IV-KANAVIEN PUHDISTUSMENETELMIEN VERTAILUTUTKIMUS Rauno Holopainen 1, Vesa Asikainen 2, Pertti Pasanen 2, Olli Seppänen 1 1 Teknillinen korkeakoulu, LVI-laboratorio 2 Kuopion Yliopisto, Ympäristötieteiden laitos Tiivistelmä Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää tekijät, jotka varmistavat hyvän ja laadukkaan ilmanvaihtokanavan puhdistuksen lopputuloksen. Kanaviston puhdistusmenetelmiä, niiden tehokkuutta ja puhdistustyötä tutkittiin laboratorio- ja kenttäolosuhteissa. Tutkittavat puhdistusmenetelmät olivat mekaaninen harjaus ja paineilmapuhdistus. Laboratoriossa puhdistusmenetelmien tehokkuutta testattiin testipölyllä ja työmaalla likaantuneiden kanavien puhdistukseen. Testissä olleet kanavat olivat öljyjäämiä ja öljyttömällä valmistustekniikalla tehtyjä kierresaumattuja kanavia sekä muovikanava. Kenttätestissä puhdistusmenetelmiä testattiin viidessä valmistumisvaiheessa olevassa rakennuskohteessa, joiden kanavat olivat asennettu puhtausluokan P1 mukaisesti (Sisäilmastoluokitus 2000). Kanavien alapuolisen pinnan pölykertymä mitattiin suodatinkeräysmenetelmällä ennen puhdistusta ja puhdistuksen jälkeen. Pölykertymän mittauksen lisäksi kanavien puhtaus arvioitiin silmämääräisesti. Mekaaninen harjaus oli tehokas puhdistusmenetelmä ja sillä saavutettiin puhtain lopputulos metallikanavien puhdistuksessa. Paineilmapuhdistus oli tehokas erityisesti muovikanavien puhdistuksessa, mutta menetelmä oli mekaanista harjauspuhdistusta hitaampi ja äänekkäämpi. Puhdistuksen jälkeinen kanavien alapuolisten pintojen keskimääräinen pölykertymä (0,5 g/m 2 ) alitti puhtausluokan P1 pölykertymän raja-arvon. Puhdistuksen jälkeen runsaasti öljyjäämiä sisältävä P2-luokan kierresaumakanava oli silmämääräisesti arvioituna huomattavasti likaisempi kuin P1-luokan kierresaumakanava ja muovikanava. Puhtaan lopputuloksen varmistamiseksi puhdistettava kanavan osa on puhdistuksen aikana oltava silmämääräisesti nähtävissä. Kanavan pinnan puhdistus tulee toistaa kunnes kanavan harmaus (väri) ei muutu. Kanavien mutkat ja komponentit pitää olla joko irrotettavissa tai puhdistettavissa molemmista komponentin suunnista. Epäpuhtauksien kuljetusnopeus puhdistettavassa kanavan osassa tulee olla >10 m/s. Taustaa Vanhojen kierresaumattujen kanavien sisäpinnalla olevat öljyjäämiä toimivat hyvänä tartuntaalustana hiukkasmaisille epäpuhtauksille (Pasanen et al., 1995). Uusien ilmanvaihtojärjestelmien asennuksissa öljyjäämistä aiheutuneet haitat ovat vähäisempiä (Asikainen et al., 2000) ja pintojen puhdistaminen hiukkasmaisista epäpuhtauksista on aikaisempaa helpompaa. Metallikanavien rinnalle on tullut enenevässä määrin muovisia kanavia. Muovikanavien käyttö rajoittuu yhden palo-osaston ilmanvaihtoon. Puhdistuslaitteiden tehokkuutta verrattiin keväällä 2000 tehdyssä PTIV projektin kenttätutkimuksessa (Jalonen, 2000). Tutkimuksessa selvitettiin harjamateriaalin ja harjan pyörimisnopeuden vaikutusta kanaviston puhdistustehokkuuteen. Tutkimus tehtiin vastavalmistuneessa P1 luokan toimistorakennuksessa (Sisäilmaluokitus, 1995), jossa tuloilmakanavisto puhdistettiin eri puhdistusmenetelmillä. Tulosten mukaan harjamateriaalilla oli merkittävin vai-
2 kutus puhdistustehokkuuteen. Kanavakokoa reilusti isompi harja antoi puhtaimman lopputuloksen. Puhdistuksen jälkeen kanavien pölykertymä oli yhtä mittauspistettä lukuun ottamatta alle 0,5 g/m 2. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää tekijät, jotka huomioimalla voidaan varmistua uusien ilmanvaihtokanavien puhdistuksen tasokkaasta lopputuloksesta. Kanaviston puhdistustyön suunnittelua ja toteutusta sekä puhdistusmenetelmien tehokkuutta selvitettiin laboratorioja kenttämittaukissa. Tutkimukseen osallistui tutkimuslaitosten lisäksi kanaviston puhdistukseen erikoistuneita yrityksiä. Mittausasetelma ja -menetelmät Laboratorio- ja kenttäkokeissa mukana olleet puhdistusmenetelmät olivat mekaaninen harjaus ja paineilmapuhdistus. Puhdistusmenetelmiä testattiin uusien, suhteellisen tuoretta likaa ja pölyä sisältävien kanavien puhdistukseen. Kanavien puhdistustyön tekivät neljä ilmanvaihtokanaviston puhdistukseen erikoistunutta yritystä. Laboratoriokokeessa (1) tutkittiin puhdistusmenetelmien kykyä irrottaa testipöly kierresaumatun- ja muovikanavan sisäpinnalta. Tutkimukseen valittiin kaksi erityyppistä kierresaumattua kanavaa: P1 luokan kanava, joka oli valmistettu ilman kitkanalennusaineita sekä P2 luokan kanava, jossa kanavan sisäpinnalla oli runsaasti öljyjäämiä johtuen aikaisemmin käytössä olleesta valmistustekniikasta. Tutkimuksessa testatun muovikanavan sisäpinta oli antistaattinen (http://www.sunair.fi/). Laboratoriokokeessa (2) tutkittiin puhdistusmenetelmien kykyä irrottaa epäpuhtaudet rakennustyömaalla likaantuneista P1- ja P2 luokan kanavista. Molemmissa laboratoriokokeessa (1 ja 2) olleet testikanavistot puhdistettiin vain kerran päästä päähän. Kenttäkokeeseen valittiin viisi valmistumisvaiheessa olevaa uudis-, saneeraus- ja laajennuskohdetta, joiden tuloilmakanavat oli asennettu puhtausluokan P1 mukaisesti. Puhdistuskohteista kolme oli koulu- ja kaksi toimistorakennusta. Neljän rakennuksen tuloilmakanavat puhdistettiin mekaanisesti harjaamalla ja yhden laajennuskohteen kanavat osittain (neljä kanavan osaa) paineilmalla. Puhdistusliikkeet valitsivat testatut harjamateriaalit sekä paineilmapuhdistuksessa käytetyt suuttimet siten, että ne olivat sopivat rakennusaikaisen pölyn poistamiseen. Pölykertymän määritys Kanavien alapuolisen pinnan pölykertymä määritettiin suodatinkeräysmenetelmällä (Pasanen et al., 1999) ennen ja jälkeen puhdistuksen. Lisäksi kanavien puhtaus arvioitiin mittausten lisäksi silmämääräisesti ja tulokset kirjattiin systemaattisesti kanaviston puhtaudenarviointilomakkeelle (Holopainen et al., 2002). Laboratoriokokeessa (1), jossa kanavat liattiin testipölyllä, kanavien pölykertymä mitattiin viidestä lähekkäisistä mittauspisteestä. Pölynäytteiden määrä kolmesta eri kanavasta testattua puhdistusmenetelmää kohti oli 30 näytettä (Pölynäytteiden kokonaismäärä 90 näytettä). Laboratoriokokeessa (2), jossa kanavat liattiin rakennustyömaalla, kanavien pölykertymä mitattiin kanavien päistä. Pölynäytteiden määrä kolmesta eri kanavasta testattua puhdistusmenetelmää kohti oli kuusi näytettä (Pölynäytteiden kokonaismäärä 18 näytettä). Kenttäkokeessa tuloilmakanavien pölykertymä mitattiin noin viikko ennen kanavien puhdistusta sekä heti puhdistuksen jälkeen. Pölynäytteet otettiin kanaviston alku-, keski- ja loppuosista ja näytteiden määrä vaihteli kanavien pituudesta riippuen 4 8 näytettä/rakennus. Pölynäytteiden kokonaismäärä oli kolme näytettä suorakaidekanavasta (600 300 mm) ja 29 näytettä pyöreästä kanavasta (200 800 mm).
3 Mittausjärjestely Laboratoriokoe (1) testipölyllä (Holopainen et al. 2001a): Testatun muovikanavan halkaisija oli Ø 125 mm ja (P1- ja P2-luokan) kierresaumattujen kanavien Ø 160 mm. Kanavisto koostui kolmesta suorasta kanavasta, jotka olivat yhdistetty toisiinsa kahdella 90º mutkalla (kuvan 1). Kanaviston kokonaispituus oli noin 7,5 m. Kanavistoon oli tehty kolme puhdistusluukkua pölynäytteiden ottamista varten. Dust generator P Sampling point Opening Fan P Radius of bends 0.22 m (160) and 0.16 m (125) P Air flow meter Kuva 1. Periaatekuva testipölyllä liattujen kanavien laboratoriokoejärjestelystä. Kanavistot liattiin ns. KOLITEST-laitteistolla (Kovanen, 2000). Kanaviston alapuolisen pinnan testipölyn (ASHRAE, 1992) kertymä mitattiin kanavistojen likaamisen ja puhdistuksen jälkeen. Lisäksi puhdistustyöhön kulunut aika mitattiin. Kanaviston puhdistuksen aikana epäpuhtauksia kuljettavan ilman nopeus oli mekaanisessa harjauksessa noin 10 m/s ja paineilmapuhdistuksessa 23 24 m/s. Kuvassa 2 on osa tutkituista harjoista (mekaaninen harjaus 1) sekä paineilmasuuttimet. Kuva 2. Mekaanisessa harjauksessa (1) käytetyt harjat ja paineilmasuuttimet
4 Laboratoriokoe (2) rakennustyömaalla liatuilla kanavilla (Holopainen et al. 2001b): Testatut kanavat olivat puhtausluokan P1- ja P2-luokan kierresaumattuja kanavia (Ø 160 mm). Kanavisto koostui viidestä suorasta kanavasta, jotka olivat yhdistetty toisiinsa 90º mutkilla. Kanaviston kokonaispituus oli noin 20 m. Kanavat olivat 2 3 viikkoa likaantumassa rakennustyömaalla, jonka jälkeen kanavat puhdistettiin. Pölynäytteet otettiin suorien kanavien päistä (6 näytteenottopistettä) ennen ja jälkeen puhdistuksen. Sampling point Fan Air flow meter Length of bend 1 m 6 m Brush Cleaning machine Kuva 2. Periaatekuva rakennustyömaalla likaantuneiden kanavien laboratoriokoejärjestelystä. Kanavien puhdistustekniikka oli sama kuin testipölyllä liatuissa kanavissa. Ainoastaan suorat kanavan osat puhdistettiin. Kanavamutkat irrotettiin puhdistuksen edetessä seuraavaan puhdistettavaan suoraan kanavaan (puhdistusjärjestys alhaalta ylöspäin). Puhtausluokan P2 kanavat puhdistettiin mekaanisesti harjaamalla ja puhtausluokan P1 kanavat paineilmapuhdistuksella. Kenttäkoe (Holopainen et al. 2001b): Kokeeseen valittujen kohteiden tuloilmakanavat olivat asennettu puhtausluokan P1 mukaisesti. Kanavien koko, joista pölyn määrä mitattiin oli Ø 250 500 mm. Puhdistettavien kanavistojen kokonaispituus oli 20 4000 m. Mekaanisessa harjauksessa käytettyjen harjojen halkaisija vaihteli 270 830 mm ja harjojen pyörimisnopeus oli 300 2000 r/min. Paineilmalla puhdistettiin osa laajennuskohteen kanavista (noin 20 m). Paineilmapuhdistuksessa puhallusilmasuihku ohjattiin paineilmapistoolia käyttäen puhdistettavan kanavan pinnalle. Puhdistettavaa kanavan osaa ei alipaineistettu paineilmapuhdistuksen
5 aikana. Kuvassa 3 on eräs tutkimuksessa mukana ollut alipaineistus- ja puhdistuslaitteisto sekä ammattimaista kanaviston puhdistustyötä mekaanisesti harjaamalla. (a) (b) (c) Kuva 3. (a) Alipainepuhallin ilmaletkuineen (b) kanaviston harjauslaite ja harjan pyöritysakseli (c) kanaviston puhdistusta mekaanisesti harjaamalla Tuloilmakanavien pölykertymä mitattiin noin viikko ennen kanavien puhdistusta sekä heti puhdistuksen jälkeen. Pölynäytteet otettiin kanaviston alku-, keski- ja loppuosista. Näytteiden määrä vaihteli kanavien pituudesta riippuen 4 8 näyttä rakennusta kohden. Pölynäytteiden kokonaismäärä oli kolme näytettä suorakaidekanavasta (600 300 mm) ja 29 näytettä pyöreästä kanavasta (200 800 mm). Kanavistojen puhdistus tehtiin muiden rakennustöiden viimeistelyvaiheessa ennen ilmanvaihtojärjestelmän säätö- ja mittaustöitä. Laboratorio- ja kenttäkokeessa käytettyjen harjojen ja kanavien tiedot ovat esitetty taulukossa 1.
6 Taulukko 1. Puhdistusmenetelmät ja testatut kanavat Laboratoriokoe testipölyllä liatuilla kanavilla Puhdistusmenetelmä MH1: Mekaaninen harjaus kolmella nylon harjalla (harjaksen halkaisija d=0,5 0,8 mm) ja polypropyleeni harjalla (d=0,45 mm). P1: nylon harjan halkaisija 180 mm, P2: harjan halkaisija 190 mm, MK: nylon harjan halkaisija 150 mm. Harjan pyörimisnopeus 2000 r/min. MH2: Mekaaninen harjaus kahdella nylon harjalla (d=0,8 mm) ja yhdellä polyesteri harjalla (d=0,45 mm), joiden päällä polyesteri kangas. P1- ja P2-kanavat puhdistettiin nylon harjalla, jonka halkaisija 250 mm, MK- kanava puhdistettiin polyesteri harjalla, jonka halkaisija 160 mm. Harjan pyörimisnopeus 570 r/min. PI-1: Paineilmapuhdistus paineilmasuuttimella (Collom Duct Cleanin System). Kompressorin ilmavirta noin 50 dm 3 /s ja paine 800 kpa. Laboratoriokoe testipölyllä kanavilla, jotka likaantuneet työmaalla Puhdistusmenetelmä MH3: Mekaaninen harjaus hevosenhäntäjouhista valmistetulla harjalla. Harjan halkaisija 160 mm ja harjan pyörimisnopeus 2600 r/min. MH4: Mekaaninen harjaus nylon (d=0,8 mm) ja polypropyleeni harjalla (d=0,45 mm). Harjan halkaisija 160 mm ja harjan pyörimisnopeus 1200 r/min. MH5: Mekaaninen harjaus polypropyleeni harjalla (d=0,35 mm). Harjan halkaisija 190 mm ja pyörimisnopeus 380 r/min. MH6: Mekaaninen harjaus nylon harjalla (d=0,5 mm). Harjan halkaisija 180 mm ja harjan pyörimisnopeus 2600 r/min. PI-2: Paineilmapuhdistus erikoisvalmisteisella suuttimella (whipstream nozzle), jossa ilmasuihkua jakavan osan pyörimisnopeus 10000-20000 r/min. Kenttäkohteet Puhdistusmenetelmä MH7 (Rakennus A): Mekaaninen harjaus nylon harjalla (d=0,5 1,0 mm). Harjat noin 20-30 mm suurempia kuin puhdistetut kanavat. Harjojen pyörimisnopeus 300-2000 r/min. Epäpuhtauksien poistamiseen käytetyn ilman nopeus 5-10 m/s. MH8 (Rakennus B): Mekaaninen harjaus nylon harjalla (d=0,5 mm). Harjat noin 20-50 mm suurempia kuin puhdistetut kanavat. Harjojen pyörimisnopeus 570 r/min. Epäpuhtauksien poistamiseen käytetyn ilman nopeus 5 m/s. MH9 (Rakennus C): Mekaaninen harjaus nylon harjalla (d=0,3 0,7 mm). Harjat noin 20-50 mm suurempia kuin puhdistetut kanavat. Harjojen pyörimisnopeus 500-800 r/min. Epäpuhtauksien poistamiseen käytetyn ilman nopeus 4-25 m/s. MH10 (Rakennus D): Mekaaninen harjaus nylon harjalla (d=0,5 1,0 mm). Harjat noin 20-65 mm suurempia kuin puhdistetut kanavat. Harjojen pyörimisnopeus 300-800 r/min. Epäpuhtauksien poistamiseen käytetyn ilman nopeus 4-20 m/s. Testatut kanavat P1-kanava (Ø 160 mm), öljytön valmistustekniikka (<12 mg/m²) P2-kanava (Ø 160 mm), kanavissa öljyjäämiä (216-338 mg/m²) MK-kanava (Ø 125 mm) Testatut kanavat P2-kanava (Ø 160 mm) P2-kanava (Ø 160 mm) P2-kanava (Ø 160 mm) P2-kanava (Ø 160 mm) P1-kanava (Ø 160 mm) öljytön valmistustekniikka Testatut kanavistot P1-kanava (Ø 250 500 mm). Kanaviston pituus 1090 m. P1-kanava (Ø 250 500 mm). Kanaviston pituus 150 m. P1-kanava (Ø 250 315 mm). Kanaviston pituus 200 m. P1-kanava (Ø 250 315 mm). Kanaviston pituus 4000 m. P1-kanava (Ø 250 PI-3 (Rakennus E): Paineilmapuhdistus paineilmapistoolia. 315 mm). Kanaviston pituus 20 m. P1=Puhtausluokan P1-kanava, P2= Puhtausluokan P2-kanava (Sisäilmastoluokitus, 2000) MK=Muovi kanava, d=harjaksen halkaisija MH= Mekaaninen harjaus, PI=Paineilmapuhdistus
7 Tulokset Laboratoriokoe testipölyllä liatuilla kanavilla Mekaaninen harjaus: Pölynsyötön jälkeinen pölykertymä kanavan alapuolisella pinnalla oli >4 g/m 2 (4,8 8,7 g/m 2 ) ja kanaviston puhdistuksen jälkeen 0,4 g/m 2 (0,2 0,8 g/m 2 ). Pienin puhdistuksen jälkeinen keskimääräinen pölykertymä oli P1 luokan kanavistossa (0,2 g/m 2 ) ja suurin P2 luokan kanavistossa (0,6 g/m 2 ). Silmämääräisesti tarkasteltuna P1 luokan kanavat näyttivät puhdistuksen jälkeen puhtaalta. P2 luokan kanavissa oli puhdistuksen jälkeen pölyä kanavien öljyjäämien kohdalla (kuva 3). Muovikanavistoon oli puhdistuksen jälkeen jäänyt tasainen ja hyvin hieno kerros pölyä. Kuva 4. Puhdistettu P1-luokan kanava (vasemmalla) ja P2-kanava (oikealla) Paineilmapuhdistus (PI-1): Pölynsyötön jälkeinen pölykertymä kanavan alapuolisella pinnalla oli >5 g/m 2 (5,3 7,2 g/m 2 ) ja kanaviston puhdistuksen jälkeen 1 g/m 2 (0,1 1,0 g/m 2 ). Pienin puhdistuksen jälkeinen keskimääräinen pölykertymä oli muovikanavassa (0,1 g/m 2 ) ja suurin P1 luokan kanavistossa (1,0 g/m 2 ). Silmämääräisesti tarkasteltuna P1 luokan kanavistoon oli jäänyt hieman pölyä. P2 luokan kanavien öljyjäämien kohdalla oli puhdistuksen jälkeen runsaasti testipölyä. Muovikanavistossa oli puhdistuksen jälkeen havaittavissa tasainen ja hyvin hieno kerros pölyä sekä selvästi erotettavissa paineilmasuuttimen liikerata. Puhdistukseen kulunut aika oli 1,6 4,7 suurempi kuin mekaanisessa harjauksessa. Lisäksi paineilmasuuttimen voimakas ilmavirta aiheutti häiritsevää melua laboratorioon. Mittaustulokset on esitetty taulukossa 2.
8 Taulukko 2. Kanavistojen pölykertymät ennen ja jälkeen puhdistuksen sekä puhdistukseen kulunut työaika testipölyllä liatuissa kanavissa Mitattu parametri Kanavatyyppi ja puhdistusmenetelmä P1 kanava (Ø 160 mm) P2 kanava (Ø 160 mm) Muovikanava (Ø 125 mm) MH1 MH2 PI-1 MH1 MH2 PI-1 MH1 MH2 PI-1 Pölykertymä ennen (g/m 2 ) 8,6 4,9 7,2 5,8 4,8 5,3 8,7 6,0 6,9 Öljyjäämät ennen 338 216 272 (mg/m 2 <2 10 <2 ) (150 618) (164 254) (199 361) Pölykertymä jälkeen (g/m 2 ) 0,2 0,2 1,0 0,8 0,2 0,7 0,4 0,3 0,1 Puhdistusnopeus (m/min) 3,7 2,3 1,1 4,0 3,1 1,9 5,2 1) 1,1 Visuaalinen arvio puhd. jälkeen Hyvin ohut kerros pölyä kanavan pinnalla Runsaasti pölyjäämiä kanavassa Hyvin ohut kerros pölyä kanavan pinnalla P1 ja P2 kanavien puhtausluokitus Sisäilmastoluokitus (2000) MH= Mekaaninen harjaus, PI-2=Paineilmapuhdistus paineilmasuuttimella (Collom Duct Cleanin System) 1) Testin aikana alipaineistuspuhallin pysähtyi eikä puhdistusaikaa voitu tarkasti kirjata ylös Laboratoriokoe työmaalla likaantuneilla kanavilla Mekaaninen harjaus: Kanavan alapuolisen pinnan pölykertymä (rakennustyömaa varastoinnin jälkeen) oli 4,3 g/m 2 (1,0 10,1 g/m 2 ) ja kanaviston puhdistuksen jälkeen 0,1 g/m 2 (<0,1 0,1 g/m 2 ). Silmämääräisesti tarkasteltuna P2 luokan kanavat olivat puhdistuksen pölyttömät lukuun ottamatta työmaavarastoinnin aikana sisäpuolelta kastuneita kanavia, joiden sisäpinta oli harmaa ja ohuen pölykerroksen peitossa. Kanavan pinnalla oli kuitenkin kuivuneita vesi ja/tai öljyjäämiä. Mitatut öljyjäämät olivat pienemmät harjauspuhdistuksen jälkeen. Kuvassa 5 on erimenetelmillä puhdistettuja kanavia. (a) (b) Kuva 5. (a) Kanavat ennen puhdistusta vasemmalta oikealle P2 -, P2- ja P1-kanava. (b) Kanavat puhdistuksen jälkeen (P2-luokan kanavat puhdistettiin mekaanisesti harjaamalla ja P1- luokan kanavat paineilmalla). Paineilmapuhdistus (PI-2): Kanavan alapuolisen pinnan pölykertymä (rakennustyömaa varastoinnin jälkeen) oli 3,5 g/m 2 (0,1 10,1 g/m 2 ) ja kanaviston puhdistuksen jälkeen 0,1 g/m 2. Silmämääräisesti tarkasteltuna P1 luokan kanavissa oli puhdistuksen hieman pölyä sekä kuivuneita vesi ja/tai öljyjäämiä. Kanaviston öljyjäämät olivat hieman suuremmat puhdistuksen jälkeen. Tulokset on esitetty taulukossa 3.
9 Taulukko 3. Kanavistojen pölykertymät ennen ja jälkeen puhdistuksen sekä puhdistukseen kulunut työaika kanavissa, jotka likaantuneet rakennustyömaalla Mitattu parametri Kanavatyyppi (Ø 160 mm) ja puhdistusmenetelmä P2 kanava P2 kanava P2 kanava P2 kanava P1 kanava MH3 MH4 MH5 MH6 PI-2 Pölykertymä ennen (g/m 2 ) 3,8 (0,1 10,4) 10,1 (8,6 11,2) 1,0 (<0,3 1,9) 2,1 (0,4 3,6) 3,5 (<0,1 10,1) Öljyjäämät ennen (mg/m 2 ) 47 (<12 87) 102 (35 224) 33 (25 44) 119 (12 274) 9 (<12 16) Pölykertymä jälkeen (g/m 2 ) <0,1 0,1 (<0,1 0,2) <0,1 <0,1 <0,1 Öljyjäämät jälkeen (mg/m 2 ) 16 (<12 27) 23 (14 30) 52 (13 117) 33 (12 64) 15 (12 16) Puhdistusnopeus (m/min) 3 6 5 8 5 8 5 8 1 3 Visuaalinen arvio puhd. jälkeen Ei pölyä, vain veden kuivumis- ja öljyjäämien jälkiä Hieman pölyjäämiä kanavan pohjalla Ei pölyä, vain veden kuivumis- ja öljyjäämien jälkiä Hieman pölyjäämiä kanavan pohjalla Hieman pölyjäämiä kanavan pohjalla P1 ja P2 kanavien puhtausluokitus (Sisäilmastoluokitus, 2000) MH= Mekaaninen harjaus, PI-2=Paineilmapuhdistus erikoissuuttimella (whipstream nozzle; http://www.airqualitysystems.com) Kenttäkoe Mekaaninen harjaus: Kanaviston rakennusaikainen pölykertymä kanavan alapuolisilla pinnalla ennen puhdistusta oli 0,8 g/m 2 (0,6 0,9 g/m 2 ) ja kanaviston puhdistuksen jälkeen 0,2 g/m 2 (0,1 0,2 g/m 2 ). Suorakulmaisten kanavien keskimääräinen pölykertymän oli vastaavasti ennen puhdistusta 0,9 g/m 2 ja puhdistuksen jälkeen 0,2 g/m 2. Silmämääräisesti tarkasteltuna kanavien puhdistuksen jälkeinen puhtaustaso alitti selvästi puhtausluokan P1 pölykertymän rajaarvon (Holopainen et al., 2002). Mitatut ilman nopeudet epäpuhtauksien poistamiseksi olivat 3,5 25 m/s riippuen mittauspisteestä ja kanavan halkaisijasta. Kanaviston muodolla (pyöreä/suorakaide) oli vaikutus kanavien puhdistusnopeuteen. Suorakaidekanavien puhdistuksessa kulmien puhdistukseen kului työaikaa saada ne riittävän puhtaaksi. Silmämääräisesti tarkasteltuna mekaanisella harjauksella saavutettiin parempi puhdistustulos kuin paineilmapuhdistuksella. Kuvassa 6 on pyöreä kanava ennen (1,5 g/m 2 ) ja jälkeen harjauspuhdistuksen (0,4 g/m 2 ). Kuva 6. Kanaviston puhtaus ennen (vasemmalla) (1,5 g/m 2 ) ja jälkeen (0,4 g/m 2 ) mekaanisen harjauksen
10 Paineilmapuhdistus (PI-3): Kanaviston rakennusaikainen pölykertymä oli 5,4 g/m 2 (0,8 17,7) ja kanaviston puhdistuksen jälkeen 0,3 g/m 2 (0,1 0,5). Paineilmapuhdistuksessa käytettiin paineilmapistoolia ja epäpuhtauksien poistamiseen ei käytetty erillistä puhallinta. Silmämääräisesti tarkasteltuna kanaviston epäpuhtaus (ennen puhdistusta) koostui suurelta osin kanaviston asennuksessa syntyneestä teräspurusta. Puhdistuksen jälkeen kanavien pinnoilla oli havaittavissa vähäisessä määrin teräspurua. Tulokset on esitetty taulukossa 3. MH7 (Ø 250 500 mm) MH8 (Ø 250 500 mm) MH9 (Ø 250 315 mm) MH10 (Ø 250 315 mm) PI-3 (Ø 250 315 mm) Taulukko 4. Kanavistojen pölykertymät ennen ja jälkeen puhdistuksen sekä puhdistukseen kulunut työaika kenttäkokeessa Mitattu parametri Kanavatyyppi ja puhdistusmenetelmä Pölykertymä ennen (g/m 2 ) 0,6 (0,2 1,0) 0,9 (0,3 2,0) 0,8 (0,2 1,9) 0,7 (<0,1 4,0) 5,4 (0,8 17,7) Pölykertymä jälkeen (g/m 2 ) 0,2 (0,1 0,3) 0,2 (<0,1 0,6) 0,1 (<0,1 0,2) 0,1 (<0,1 0,2) 0,3 (0,1 0,5) Puhdistusnopeus (m/min) 2 10 1 5 2 8 2 8 0.5 1 Epäpuhtauksien 10,1 kuljetusnopeus 6,5 (4,8 10,1) 5,1 (4,7 5,4) 16,7 (3,5 25) (3,6 20,0) (m/s) MH=Mekaaninen harjaus, PI-3=Paineilmapuhdistus paineilmapistoolilla Tulosten tarkastelu Laboratoriokoe (1) testipölyllä liatuilla kanavilla: Puhdistettavat kanavat liattiin suodattimien testauksessa käytettävällä vakioidulla testipölyllä, joka koostumukseltaan eroaa varastoinnissa ja työmaalla esiintyvästä pölystä. Kuitenkin pöly sisältää runsaasti epäorgaanisia maaperähiukkasia, joka käyttäytyy epäorgaanisen rakennuspölyn tavoin. Tässä tutkimuksessa kanaviin kertynyt pöly oli tuoretta, joka on ilmeisesti helpommin irtoavaa, kuin vuosien käytön aikana kanaviin kertyvä pöly. Menetelmällä saatiin kuitenkin pölymäärä vakioitua, joka on puhdistusmenetelmien tehokkuusvertailun edellytyksenä. Puhdistusmenetelmät erosivat toisistaan työn lopputuloksen ja työskentelynopeuden suhteen. Mitatun pölykertymän perusteella mekaaninen harjaus oli tehokas kaikkien kanavien puhdistuksessa. Silmämääräisesti arvioituna muovikanavaan jäi harjauspuhdistuksen jälkeen hyvin ohut ja tasainen hieno pölykerros. Muovikanavassa paineilmapuhdistuksella saavutettiin mekaanista harjausta parempi lopputulos. Tosin johtopäätökseen vaikuttavat P1- ja P2 kanavistojen paineilmapuhdistuksen jälkeen havaitut yksittäiset suuret pölykertymät. Näiden esiintymiseen vaikuttaa ilmeisesti paineilmapuhdistuksessa syntyvät pyörteet, jotka siirtävät osan pölystä puhdistetulle alueelle. Harjan ja etenkin harjan pyöritysvaijerin taipuminen kanaviston 90 mutkissa aiheutti vaikeuksia harjauspuhdistuksessa. Mekaanisessa harjauksessa (1) harjan vaijeri painoi harjaa mutkan jälkeen kanavan ulkosivulle, jolloin harja ei kyennyt poistamaan testipölyä heti mutkan jälkeiseltä osalta mutkan sisäpuoleiselta kanavan pinnalta. Kanaviston mutkat ja haarat vaativat puhdistustyöltä erityistä huolellisuutta ja hyvä lopputulos edellyttää mutkan puhdistamista molemmilta suunnilta. Kanavapölyn määritysmenetelmänä käytetty suodatinnäytteenottomenetelmä ei kyennyt keräämään kaikkea kanaviston puhdistuksen jälkeistä pölyä, joka oli jäänyt öljyjäämiä sisältävän kanavan pinnalle. Näytteenotossa pöly liukui näyt-
11 teenottoletkun edessä öljyn ja pölyn seoksena leviten kanavan pinnalle. Tätä johtopäätöstä tuki silmämääräinen kanaviston puhtauden arviointi jokaisen puhdistusmenetelmän tehokkuutta tarkasteltaessa. Vaikka pölykertymän määritystulokset olivat kanavamateriaalista riippumattomia silmämääräisesti arvioituna P2-luokan kierresaumakanava oli puhdistuksen jälkeen huomattavasti likaisempi kuin P1-luokan kierresaumakanava. Laboratoriokoe (2) työmaalla likaantuneilla kanavilla: Tulosten perusteella kaikki kokeillut menetelmät poistivat pölyä tehokkaasti. Kanavapölyjäämien määrä alitti useimmissa tapauksissa suodatinkeräysmenetelmän määritysrajan 0,01 g/m². Korkein mitattu pölymäärä 0,2 g/m² alittaa puhtausluokan P1 raja-arvon 1,0 g/m². Silmämääräisesti arvioituna kaikki kanavat eivät puhdistuksen jälkeen näyttäneet täysin puhtailta. Työmaavarastoinnin aikana sisäpuolelta kastuneiden kanavien sisäpinta oli harmaa ja ohuen pölykerroksen peitossa. Tiukasti kiinni oleva kerros voidaan arvioida lähinnä esteettiseksi haitaksi se voi olla ongelma, jos puhdistuksen tulosta arvioidaan silmämääräisesti. Kanavien keskimääräiset öljyjäämät alenivat, mutta yksittäisten kanavien kohdalla mitattiin myös ennen puhdistusta mitattuja korkeampia tuloksia. Selityksenä tähän on öljyn siirtyminen harjan mukana kanavasta toiseen ja paineilmapuhdistuksessa kompressorin voiteluöljyn siirtyminen paineilman mukana puhdistettavaan kanavaan. Öljyjäämien kasvu oli kuitenkin mittaustekniikan virherajojen sisällä. Kenttäkoe: Kanavapölyjäämät olivat 6 25 % ennen puhdistusta mitatuista pölykertymistä ja olivat siten huomattavasti pienemmät kuin vanhoista kanavista mitatut pölyjäämät (38 43 %) (Holopainen et al., 1999). Kanaviston puhdistajat käyttivät silmämääräistä arviota valitessa sopivan puhdistusharjan ja paineilmasuuttimen puhdistettavaan kanavan osaan. Puhdistusharjojen (yleensä keinokuitu) harjakset olivat kiinnitetty joko pulloharjamaisesti kierrettyjen metallitankopunoksen väliin tai ne ovat kiinnitetty harjan keskiöön. Pulloharjamainen - harja oli mahdollista saada kanavaan jopa 50 mm reiästä, jolloin varsinaisen puhdistusluukun teolta vältyttiin. Harjan keskiöön (halkaisija 70 mm) kiinnitetyt harjakset olivat jäykempiä (lyhyempiä) kuin pulloharjamaisen harjan harjakset. Harjojen puhdistustuloksissa ei ollut kuitenkaan merkittäviä eroja. Kanavan puhdistusta toistettiin harjaamalla kanavaa edestakaisin, kunnes näkyvät epäpuhtaudet olivat poistettu kanavasta eikä kanavan sisäpinnan väri harmaus ei enää muuttunut puhdistusta toistettaessa. Harjan pituussuuntainen liikettä kanavassa ohjataan akselin (ns. varpin) avulla. Akseli koostuu teräsvaijerista ja suojakuoresta. Akselin suojakuoren pintaan tarttuu (materiaalista riippuen) epäpuhtauksia, jotka kulkeutuvat puhdistettavaan kanavaan puhdistuksen aikana. Eräät puhdistusliikkeet ohjaavat akselia puhdistusliina kädessä, jolla estetään epäpuhtauksien kulkeutuminen akselin suojakuoren mukana puhdistettavaan kanavaan. Harjan sivuttaissuuntaista liikettä kanavassa ohjataan esim. haarakanavaan muuttamalla harjan pyörimisnopeutta ja/tai - suuntaa. Tämän vuoksi harjan pyörimisnopeus tulisi olla säädettävissä. Suorakaidekanavien puhdistuksessa pyörivää harjaa pyöritettiin myötäpäivään puhdistettaessa kanavan vastapäivään oikea sivu ja puhdistettaessa kanavan vasen sivu. Puhdistusliikkeet arvioivat suorakaidekanavan puhdistukseen kuluvan 1,5 2 kertaisen ajan verrattuna pyöreän kanavan puhdistukseen. Mekaanisessa harjauksessa harjan optimipyörimisnopeus (harjan ohjattavuuden kannalta) saavutettiin, kunnes harja keskitti itse itsensä kanavaan. Tähän pyörimisnopeuteen vaikuttaa harjan ja harjan pyörittämiseen käytettävän puhdistusakselin painon lisäksi mm. harjaksen
12 paksuus, harjasten lukumäärä, harjan halkaisija sekä harjaksen materiaali (f(d,n,d,ei)) (Holopainen ja Salonen, 2002). Liian suurella nopeudella pyörivää harjaa on vaikea ohjata kanavassa ja harja voi aiheuttaa vahinkoa työtä suorittavalle henkilölle, puhdistuslaitteelle ja kanavan komponentille harjan takertuessa kiinni esim. ilmavirran säätöpeltiin. Toisaalta liian hidas pyörimisnopeus vähentää harjan puhdistustehokkuutta. Eräitä keskeisimpiä puhdistusvaiheen töitä ovat puhdistustyön suunnittelu ja alipaineistuspisteiden valinta. Kanavisto alipaineistetaan yleensä (pystynousuun päättyvästä suorakaiteen muotoisesta) runkokanavan puhdistusluukusta. Alipainepuhaltimen pyöreä ilmaletku (kuva 3 (a)) tiivistettiin suorakaiteen muotoiseen puhdistusluukkuun elastisia materiaaleja, kuten superlon-muovia, käyttäen. Liitosten suuret ohivuodot pienensivät epäpuhtauksien poistonopeutta puhdistettavasta kanavan osasta. Eräs keino ohivuotojen välttämiseksi on asentaa (jo kanaviston asennusaikana) kerroksien runkokanaviin puhdistusyhteet, joihin alipaineistaja voidaan tiiviisti kytkeä. Mitatut epäpuhtauksien kuljetusnopeudet olivat useimmiten <10 m/s ja alittivat näin epäpuhtauksia poistaville ilmakanaville annetut suositusarvot (ACGIH, 1988). Huolimatta alhaisista epäpuhtauksien poistonopeuksista kanavapuhdistuksen lopputulos täytti hyvin puhtausluokan P1 pölykertymälle asetetun vaatimuksen. Harja ja paineilmasuuttimen ilmasuihku siirtävät edellään osan epäpuhtauksista alipaineistajaa kohti ja edesauttavat (poistoilman lisäksi) kanavasta irronneen lian poistumiseen kanavasta. Osassa puhdistuskohteita puhdistettujen kanavapintojen havaittiin likaantuvan uudelleen puhdistuksen aikana. Näissä kohteissa puhdistetun kanaviston pinnalla oli silmin havaittava määrä pölyä jo minuutin kuluttua kanavan puhdistuksesta. Kanavapölykertyminen alipaineistettuun kanavistoon oli havaittavaa tiloista, joissa oli aistittavasti korkea ilman hiukkaspitoisuus. Tämän takia kanaviston puhdistus tulisi tehdä vasta pölyävien työvaiheiden ja loppusiivouksen jälkeen. Ilmanvaihtokanavat ja niiden puhdistusluukut ovat sijoitettu usein alaslaskettujen kattojen taakse. Huolimatta D2:n (1987) (5.1.2.3) ohjeesta: Huolettavia laitteita tai puhdistusluukkuja ei sijoiteta vaikeapääsysiin paikkoihin. Niiden kohdalle alaslaskettuihin kattoihin tehdään vähintään 500 mm x 500 mm:n kokoinen, ilman työkaluja irrotettava tai avattava osa alakattojen huoltoluukkujen sijoittelussa oli puutteita. Puhdistusluukkujen paikat tulee sijoittaa kanaviston puhdistusta ajatellen siten, että puhdistusluukkuihin pääsee vaivatta käsiksi alakaton (huoltoluukun) kautta. Eurooppalaisessa esistandardissa (ENV 12097, 1997) on puhdistusluukkujen koolle ja sijoittamiselle esitetty vaatimuksia: Suorakaidekanavassa puhdistusluukun koko on aina 300 mm x 100 mm luukuista miesluukkuun 600 mm x 500 mm asti. Puhdistusluukkujen maksimietäisyys on <10 m eikä luukkujen välillä saa olla kahta 45 mutkaa. Kanavan mutkaan asennettuja puhdistusluukuja pitäisi suosia, koska kanavan puhtaus mutkan molempiin suuntiin on mutkaan asennetusta aukosta mahdollista. Lisäksi kanavan mutkan seinät ovat silloin helposti puhdistettavissa. Esistandardi (ENV 12097, 1997) esittää puhdistusluukun sijoittamista kanaviston varusteen molemmille puolille mikäli varuste ei ole helposti irrotettavissa. Kanaviston suunnittelussa ja asennuksessa tulee huomioida kanaviston puhdistettavuus aikaisempaa paremmin. Mekaanisella harjauksella on mahdollista saavuttaa laadukas puhdistustulos valitsemalla sopiva harja poistettavaan epäpuhtauteen, käyttämällä riittävän suurta epäpuhtauksien poistonopeutta, käyttämällä riittävän suurta harjan pyörimisnopeutta, toistamalla kanaviston puhdistus niin kauan ettei kanavan pinnan harmaus (väri) muutu toistettaessa puhdistus ja ettei kanavan pinnoilla ole havaittavissa silmämääräisesti epäpuhtauksia.
13 Johtopäätökset Ilmanvaihtokanavien puhdistusta tekevillä yrityksillä on käytössä erilaisia puhdistusmenetelmiä. Testatut puhdistusmenetelmät olivat tehokkaita öljyttömien kanavien puhdistukseen mutta eivät öljyjäämiä sisältävien kanavien puhdistuksessa. Tämän vuoksi kanavat ja niiden komponentit tulisi olla öljyttömiä. Puhdistustyön huolellinen suunnittelu, oikein valittu puhdistusmenetelmä, puhdistajan ammattitaito ja huolellisuus sekä puhdistustyön lopputuloksen laadun valvonta ovat tekijöitä, joilla voidaan varmistaa laadukas ja puhtausluokituksen täyttävä lopputulos uusien kanaviston puhdistuksessa. Kanaviston suunnittelussa ja asennuksessa on kanaviston ja varusteiden puhdistettavuus huomioitava aikaisempaa paremmin. Lähteet ACGIH (1988) Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice, 20th Edition, Lansing, Michigan, American Conference of Governmental Industrial Hygienists. ASHRAE (1992) Gravimetric and dust-spot procedures for testing air-cleaning devices used in general ventilation for removing particulate matter. American Society of Heating, Refrigerating, and Air-conditioning Engineers, Inc. ANSI/ASHRAE Standard 52.1-1992. Asikainen V., Björkroth M., Holopainen R., Kovanen K., Luoma M., Palonen J., Pasanen P. (2000) Ilmanvaihtokomponenttien puhtauden perusteet ja todentamismenetelmät. Teknillinen korkeakoulu. Konetekniikan osasto. LVI-tekniikan laboratorio, Espoo, Raportti B66. 96 s. Asikainen, V., Björkroth, M., Holopainen, R., Kovanen, K., Luoma, M., Palonen, J, Pasanen, P. 2000. Ilmanvaihtokanaviston puhtauden kehittäminen. Teknillinen korkeakoulu. Konetekniikan osasto. LVI-tekniikan laboratorio. B70. 116 s. Asikainen, V. and Pasanen, P. (2000) Processing Oil Residues on New HVAC-Components: The Addiction of Manufacturing Technique to the Amount of Components Oil Residue. In: Seppänen, O., Säteri, J. (eds.) Proceedings of Healthy Buildings 2000 Conference, Espoo, The 6 th Healthy Buildings Conference, Vol. 2, pp. 707-712. D2 (1987) Rakennusten sisäilmasto ja ilmanvaihto. Määräykset ja ohjeet 1987. 21 s. ENV 12097 (1997) European pre-standard. 24 s. Heinsohn, R.J. (1991) Industrial Ventilation: Engineering Principles, New York, a Wiley- Interscience Publication. Holopainen, R., Palonen, J. and Seppänen, O. (1999) Cleaning Technology of the Air Handling System. In: Raw, G., Aizlewood, C., Warren, P. (eds.) Proceedings of Indoor Air 99, Edinburgh, the 8th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Vol. 3, pp. 97 102. Holopainen, R., Asikainen, V., Tuomainen, M., Björkroth, M., Kovanen, K., Laamanen, J., Pasanen, P. (2001a) Ilmanvaihtokanaviston puhdistusmenetelmien vertailu laboratoriossa. Sisäilmastoseminaari 2001. SIY Raportti 15 (toim. J. Säteri, H. Backman). Sisäilmayhdistys ry, Espoo, s. 305-310.
14 Holopainen, R., Asikainen, V., Tuomainen, M., Björkroth, M. Pasanen, P., Seppänen, O. (2001b) Effectiveness of Duct Cleaning Methods on Dusty and Oily Duct Surfaces. Artikkeli on hyväksytty Indoor Air lehteen marraskuussa 2001. Holopainen, R., Narvanne, J., Pasanen, P., Seppänen, O. (2002) A visual inspection method to evaluate cleanliness of newly installed air ducts. Konferenssipaperi on hyväksytty pidettäväksi Indoor Air 2002 konferenssissa kesällä 2002. Holopainen R, Salonen E-M. A simple model for analysing bristle contact force and contact angle in rotating brush duct cleaning. Helsinki University of Technology. Department of Mechanical Engineering. Laboratory of Heating, Ventilating and Air Conditioning. Report B 72 in preparation. Jalonen T. (2000) Ilmastointikanavien puhdistusmenetelmien tehokkuus. Diplomityö. Teknillinen korkeakoulu. Konetekniikan osasto. LVI-tekniikan laboratorio, Espoo. 75 s. + liitteet. Kovanen, K. (2000) Test Method for the Tendency of HVAC-Components to Accumulate Dirt on Surfaces. In: Seppänen, O., Säteri, J. (eds.) Proceedings of Healthy Buildings 2000 Conference, Espoo, The 6th Healthy Buildings Conference, Vol. 2, pp. 181 186. Pasanen, P., Pasanen, A.L. and Kalliokoski, P. (1995) Hygienic Aspects of Processing Oil Residues in Ventilation Ducts, Indoor Air, 5, 62 68. Pasanen P. (1999) Verification of Cleanliness of HVAC Systems. In: Loyd, S. (ed.) Proceedings of VHExCo99, The International Ventilation Hygiene Conference and Exhibition, Birmingham, UK. Pasanen, P., Asikainen, V. and Liesivuori, J. (1999) Storage and Processing Oil Contamination on New HVAC-Components: Development of Measuring Methods. In: Raw, G., Aizlewood, C., Warren, P. (eds.) Proceedings of Indoor Air 99, Edinburgh, The 8th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Vol. 5, pp. 19 24. Sisäilmastoluokitus (1995) Sisäilmaston, rakennustöiden ja pintamateriaalien luokitus. Sisäilmayhdistys ry, Helsinki 1995. 32 s. Sisäilmastoluokitus (2000) Sisäilmayhdistys ry, Espoo 2001. 32 s.