Uusilla suodatusratkaisuilla ilmastointijärjestelmien kyky hallita sisäilman hiukkaspitoisuutta moninkertaiseksi

Transkriptio

1 Uusilla suodatusratkaisuilla ilmastointijärjestelmien kyky hallita sisäilman hiukkaspitoisuutta moninkertaiseksi Sisäilmastoseminaari 2014 Seppo Enbom, Kimmo Heinonen, Tapio Kalliohaka, Matti Lehtimäki, Matti Niemeläinen ja Hannu Salmela, VTT

2 Taustaa ihmiset oleskelevat pääosin sisätiloissa, jolloin myös sisäilman laadun merkitys altistumiselle on useissa tapauksissa suurempi kuin ulkoilman pienhiukkasaltistumista voidaan todennäköisesti alentaa merkittävimmin alentamalla sisäilman hiukkaspitoisuutta nykyisiä sisäilman hiukkaspitoisuuden alennuskeinoja ovat mm: - tuloilman suodatusasteen parantaminen - ilmanvaihdon lisäys - sisäilman puhdistimien käyttö jos rakennuksen ilmanvaihtuvuus on suurehko ja ilmanvaihtojärjestelmä vastaa nykyisiä yleisiä vaatimuksia, on em. keinoilla vaikea saavuttaa oleellista sisäilman hiukkaspitoisuuden alenemista ilman muita haittoja (kustannukset, melu, energiankulutus). 2

3 Esim. Luokkahuoneen sisäilman puhdistaminen ilmapuhdistimilla huonetilavuus 40 m 2, ilmanvaihtuvuus 3 dm 3 /s/m 2 - kokonaisilmavirta 120 dm 3 /s. Täysin sekoittava ilmanjako. Vuotoilmanvaihtoa ei oteta huomioon. 50 % hiukkaspitoisuuden aleneminen saavutetaan ilmanpuhdistimella, jonka tehollinen ilmavirta on 120 dm 3 /s. 80 % alentamistavoite edellyttää 4 ilmanpuhdistimen käyttöä. merkittävä sisäilman hiukkaspitoisuuden alentaminen ilmanpuhdistimilla on haasteellista. Haittoina lisääntyvä melutaso. lämpökuormat ja tilantarve. 3

4 VTT:n puhdas sisäilma konsepti - lähtökohtia nykyisten ilmastointijärjestelmien kyky hallita sisäilman laatua on kehitetty jo lähes sille tasolle, mille nykyisillä käytännöillä voidaan tavanomaisissa tiloissa kohtuudella päästä kustannustehokkaasti. ilmastoinnin merkitys sisäilman laatuun ja rakennusten energian käyttöön on merkittävä. Etenkin energiakysymykset ilmastoinnin osalta tullevat korostumaan, kun rakennusten vaipan energiahäviöt on rajoitettu minimiin. koska puhtaampien sisäympäristöjen tarve on ilmeinen, ideoitiin VTT:llä laite- ja tilaratkaisuja, joiden avulla voidaan sisäilman laatua parantaa huomattavasti kehittämällä perinteisiä IV-järjestelmiä. 4

5 Sisäilman hiukkasuodatus ilmanjakolaitteella (Ilmanjakolaiteratkaisu) Toimintaperiaate Käytännön ratkaisu 5

6 Sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen prototyyppi no 1 (2008) hiukkaset varataan sähköisesti ilmanjakolaitteen otsalevyn alapuolella yksikärkisellä koronavaraajalla otsalevyn läpi ilmanjakolaitteen sisään menevästä ilmasta hiukkaset kerätään säkösuodatinkennolla (Elektrolux) ilmanjakolaitteena kaupallinen tuote (Swegon Parasol) aktiivinen jäähdytyspalkki Sisäilmastoseminaari

7 Esimerkki koehuoneen hiukkaspitoisuusmittauksista (proto1). Tuloilmavirta 10 dm 3 /s tehollinen ilmavirta 30 dm 3 /s. Hiukkaspitoisuuden aleneminen 75 %. Relative concentration, % Negative corona 5 kv Filtration Positive corona 5 kv 10:00 14:00 18:00 22:00 2:00 6:00 10:00 14:00 18:00 22:00 2:00 6:00 10:00 Time 7

8 Sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen prototyyppi no. 2 (2012) (luokka-, hotelli- ja potilashuone) Peruslaitteena Halton CHH aktiivinen jäähdytyspalkki - Laboratoriokokeissa ilmanjakolaitteen ensiöilmavirta oli 30 dm 3 /s. - Kun ilmanjakolaitteessa oli jäähdytysvarustus, puhtaan ilman tuotto (tehollinen ilmavirta) oli 86 dm 3 /s (sisäilman hiukkaspitoisuuden aleneminen 74 %) ja jäähdytys-patterin poiston jälkeen 102 dm 3 /s (sisäilman hiukkaspitoisuuden aleneminen 77 %). - Em. Tuloksissa käytetty proto ei ollut optimaalinen, joten hyvällä syyllä voidaan olettaa, että ko. tekniikalla voidaan sisäilman hiukkaspitoisuutta alentaa 80 % Toimintaperiaate (Halton esite) Sisäilmastoseminaari 2014 Laboratorioproto (ylösalaisin) 8

9 Sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen prototyyppi no. 3 (2013) (toimistohuonesovellutus) peruslaite Swegon Parasol ilmanjakolaite (ei jäähdytyspatteria). Suodatusosa Elextrolux ja jännitelähde modifioitu Elixair painehäviörajoite (max. n. 70 Pa) ja ulkonäköseikat rajoittivat laitevalintaa ensiöilmavirralla 33.6 dm 3 /s tehollinen ilmavirta oli dm 3 /s ja ensiöilmavirralla 18.5 dm 3 /s dm 3 /s sisäilman hiukkaspitoisuuden alenemisodote % Sisäilmaa puhdistava ilmanjakolaite käyttökohteessa Sisäilmastoseminaari

10 IV koneen suodatusasteen parantaminen (IV koneratkaisu) Suodattimena elektreettikuitusuodattimen ja aktiivihiilisuodattimen yhdistelmä. Tehoaa hiukkasten ohella myös otsoniin. 10

11 Tilaratkaisuna esim. puhtaan sisäilman toimisto-osasto Puhtaan sisäilman tilat Tarvittava tekniikka 11

12 Puhtaan sisäilman luokkahuone - ilmanjakolaiteratkaisu 12

13 IV konseptin vaikutus toimistohuoneen hiukkaspitoisuuteen Suhteellinen hiukkaspitoisuus, 0,3-0,5 µm 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 "Normaali huone" Sisäilma Sisäänpuhallusilma IV -koneelta tuleva ilma IV-koneen hiukkasvaraaja päällä Ilmanjakolaitteen suodatin päällä 0,0 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 Kellonaika 13

14 IV konseptin vaikutus hiukkaspitoisuuteen Tilanne 1 normaali tsto. Tilanne 2 sisäilmaa puhdistava ilmanjakolaite. Tilanne 3 sisäilmaa puhdistava ilmanjakolaite + iv-koneella elektreettisuodatin + hiukkasvaraaja. Tilanne 3 Tilanne 2 IV-koneelta tuleva ilma Sisäänpuhallusilma Sisäilma Tilanne 1 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Suhteellinen hiukkaspitoisuus (hiukkaskoko 0,3-0,5 µm) 14

15 Yhteenveto - johtopäätökset sisäilman pienhiukkaspitoisuuden oleellinen alentaminen on teknisesti mahdollista lisäämättä ilmanvaihtojärjestelmän kokoa, ilmavirtaa, melutasoa ja merkittävästi energiankulutusta. merkittävin energiankulutuksen nousu aiheutuu tuloilmakanavapaineen nostosta (50 80 Pa). Aina paineen nosto ei lisää energiankulutusta (kuristuspellin avaus). Tutkimatta on sisäilman hiukkaspitoisuuden alentamisen vaikutus koettuun sisäilman laatuun ja oireiluun. Sisäilman laadun osalta lisävalaistusta etsitään TSR:n rahoittamassa hankkeessa Sisäilmahaittojen vähentäminen toimisto- kouluyms. rakennuksissa alentamalla oleellisesti sisäilman hiukkaspitoisuutta. 15

16 KIITOS