SUOJAVYÖHYKEILMANVAIHTO ESTÄMÄÄN EPÄPUHTAUKSIEN LEVIÄMISTÄ SISÄTILOISSA Guangyu Cao 1, Jorma Heikkinen 2, Simo Kilpeläinen 3, Kai Sirén 3 1 Department of Energy and Process Engineering, Norwegian University of Science and Technology, Norway, Email: guangyu.cao@ntnu.no 2 Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy 3 Aalto-yliopisto, Insinööritieteiden korkeakoulu Sisäilmastoseminaari 2015, Helsinki, 11.03.2015 Norwegian University of Science and Technology
KIITOKSET Kirjoittajat kiittävät VTTtä ja Suomen Akatemiaa tutkimuksen tuesta ja rahoituksesta (POWER-PAD NO. 259678). Lisäksi kiitämme Aalborgin yliopistoa ja Texasin yliopistoa tutkimustuesta ja yhteistyöstä. Norwegian University of Science and Technology 2
Johdanto Maailmanlaajuisia hengityselinsairausepidemioita puhkeaa nykyään usein, esim. tuhkarokko (1985), tuberkuloosi (1990), SARS (2003) ja H1N1 (2009). Flunssavirukset leviävät pääasiassa ihmisestä toiseen aivastelun kautta julkisissa tiloissa, joissa käytetään erilaisia perinteisiä ilmanvaihtomenetelmiä. Nykyisten ilmanvaihtojärjestelmien suunnittelussa ei ole otettu huomioon erityisesti sitä, että ilman välityksellä tarttuu tauteja ihmisestä toiseen. Norwegian University of Science and Technology 3
Tavoite Tämän tutkimuksen tavoitteena on esittää kuinka ilmaverhoilla toteutettu suojavyöhykeilmanvaihto (protected zone ventilation, PZV, tai protected occupied zone ventilation, POV) estää sisätilojen epäpuhtauksia liikkumasta vyöhykkeeltä toiseen. Norwegian University of Science and Technology 4
Case study 1 POV/PZV against gaseous pollutants Sketch of measurement set-up of POV/PZV with the location of exhaust and diffuser Tapauksessa kaasumainen epäpuhtaus on passiivinen ja sijaitsee vyöhykkeen 2 keskellä Norwegian University of Science and Technology 5
The protection efficiency The protection efficiency (PE) of POV/PZV (Cao et al. 2013) η = 1 c 1 c 2 100% Norwegian University of Science and Technology 6
Savuhavainnot (1) Photos of air jet development using smoke (supply air velocity 1.75 m/s), (a) front view, (b) side view. Norwegian University of Science and Technology 7
Savuhavainnot (2) Smoke visualization: downward plane jet seperated the source zone from the target zone Norwegian University of Science and Technology 8
CO 2 -pitoisuus kun päästölähde on passiivinen Kuvassa on poistoilmasta mitatut CO 2 -pitoisuudet kummallakin puolella huonetta kahdella eri suihkun puhallusnopeudella. Pienimmillään pitoisuus puhtaalla vyöhykkeellä on puolet likaisen puolen pitoisuudesta. Norwegian University of Science and Technology 9
PE as a function of supply air velocity Norwegian University of Science and Technology 10
Case study 2 POV/PZV against breathing - kaasumainen epäpuhtaus tulee jaksollisesti hengittävän mallinuken suusta (Cao et al. 2014, Indoor Air) (Kupta et al. 2009, Indoor Air) Norwegian University of Science and Technology 11
Savuhavainnot (3) Hengityksen mukana tulevan savun visualisointi a) ilman ilmaverhosuihkua, b) kun suihkun lähtönopeus on 2,2 m/s, c) kun suihkun lähtönopeus on 3,0 m/s. Norwegian University of Science and Technology 12
Savuhavainnot (4) Smoke visualization: Direct exposure and indirect exposure Downward jet velocity is 1.8 m/s Downward jet velocity is 2.2 m/s Downward jet velocity is 1.8 m/s Downward jet velocity is 2.2 m/s Norwegian University of Science and Technology 13
Altistuminen toisen hengitysilmalle Comparison of the c exp /c R values obtained using different ventilation methods Kuva esittää hengitysilmalle altistumisindeksiä (PEI personal exposure index, C exposed / C Return ) erilaisilla ilmanjakomenetelmillä. Kun kaksi nukkea seisoo 0,35 m etäisyydellä, PEI voi olla yli kymmenen kun käytetään alaspäin suunnattua ilmanvaihtoa (DWF) tai syrjäytysilmanvaihtoa (DV). Käyttämällä PZVilmanvaihtoa, PEI-arvo voi olla tästä vain kahdeskymmenesosa. Norwegian University of Science and Technology 14
Airflow velocity close to the two BTMs (a) Velocities above the manikin for a distance of 0.35 m between two manikins and (b) The downward plane jet from the jet diffuser, and the upward thermal plume, visualized for Case d when the supply airflow velocity was 3.0 m/s Norwegian University of Science and Technology 15
Case study 3 POV/PZV against coughing Tapauksessa mallinukke yskii ja tuottaa pisaroita Norwegian University of Science and Technology 16
Savuhavainnot (5) Smoke visualization of a cough jet under different ventilation patterns (Liu et al. 2014 Indoor Air Conference) Savuhavainnot yskäisykokeissa kun ilmavaihtoa ei ole, kun käytetään sekoittavaa ilmanvaihtoa ja kun käytetään POV-ilmanvaihtoa. Norwegian University of Science and Technology 17
Hiukkaspitoisuus yskäisyssä Normalized concentration of coughed particles (0.77 μm) in the breathing zone (Liu et al. 2014 Indoor Air Conference) Kuvassa on yskäisyn jälkeinen partikkelipitoisuus hengitysvyöhykkeellä kun käytetään sekoitusilmanvaihtoa tai PZV-ilmanvaihtoa. Sekoitusilmanvaihdolla (MV) pitoisuus hengitysilmassa on 5 tai jopa 20 kertaa suurempi kuin PZV-ilmanvaihdolla. Norwegian University of Science and Technology 18
YHTEENVETO Tavanomaiset ilmanjakojärjestelmät eivät anna riittävää suojaa ilman välityksellä tarttuville epidemioille. POV/PZV-järjestelmän ilmasuihku pystyy jakamaan huoneen kahteen alueeseen, joilla on erilaiset epäpuhtauspitoisuudet. Parhaimmillaan mitattu pitoisuus puhtaalla puolella huonetta oli noin puolet likaisemman puolen pitoisuudesta. Suojavyöhykeilmanvaihto (PZV) voi parantaa merkittävästi suojaustehokkuutta yleisissä tiloissa, joissa altistuminen voi tapahtua henkilöstä toiseen. Norwegian University of Science and Technology 19