla. Kaikilla tehoilla tulo- ja poistoilmasta mitattu kokonaisilmamäärä päätelaite- ja kanavamittauksissa oli suurempi kuin ilmavirtasäätimen ilmoittama arvo. Mittausmenetelmien välillä syntyi eroa mitattujen ilmamäärien osalta. Päätelaitteelta mitattaessa poistoa oli aina enemmän kuin tuloa. Kanavamittauksissa mitatut ilmamäärät olivat suunniteltuja ilmamääriä suuremmat, kuitenkin tulo- ja poistoilmamäärät olivat lähellä tasapainoa kaikilla mitatuilla tehoilla. Tarkasteltava ilmanvaihtokone oli kokonaisilmamääriltään suunniteltu tasapainoiseksi ilmamäärien osalta. Kokonaisilmamäärät ovat esitettyinä taulukoissa 20, 21 ja

65 Mittauspiste/käyntiarvo Mitattu l/s Suunniteltu l/s ADAPT Damper 100% ADAPT Damper 100% Päätelaite 100% Päätelaite 100% Kanavamittaus 100% Kanavamittaus 100% Taulukko 20. Keltinmäen päiväkodin kokonaisilmamäärä mittaukset 100%:n teholla. Mittauspiste/käyntiarvo Mitattu l/s Suunniteltu l/s ADAPT Damper 50% ADAPT Damper 50% Päätelaite 50% Päätelaite 50% Kanavamittaus 50% Kanavamittaus 50% Taulukko 21. Keltinmäen päiväkodin kokonaisilmamäärä mittaukset 50%:n teholla. Mittauspiste/käyntiarvo Mitattu l/s Suunniteltu l/s ADAPT Damper 25% ADAPT Damper 25% Kanavamittaus 25% Kanavamittaus 25% Taulukko 22. Keltinmäen päiväkoti kokonaisilmamäärä mittaukset 25%:n teholla. 59

66 Hetkellisten paine-eromittausten tarkoituksena oli tarkastella ilmavirtasäätimien toimintaa. Seuraamalla paine-eroa ulko- ja sisäilman välillä arvioitiin pysyvätkö ilmavirtasäätimet tasapainossa keskenään kaikilla kolmella mitatulla teholla. Periaatteessa rakennuksen tulisi olla lähellä tasapainoa tilanteessa, jossa ilmanvaihtokoneet ovat sammutettuna, lukuun ottamatta tarkasteltavaa konetta. Koska rakennus on yhdessä tasossa. Toki ulko- ja sisäilman olosuhteet vaikuttavat suuresti mitattaviin paine-eroihin ulko- ja sisäilman välillä. Pelkästään tarkasteltavan ilmanvaihtokoneen ollessa käynnissä painesuhteet heittelivät yli- ja alipaineen molemmin puolin voimakkaammin kuin Wessmanninmäen päiväkodilla. Mittaustulokset esitettynä taulukossa 23. Taulukko 23. Hetkelliset paine-erot ulko- ja sisäilman välillä. Mustalla ilmanvaihto käy normaalisti, punaisella vain tarkasteltava ilmanvaihtokone on käynnissä. 7.6 SAVUVISUALISOINNIT JA KUVAUS Merkkisavun avulla kyettiin tarkastelemaan tehokkaasti ja luotettavasti ilman liikettä oleskeluvyöhykkeellä ennen ja jälkeen tuloilmapäätelaitteiden uudelleen suuntausta. Havaintojen perusteella tuloilmapäätelaitteiden suuntaaminen onnistui hyvin. 60

67 Kuvaamalla merkkisavututkimukset, voitiin tarkastella suuntauksien onnistumista jälkikäteen ja video materiaalia voi käyttää osana raportointia. 8. Johtopäätökset 8.1 WESSMANNINMÄEN PÄIVÄKOTI Ilmanvaihtojärjestelmä toimii tarkasteltujen tilojen osalta pääosin suunnitellulla tavalla. Paine-eromittauksissa ulko- ja sisäilman välillä havaittiin, jonkin verran huojuntaa täydellä teholla ja automaatti käytöllä, niin hetkellisissä kuin erillisten pidempiaikaisten seurantajaksojen aikana. Jonkinlainen huojunta paine-eroissa tarpeenmukaisessa ilmanvaihtojärjestelmässä on kuitenkin tavallaan järjestelmän ominaisuus. Ilmavirtasäätimien ajaessa haluttuun toimintapisteeseen tilojen käyttöasteen ja kuormituksen mukaan. Saattavat painesuhteet vaihdella ainakin hetkellisesti. Tarkastelujakson välisenä aikana rakennus oli hetkellisesti muita mittausjaksoja alipaineisempi. Syy tähän ei selvinnyt. Sisäilman olosuhteet pysyivät hyvällä tasolla kummallakin käyttö tavalla olosuhdeseurantajaksojen aikana. TVOC-pitoisuus nousi hetkittäin päivällä 2000ppm:n. Kuitenkin pitoisuudet laskivat yöaikaan lähelle tasoa 450ppm. Joten pitoisuuksien nousun voidaan olettaa johtuvan tilojen käyttäjistä. Kohteessa oli lepo-, leikki- ja ryhmätiloissa syrjäyttävä ilmanjako. Ruokalassa ja salissa oli sekoittava ilmanjako. Syrjäyttävä ilmanjako levitti tuloilman tiloihin vedottomasti ja tehokkaasti. Ilman liikenopeudet pysyivät matalina jopa 1.5m:n etäisyydellä tuloilmapäätelaitteesta. Lämpönukella tehdyt mittaukset osoittavat, että tiloissa, joissa oli käytössä syrjäyttävä ilmanjako toimivat lämpötuntemuksenkin kannalta moitteettomasti. Ruokalan ja salin ilman liikenopeus oleskeluvyöhykkeellä saatiin hyvälle tasolle suuntaamalla tuloilmapäätelaitteet uudelleen. Tuloilmapäätelaitteet 61

68 uudelleen suuntaamalla pystyttiin oleskeluvyöhykkeen olosuhteita parantamaan merkittävästi. Korkeissa tiloissa kuten Wessmanninmäen päiväkodin ruokalassa ja salissa päätelaitteita suunnattaessa tulee ottaa huomioon, että raikas tuloilma saadaan tulemaan alas oleskeluvyöhykkeelle kaikkina vuodenaikoina tehokkaasti. Merkkiainemittaukset ja savuvisualisoinnit osoittivat kuinka tärkeää on suunnitella tilojen kalustamista ilmanjakotavan perusteella. Tilassa 163 Lepohuone hoitajan tuoli oli sijoitettuna aivan tuloilmapäätelaitteen viereen. Tämä esti tuloilman suunnitellun suoran kulkeutumisen lasten sängyille huoneen nurkassa. Tästä mittauspisteestä mitattiin korkein ilman ikä tilassa, vaikka mittauspiste oli lähinnä tuloilmapäätelaitetta. Ilmamäärien mittauspöytäkirjojen mukaan rakennus on suunniteltu kokonaisilmamäärien osalta siten, että poistoa olisi 17 l/s enemmän kuin tuloa. Pöytäkirjojen mukaan rakennuksessa on kuitenkin tällä hetkellä 152 l/s enemmän poistoa kuin tuloa. Tämä voi osittain selittää joidenkin mitattujen tilojen alipaineisuuden ulkoilmaan nähden. Hetkellisten paine-eromittausten perusteella näyttäisi siltä, että ilmavirtasäätimet pysyvät keskenään paremmin tasapainossa 50% ja 30% tehoilla kuin 100% teholla. 8.2 KELTINMÄEN PÄIVÄKOTI Keltinmäen päiväkodilla paine-erot vaihtelivat hyvinkin rajusti yli- ja alipaineen välillä. TK03/PK03 sekä TK04/PK04 kokonaisilmamäärä trendiä seuratessa näyttäisi siltä, että tuloilmapuhaltimen ilmamäärän laskiessa, poistoilmapuhaltimen ilmamäärä nousee. Samoin näyttäisi siltä, että tuloilmapuhaltimen nostaessa ilmamäärää, poistoilmapuhallin lähtisi laskemaan ilmamäärää tai ei reagoi mitenkään tuloilmapuhaltimen muutoksiin. Tämä havainto saattaisi selittää rakennuksen rajutkin paine- 62

69 ero vaihtelut ulko- ja sisäilman välillä. Puhaltimien toiminta tulisi tarkistaa mahdollisimman pikaisesti. Sisäilman olosuhteet pysyivät hyvällä tasolla kaikissa käyttötilanteissa Keltinmäen päiväkodilla. TVOC-pitoisuudet nousivat samalla tapaa päivällä 2000ppm:n, kuin Wessmanninmäen päiväkodilla. Pitoisuudet kuitenkin laskivat yöaikaan lähelle tasoa 450ppm. TVOC-pitoisuuksien nousun voidaan siis olettaa johtuneen tilojen käyttäjistä, samalla tapaa kuin Wessmanninmäen päiväkodilla. Ilman liikenopeudet oleskeluvyöhykkeellä saatiin varsin hyvälle tasolle, suuntaamalla tuloilmapäätelaitteet uudelleen. Joitakin kompromisseja kuitenkin jouduttiin tekemään ilmanjaon osalta. Päätelaitteita ei kyetty suuntaamaan kaikissa tiloissa täysin vedottomiksi. Päätelaitteiden valinta ja sijoittelu yhdessä tilojen erilaisten muotojen ja käyttötarkoitusten kanssa ei mahdollistanut aivan optimaalista suuntausta tilojen käyttöön nähden. Lämpöolot saatiin nostettua paremmalle tasolle päätelaitteiden suuntauksien jälkeen. Lämpönukella tehtyjen mittausten jälkeen voitiin todeta olosuhteiden muuttuneen huomattavan paljon lähtötilanteeseen nähden. Alussa 1005 lepohuoneessa matalimmat ekvivalentti lämpötilat olivat tasolla C. Muutoksien jälkeen lämpötilat saatiin nostettua tasolle C. Tämä osoittaa sen kuinka tärkeää on hallita ilman liikettä ja ilmasuihkuja tiloissa. Tuloilmapäätelaitteiden heittokuvioita muuttamalla pystytään tekemään suuria muutoksia käyttäjien viihtyvyydelle tiloissa. Suunnattavat tuloilmalaitteet mahdollistavat tilojen käyttötarkoituksen tai kalustuksen muuttuessa päätelaitteiden uudelleen suuntauksen. Tämä tulee ottaa huomioon tiloja suunniteltaessa, näin voidaan edesauttaa käyttäjien viihtyvyyttä tiloissa tulevaisuudessakin. 63

70 Merkkiainemittausten perusteella voidaan todeta, että ilman ikä oli oleskeluvyöhykkeen mittauspisteissä lähellä poistoilman ikää eli ilmanjako toimi sekoittavana. Ilmanvaihdon hyötysuhde oli lähellä 50% arvoa, joka vastaa täydellisen sekoittumisen hyötysuhdetta. 8.3 LOPPUYHTEENVETO Päiväkotimaailmassa oleskeluvyöhykkeen määrittäminen on hankalaa, sillä tilat saattavat olla, niin leikki, lepo- tai ryhmähuoneita. Käyttötarkoitus voi muuttua monta kertaa päivässä. Tämä tulisi aina ottaa huomioon suunnitellessa tällaisia tiloja, näin palveltaisiin loppukäyttäjää paremmin ja voitaisiin mahdollisesti vähentää vedon tunteesta syntyviä valituksia. Sekoittavalla ilmanjakotavalla toteutetuissa kohteissa kalusteiden sijoittelulla ei ole yhtä suurta merkitystä ilman tehokkaan sekoittumisen kannalta, kuin syrjäyttävällä ilmanjakotavalla. Syrjäyttävä ilmanjako on hankala joustavissa tilaratkaisuissa, koska päätelaitteet tulisi olla sijoitettu toimintaan nähden oikein. Sama pätee sekoittavassakin ilmanjaossa, mutta jos sekoittava ilmanjako on suunniteltu lohkoajatuksella sekä suunnattavilla päätelaitteilla. Silloin tilanteen muuttuessa voidaan tehdä muutoksia ilmanjakoon. Esimerkiksi koulumaailmassa pyritään nykyään suunnittelemaan monikäyttötiloja, joissa tilan koko voi vaihdella siirtoseinillä yms neliöön. Kalustus voi vaihdella oleellisesti. Perinteistä pulpetti/penkki yhdistelmää ei välttämättä ole, vaan amerikkalaistyylinen penkki/kiinteä kirjoitusalusta penkissä, jolloin väkimääräkin voi vaihdella esim henkilön välillä. CFD-sisäilman virtaussimuloinnilla (Computational fluid dynamics) voidaan tarkastella sisäympäristön olosuhteisiin merkittävästi vaikuttavien tekijöiden kuten tuloilmasuihkujen, erilaisten kuormien ja rakenteiden yhteisvaikutusta. Simulointi mahdollistaa erilaisten suunnittelu ratkaisujen tarkastelun vaativissa kohteissa, joissa sisäympäristön laatu vaatimukset ovat korkeat. CFD:llä voidaan vertailla erilaisia ilmanjako 64

71 ratkaisuja, kuormia ja rakenteita, tarkastella sisäympäristön olosuhteista, viihtyvyyttä ja ilman laatua. Sekä havainnollistaa erilaisilla suunnitteluratkaisuilla saavutettuja etuja ja olosuhteita (Sandberg 2014). Virtaussimuloinnin avulla voitaisiin mahdollisesti havaita joitakin sisäilman olosuhteisiin vaikuttavia epäkohtia suunnitteluratkaisussa. Nämä tulisi huomioida suunnittelussa, ennen kuin suunnitelmaa lähdetään toteuttamaan kentällä käytännössä. Tällöin mahdolliset muutokset suunnitelmiin olisi vielä mahdollisuus toteuttaa. Ilman iän mittauksia tehdessä tulee ottaa huomioon, että ilman iän jakaumaan tilassa vaikuttavat monet tekijät kuten lämmönlähteiden aiheuttamat virtaukset, tilan kalustus, ilmanjakotapa, tuloilman virtauskuvio, tuloilman ja huoneilman lämpötilaero. Merkkisavujen avulla on helppoa tarkastella tuloilmapäätelaitteiden suuntauksien vaikutusta ilmanjaon toimintaan. Savujen avulla voidaan säätää heittokuviot tiloihin ja käyttäjille sopiviksi kohtuullisen helpolla. Savutusten kuvaaminen on hyvä tapa havainnollistaa asiakkaille/käyttäjille kuinka suuri merkitys päätelaitteiden suuntauksella on tilan ilmanjaon kannalta. Ilmamäärämittauksia tehdessä tulee ottaa huomioon mahdolliset mittausvirheitä aiheuttavat tekijät. Eri mittausmenetelmien välillä syntyy eroja, joilla voi olla suuri vaikutus rakennuksen sekä ilmanvaihtojärjestelmän toimivuuteen ja toimintaan. Wessmanninmäen päiväkodilla sisäilman olosuhteet, painesuhteet ulko- ja sisäilman välillä pysyivät tehtyjen mittauksien perusteella kohtuullisen hyvällä tasolla kaikissa tarkastelluissa tilanteissa. Kohteen lämpöolosuhteet näyttäisivät olevan tasaiset eikä vedon tunnetta käyttäjien mielestä esiinny. Käyttäjiä haastateltiin suullisesti kiinteistö käyntien yhteydessä ja kaikilla käynti kerroilla käyttäjät olivat pääosin tyytyväisiä olosuhteisiin rakennuksessa. Voidaan todeta, että tässä kohteessa on onnistuttu luomaan käyttäjille toimintaa vastaavat tilat ja olosuhteet. 65

72 Keltinmäen päiväkodilla ilmanvaihtojärjestelmän toimintaa tulisi vielä selvittää painesuhteiden ja mahdollisesti lämmitysjärjestelmän osalta. Niin kuin aikaisemminkin on todettu, niin TK03/PK03 ja TK04/PK04 toiminta tulisi tarkastaa. Näiden kahden koneikon mahdollinen toiminta saattaa aiheuttaa paine-ero vaihtelut rakennuksessa. Keltinmäen päiväkodilla on edelleen havaittavissa vedon tunnetta ja epäviihtyvyyttä käyttäjien keskuudessa. Käyttäjiä haastateltiin samalla tapaa suullisesti kiinteistö käyntien yhteydessä kuin Wessmanninmäen päiväkodilla. Olosuhdeseurantajaksojen aikana käyttäjät täyttivät kaavaketta molemmissa päiväkodeissa, johon merkittiin henkilömäärä tilojen käyttö hetkellä. Tämän avulla oli tarkoitus tarkastella henkilömäärien vaikutusta sisäilman olosuhteisiin. Kaavakkeiden täyttö ei kuitenkaan ollut yhdenmukaista sillä henkilökunta, joka täytti kaavakkeita vaihtui jonkin verran. Tämän vuoksi henkilömäärien vaikutusta olosuhteisiin ei voitu tarkastella riittävän luotettavasti ja kaavakkeet päädyttiin jättämään huomiotta tässä työssä. 66

73 Lähdeluettelo D2 Suomen Rakentamismääräyskokoelma. Rakennusten sisäilmasto ja ilmanvaihto, Määräykset ja ohjeet Ympäristöministeriö, Rakennetun ympäristön osasto. Korhonen E Puhtauspalvelut ja työympäristö. Ostettujen siivouspalveluiden laadun mittausmenetelmät ja laatu sekä siivouksen vaikutukset sisäilman laatuun, tilojen käyttäjien kokemaan terveyteen ja työn tehokkuuteen toimistorakennuksissa. ISBN (nid.) Lappalainen S, Reijula K, Tähtinen K, Latvala J, Hongisto V, Holopainen R, Kurttio P, Lahtinen M, Rautiala S, Tuomi T & Valtanen A Ohje työpaikkojen sisäilmastoongelmien selvittämiseen. Työterveyslaitos ISBN (PDF) Sandberg E Ilmastointilaitoksen mitoitus, ilmastointitekniikka osa 1. ISBN Sandberg E Ilmastointilaitoksen mitoitus, ilmastointitekniikka osa 2. ISBN Seppänen O, Fisk WJ, Lei QH. Effect of temperature on task performance in office environment. LBNL 2006:1-11. Seppänen O & Seppänen M Rakennusten sisäilmasto ja LVI-tekniikka. ISBN Siikanen U Rakennusfysiikka, perusteet ja sovelluksia. ISBN

74 Sisäilmastoluokitus Sisäympäristön tavoitearvot, suunnitteluohjeet ja tuotevaatimukset. Rakennustieto Oy. Ratu 437-T Sisäilmauutiset 2016/2017. Indoor air ISSN Sisäilmauutiset 2016/2017. M1-luokitus toimii ja kehittyy. ISSN Sosiaali- ja terveysministeriö Asumisterveysohje. Asuntojen ja muiden oleskelutilojen fysikaaliset, kemialliset ja mikrobiologiset tekijät. Sosiaali- ja terveysministeriön oppaita 2003:1, Helsinki ) Tuomaala P, Nykänen E & Piira K Sisäilmastoseminaari Sisäilmayhdistys ry, Aalto-yliopisto, Energiatekniikanlaitos. SIY raportti 34. ISBN Työterveyslaitos Tavoiteperustelumuistio. Lämpöolot. (Luettu ) Työterveyslaitos Lämpöviihtyvyys (luettu ) 68

75 Liitteet LIITE 1. Sisäilman CO2 ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 1. Sisä- ja ulkoilman RH% ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 69

76 LIITE 1. Sisä- ja ulkoilman lämpötila ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 1. Sisäilman TVOC ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 70

77 LIITE 1. Ulko- ja sisäilman välinen paine-ero ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 2. Sisäilman CO2 ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 71

78 LIITE 2. Sisä- ja ulkoilman RH% ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 2. Sisä- ja ulkoilman lämpötila ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 72

79 LIITE 2. Sisäilman TVOC ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 2. Sisä- ja ulkoilman välinen paine-ero ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 73

80 LIITE 3. Sisäilman CO2 ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 3. Sisä- ja ulkoilman RH% ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 74

81 LIITE 3. Sisä- ja ulkoilman lämpötila ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 3. Sisäilman TVOC ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 75

82 LIITE 3. Sisä- ja ulkoilman välinen paine-ero ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 4. Sisäilman CO2 ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 76

83 LIITE 4. Sisä- ja ulkoilman RH% ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 4. Sisä- ja ulkoilman lämpötila ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 77

84 LIITE 4. Sisäilman TVOC ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 4. Sisä- ja ulkoilman välinen paine-ero ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 78

85 LIITE 5. Koko olosuhdeseurantajakson CO2 trendi kiinteistöautomaatiosta. LIITE 6. Sisäilman CO2 ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 79

86 LIITE 6. Sisä- ja ulkoilman RH% ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 6. Sisä- ja ulkoilman lämpötila ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 80

87 LIITE 6. Sisäilman TVOC ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 6. Sisä- ja ulkoilman välinen paine-ero ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 81

88 LIITE 7. Sisäilman CO2 ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 7. Sisä- ja ulkoilman RH% ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 82

89 LIITE 7. Sisä- ja ulkoilman lämpötila ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 7. Sisäilman TVOC ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 83

90 LIITE 7. Sisä- ja ulkoilman välinen paine-ero ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 8. Sisäilman CO2 ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 84

91 LIITE 8. Sisä- ja ulkoilman RH% ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 8. Sisä- ja ulkoilman lämpötila ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 85

92 LIITE 8. Sisäilman TVOC ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. LIITE 8. Sisä- ja ulkoilman välinen paine-ero ajalla Ilmanvaihto täydellä teholla. 86

93 LIITE 9. Sisäilman CO2 ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 9. Sisä- ja ulkoilman RH% ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 87

94 LIITE 9. Sisä- ja ulkoilman lämpötila ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 9. Sisäilman TVOC ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. 88

95 LIITE 9. Sisä- ja ulkoilman välinen paine-ero ajalla Ilmanvaihto tarpeenmukaisella ohjauksella. LIITE 10. Koko olosuhdeseurantajakson CO2 trendi kiinteistöautomaatiosta tilasta

96 LIITE 11. Wessmanninmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. LIITE 11. Wessmanninmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. 90

97 LIITE 11. Wessmanninmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. LIITE 11. Wessmanninmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. 91

98 LIITE 12. Keltinmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. LIITE 12. Keltinmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. 92

99 LIITE 12. Keltinmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. LIITE 12. Keltinmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. 93

100 LIITE 12. Keltinmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. LIITE 12. Keltinmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. 94

101 LIITE 12. Keltinmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. LIITE 12. Keltinmäen päiväkodin ilmamäärien mittauspöytäkirja. 95