ILMANVAIHTOJÄRJESTELMÄN MINERAALIVILLAKUITUJEN TERVEYSVAIKUTUKSET Marianna Tuomainen, Marko Björkroth, Reima Kämppi, Helena Mussalo-Rauhamaa, Suvi-Päivikki Salo, Jaakko Säntti, Timo Tuomi, Risto Voutilainen, Olli Seppänen
TIIVISTELMÄ Tutkimusprojektin tavoitteena oli vahvistaa Iho- ja allergiasairaalassa suoritetussa pilottitutkimuksessa saatuja tuloksia, joiden mukaan sairaalan hoitohenkilöstön oireilu johtui ilmanvaihtojärjestelmästä peräisin olevien mineraalivillakuitujen korkeasta pitoisuudesta potilasosastolla. Pilottitutkimuksessa oireilu saatiin vähenemään, kun ilmanvaihtojärjestelmän kuitulähteenä toimivat äänenvaimentimet pinnoitettiin ja potilasosasto siivottiin perusteellisesti. Ilmanvaihtojärjestelmän mineraalivillakuitujen terveysvaikutukset -tutkimusprojekti käynnistettiin nopealla aikataululla. Tutkimuskohteiksi valittiin yhteistyössä HUS-kiinteistöjen kanssa kaksi sairaalaa, joista toinen oli tutkimuskohde ja toinen verrokkikohde. Tutkimussairaalassa oli kookas ilmanjakokammio, jonka sisäpinnat oli verhottu rei'itetyllä pellillä päällystetyllä mineraalivillalla. Kuitumittausten mukaan kanavapölyssä oli vuorivillakuituja, vaikkakin huonepinnoilla niitä oli vain vähäisiä määriä. Sekä tutkimus- että verrokkisairaalasta valittiin kaksi potilasosastoa, joiden hoitohenkilökunnalle jaettiin lähtötilannetta kartoittava sisäilmastokysely huhtikuussa 2002. Verrokkisairaalan julkisivuremontti selvisi tutkijaryhmälle vasta tällöin eikä verrokkisairaalassa jatkettu enää hoitohenkilöstön seurantaa. Tutkimussairaalassa kutsuttiin tutkimusosastojen hoitohenkilökunta nenähuuhteluihin kesäkuussa 2002 kuitualtistuksen selvittämiseksi. Nenähuuhteluihin osallistuneet vastasivat kesäkuun työolosuhdehaittoja ja oireilua kartoittavaan kyselyyn. Heinäkuussa suoritettiin tutkimussairaalan ilmanvaihtojärjestelmän muutostyöt: äänenvaimentimien pinnoitus ja tuloilmakanavien puhdistaminen. Intervention onnistuminen varmistettiin kuitumittauksin. Nenähuuhtelut intervention jälkeen tehtiin joulukuussa 2002. Nenähuuhteluihin osallistuneet vastasivat tällöin uudelleen kyselyyn. Tutkimuksessa käytettiin kuitupitoisuuden toteamiseen kvalitatiivista ja kvantitatiivista menetelmää. Kvalitatiivisella menetelmällä saatiin tietoa kuitujen esiintymisestä. Menetelmien luotettavuudesta ei ollut kuitenkaan riittävää kuvaa. Tutkimuksessa käytössä ollut kvantitatiivinen kuitujen mittausmenetelmä ei ollut paras mahdollinen, sillä se saattaa irrottaa kuitulähteen pinnalta kuituja, jotka pelkän ilmavirran vaikutuksesta eivät lähtisi liikkeelle. Äänenvaimennusmateriaalin pinnoittamisen onnistumista oli vaikea arvioida, sillä kuitupitoisuudet tuloilmajärjestelmässä olivat joulukuussa 2002 samansuuruiset kuin heinäkuussa ennen korjaustoimenpiteitä. Nenähuuhtelut onnistuivat hyvin ja tutkimukseen osallistui riittävä määrä hoitohenkilökuntaa. Nenähuuhtelujen tulokset vahvistivat huonepinnoilta otettujen kuitunäytteiden tuloksia: tutkimussairaalan sisäympäristössä oli jo ennen interventiota hyvin vähän mineraalivillakuituja. Oirekyselyjen mukaan tutkimus- ja verrokkisairaalan työntekijöillä esiintyi tavallista runsaammin erityisesti silmä-, nenä- ja iho-oireita. Nenähuuhteluihin osallistuneiden oireilussa ei tapahtunut merkittävää muutosta intervention jälkeen. Tutkimuksessa ei siten pystytty osoittamaan mineraalivillakuitujen vaikutusta oireisiin ja oireiden syytä olisi siten etsittävä muualta. Jatkotutkimukset ovat tarpeen kohteessa, jossa kuitulähteiden kokonaisemissio selvitetään tarkemmin ennen varsinaiseen interventiotutkimukseen ryhtymistä. Nenähuuhtelumenetelmä antaa objektiivista tietoa altistumisesta teollisille mineraalikuiduille ja tulevissa tutkimuksissa menetelmää on hyvä käyttää rinnan kyselyillä kerättävien subjektiivisten oirearvioiden kanssa. Sisäympäristössä on monta tekijää, jotka voivat vaikuttaa työntekijöiden kokemiin oireisiin, ja siksi eri tieteiden alojen yhteistyö on välttämätöntä luotettavien tulosten saamiseksi. 2
ABSTRACT The aim of the research project was to confirm the results obtained in a pilot project according to which the symptoms of the hospital personnel were caused by man-made mineral fibres originating from the air-handling system. The pilot project showed that the prevalence of symptoms decreased after the sound attenuators in the air handling system were treated with a fibrebinding agent, and the wards cleaned thoroughly. The research project The health effects of man-made mineral fibres originating from an airhandling system was launched and carried out within a tight schedule. HUS-kiinteistöt Oy, the building management company responsible for maintaining the hospital buildings in the Helsinki area, selected two hospitals for the project. The air distribution conduit of the research hospital was large, and to deaden sound its interior surface was lined with a man-made mineral fibre material covered with perforated steel plates. The dust in the air distribution system contained man-made mineral fibres (MMMF) but the concentrations on room surfaces were low. Two wards in both the research and reference hospitals were selected for the study. Their personnel answered a baseline questionnaire in April 2002. When it turned out that the reference hospital was undergoing exterior façade renovations, the personnel of the reference building was excluded from further investigations. The personnel working in the wards under study in the research hospital were invited to take part in nasal lavage in June 2002. The participants answered a questionnaire inquiring into the work environment and work-related symptoms during June. Improvements to the air-handling system were carried out in July. The sound attenuation material was coated and the ventilation ducts cleaned. The quality of the improvements was controlled by assessment of fibre concentrations on duct and room surfaces. Postintervention lavage of the nasal mucosa was carried out in December 2002 when the participants answered yet one more questionnaire. Both qualitative and quantitative measures were used to assess the concentrations of MMMF. The qualitative method provided information on the occurrence of fibres. Satisfactory estimates on the reliability of the methods were not available. The quantitative method used in the study was probably not the best possible as it was suspected to release fibres from the sound attenuation material which might not have become loose merely due to the airflow in the ducts. It was difficult to assess the successfulness of the coating of the sound attenuation material because in December the fibre concentrations in the air-handling system were equal to the concentrations in July before the intervention. The performance of nasal lavage was satisfactory and an adequate number of personnel participated. The results of nasal lavage supported the results of MMMF concentration measurements: there were very few loose fibres in the indoor environment even before the intervention. According to the baseline questionnaire, eye, nasal and skin symptoms were very common among the personnel of both the research and reference hospitals. After the intervention no significant changes in symptom prevalence were observed among the personnel who participated in nasal lavage. This study could not, therefore, demonstrate the effect of MMMF on the symptoms. Causes for the symptoms must be sought elsewhere. Further investigations are necessary in a building where the fibre source strength is determined more reliably before the intervention takes place. Nasal lavage is a method which provides objective information on exposure to MMMF and is useful to use in combination with informa-
tion on subjective judgements obtained with questionnaires. Because there are many aspects in the indoor environment which may affect the well-being of employees, the collaboration of various fields of knowledge is essential to obtain reliable results. 4
ESIPUHE Ilmanvaihtojärjestelmän mineraalivillakuitujen terveysvaikutukset tutkimusprojekti käynnistettiin, koska haluttiin selvittää, voivatko ilmanvaihtojärjestelmän komponentit toimia merkittävänä kuitulähteenä ja aiheuttaa terveyshaittaa. Teollisten mineraalikuitujen epäillään aiheuttavan osaltaan ylähengitysteiden sekä silmien ja ihon ärsytysoireita, jotka ovat tyypillisiä sairasrakennusoireita. Kuitujen ärsyttämät limakalvot ovat herkkiä tulehduksille. Pilottitutkimuksessa Iho- ja allergiasairaalassa sisäilmasto-ongelmien syyksi paljastui ilmanvaihtojärjestelmän äänenvaimennusmateriaalista irtoavat mineraalivillakuidut. Pilottitutkimuksen havainnot haluttiin varmistaa uudella tutkimuksella, jossa mittausmenetelmiä voitaisiin kehittää samalla kun kuitulähteen päästöjä rajoitetaan entistä paremmilla toimenpiteillä. Ilmanvaihtojärjestelmän mineraalivillakuitujen terveysvaikutukset tutkimusprojekti suoritettiin yhteistyössä Helsingin ja Uudenmaan sairaanhoitopiirin kiinteistöpalveluyhtiön HUS-kiinteistöt Oy:n, Oy Lifa Air Ltd:n, HYKS:n Iho- ja allergiasairaalan, Työterveyslaitoksen ja Teknillisen korkeakoulun LVI-tekniikan laboratorion välillä. Tutkimuksen vastuullisena johtajana toimi professori Olli Seppänen LVI-tekniikan laboratoriosta. Tutkimusryhmään kuuluivat dosentti Helena Mussalo-Rauhamaa HYKS:n Iho- ja allergiasairaalasta (Etelä-Suomen Lääninhallitus), erikoislääkäri Risto Voutilainen, vanhempi tutkija Timo Tuomi ja sairaanhoitaja Suvi-Päivikki Salo Työterveyslaitoksen Työlääketieteen osastolta, tutkija Jaakko Säntti ja mittaushygieenikko Reima Kämppi Työterveyslaitoksen Työhygienian ja toksikologian osastolta sekä tutkijat Marianna Tuomainen ja Marko Björkroth Teknillisen korkeakoulun LVI-tekniikan laboratoriosta. Tutkimus on tehty Tekesin rahoituksella Terve talo teknologiaohjelman osana. Tutkimusta rahoittivat lisäksi HUS-kiinteistöt Oy ja Oy Lifa Air Ltd. Tutkimusprojektin johtoryhmään kuuluivat Raija Partanen HUS-kiinteistöt Oy:stä (puheenjohtaja), Aaro Seppälä ja Timo Jalonen Oy Lifa Air Ltd:stä, Jarmo J. Heinonen Tekesistä ja Olli Seppänen Teknillisen korkeakoulun LVI-laboratoriosta. Kiitän lämpimästi tutkimusprojektin rahoittajia sekä tutkimuksen johtoryhmää ja tutkimusosapuolia. Tutkimusprojektilla oli vaikea aihe, nopea aikataulu ja toteutus sekä pieni budjetti, mutta yhteistyö eri tutkimusosapuolten välillä oli saumatonta ja innostunutta. Erityiskiitos vielä HUS-kiinteistöille tutkimuskohteiden hankkimisesta sekä Oy Lifa Air Ltd:lle muutostöiden toteutuksesta. Espoossa 25.4.2003 Marianna Tuomainen 5
TIIVISTELMÄ 2 ABSTRACT 3 ESIPUHE 5 1. JOHDANTO 8 2. TEOLLISET MINERAALIKUIDUT 10 2.1 Teollisten mineraalikuitujen raaka-aineet, valmistus ja käyttö 10 2.2 Mineraalikuitujen kokojakauma 11 2.3 Teollisten mineraalikuitujen terveysvaikutukset 12 3. TEOLLISET MINERAALIKUIDUT SISÄYMPÄRISTÖSSÄ 14 3.1 Teollisten mineraalikuitujen käyttökohteet ilmanvaihtojärjestelmissä 14 3.2 Sisäilman kuitupitoisuudet 16 3.3 Ilmanvaihtojärjestelmien kuitupäästöt 21 3.4 Huonepintojen kuitupitoisuudet 25 3.5 Kyselytutkimukset teollisten mineraalikuitujen aiheuttamista ärsytysoireista 30 3.6 Kirjallisuuskatsauksen yhteenveto 33 4. PILOTTITUTKIMUS IHO- JA ALLERGIASAIRAALASSA 35 4.1 Taustaa 35 4.2 Iho- ja allergiasairaalan sisäilmasto-ongelmat 35 4.3 Suoritetut korjaustoimenpiteet ja tulokset 35 5. INTERVENTIOTUTKIMUS MINERAALIVILLAKUITUJEN TERVEYSVAIKUTUSTEN SELVITTÄMISEKSI 38 5.1 Tutkimuskohteiden valintaperusteet 38 5.2 Interventiotutkimuksen kulku 39 5.3 Nenähuuhtelu tutkimusmenetelmänä 39 6
5.4 Pölynäytteiden kerääminen ja tutkiminen 39 5.5 Ennen muutostoimenpiteitä otetut kuitunäytteet 40 5.6 Nenähuuhtelut tutkimussairaalassa 41 5.7 Ilmanvaihtojärjestelmän muutostoimenpiteet 42 5.8 Intervention jälkeiset mittaukset ja kyselyt 44 5.9 Yhteenveto tutkimuksen aikataulusta 44 6. TULOKSET 46 6.1 Mitatut mineraalivillakuitupitoisuudet 46 6.2 Nenähuuhtelunäytteiden tulokset 47 6.3 Lähtötilannekyselyn tulokset huhtikuu 2002 48 6.4 Nenähuuhteluun osallistuneiden kyselytulokset 54 6.5 Kuitulöydösten korrelointi työntekijöiden oireilun kanssa 60 7. TULOSTEN ANALYSOINTI JA JOHTOPÄÄTÖKSET 62 8. LÄHDELUETTELO 65 7
1. JOHDANTO Teollisten mineraalikuitujen on epäilty aiheuttavan terveysvaikutuksia henkilöille, jotka ovat altistuneet huonepölyn sisältämille kuiduille. Eräissä julkisten ja toimistorakennusten sisäilmasto-ongelmia selvittäneissä tutkimuksissa on löydetty yhteyksiä pölyn sisältämien teollisten mineraalikuitujen ja työntekijöiden kokemien ärsytysoireiden välille, toisissa tutkimuksissa tällaista yhteyttä ei ole löydetty. Tässä tutkimuksessa haluttiin selvittää, altistuvatko sairaaloiden työntekijät työympäristössään teollisille mineraalikuiduille ja voivatko ne aiheuttaa hoitohenkilökunnalle oireita. Teolliset mineraalikuidut on yleiskäsite, joka kattaa jatkuvat lasikuidut, joita käytetään mm. tekstiileissä (lasikuitukankaat) ja mineraalivillakuidut, joista valmistetaan mm. ilmanvaihtojärjestelmien äänenvaimentimet ja huonetilojen akustiikkalevyt. Äänenvaimentimet voidaan pinnoittaa lasikuitukankaalla, siksi ilmanvaihtojärjestelmästä ja sisätiloista voidaan löytää mineraalivillakuitujen lisäksi lasikuituja ja siksi tässä raportissa käytetään teolliset mineraalikuidut käsitettä mineraalivillakuitu käsitteen rinnalla. Tutkimusraportti alkaa kirjallisuuskatsauksella, jossa selvitetään mitä teolliset mineraalikuidut ovat, miten ne on valmistettu ja missä niitä käytetään. Kirjallisuuskatsauksessa käydään läpi tutkimuksia, joissa on mitattu toimistojen, päiväkotien tai koulujen sisäilman kuitupitoisuuksia ja selvitetty teollisten mineraalikuitujen osuuksia kokonaiskuitupitoisuuksista. Ilmanvaihtojärjestelmien kuitupäästöistä on tehty muutamia tutkimuksia, joihin kuuluvat myös katsauksen kaikkein tuoreimmat tutkimukset. Ärsytysoireiden kannalta merkityksellisimmät kuidut ovat läpimitaltaan yli 3 µm. Ne laskeutuvat nopeasti huonepinnoille, jotka toimivat toissijaisina kuitulähteinä. Kirjallisuuskatsauksessa esitetään myös huonepintojen kuitupitoisuuksia selvittäneitä tutkimuksia, joihin Ilmanvaihtojärjestelmän mineraalivillakuitujen terveysvaikutukset tutkimusprojektin interventio-osan tutkimustuloksia voidaan verrata. Kirjallisuuskatsauksen yhteenvedossa (luku 3.6) esitetään suosituksia teollisten mineraalikuitujen raja-arvoille sisäympäristössä. Tutkimusprojektin käynnistymisen kimmokkeena toimi HYKS:n Iho- ja allergiasairaalassa suoritetussa pilotissa saadut kokemukset ja tutkimustulokset, joita tässä raportissa lyhyesti esitellään. Tutkimuksia haluttiin jatkaa sairaalaympäristössä, jossa sisäilmaongelmia pidetään vakavana työolosuhdehaittana. Tutkimusraportin luvusta 4 alkaa Ilmanvaihtojärjestelmän mineraalivillakuitujen terveysvaikutukset tutkimusprojektin interventiotutkimuksen kuvaus tutkimuskohteiden valintoineen ja tutkimusmenetelmineen. Interventiona suoritettiin tutkimussairaalan ilmanvaihtojärjestelmän äänenvaimentimen pinnoittaminen ja tuloilmajärjestelmän puhdistaminen. Intervention vaikutuksia sairaalahenkilökunnan oireisiin selvitettiin sisäilmastokyselyjen avulla. Tutkimusprojektissa haluttiin erityisesti kehittää objektiivista mittaria mineraalivillakuiduille altistumisen selvittämiseksi. Työterveyslaitos on 8
ottanut käyttöönsä nenähuuhtelumenetelmän, jonka kehittämiseen tutkimusprojekti katsottiin sopivaksi. Nenähuuhteluihin osallistuneet työntekijät muodostavat tutkimuksessa oman ryhmänsä koko hoitohenkilöstöstä, ja heidän subjektiivisia arvioita oireiluista verrattiin nenähuuhteluista saatuihin objektiivisiin altistumista kuvaaviin lukuihin. 9
2. TEOLLISET MINERAALIKUIDUT 2.1 Teollisten mineraalikuitujen raaka-aineet, valmistus ja käyttö Teollisista mineraalikuiduista käytetään usein lyhennettä MMMF, joka tulee sanoista man-made mineral fibres. Teolliset mineraalikuidut ovat epäorgaanisia kuituja ja niitä valmistetaan useista eri raaka-aineista. Kuvassa 1 on esitetty kuitujen luokittelu raakaaineen perusteella. Kuidut Teolliset kuidut Luonnon kuidut Orgaaniset Epäorgaaniset Orgaaniset Epäorgaaniset raion nylon orlon jne. Metalliset kuidut Mineraalikuidut (MMMF) puuvilla hamppu Kiteinen Kuitumainen vulkaaninen lasi teräsvilla asbesti zeoliitti Jatkuva lasikuitu Mineraalivillakuidut sementin ja muovien lujite paperien ja kumien lisäaine tekstiilit sähköeristys Lasivilla Lasimikrokuitu rakennusten lämpö- ja ääneneristemateriaalit ilmanvaihtokanavien lämpö- ja äänenvaimennusmateriaalit ilmanvaihtokoneen suodattimet huonetilojen äänenvaimennusmateriaalit (mm. akustiikkalevyt) Vuorivilla Kuonavilla paloeristeet RCF poltto- ja sulatusuunien eriste Kuva 1. Kuitujen luokittelu raaka-aineen perusteella. Lähteinä käytetty Moore et al. 2002, De Vuyst et al. 1995. RCF tulee sanoista refractory ceramic fibres. 10
Teollisia mineraalikuituja valmistetaan sulatetusta lasista, kiviaineksesta, malmin jalostuksen kuonasta, kaoliinista, tai piidioksidin ja alumiinioksidin seoksista (IARC Monografia 2002, De Vuyst et al. 1995). Jatkuvat lasikuidut ja mineraalivillatuotteista lasivillat ja lasimikrokuidut valmistetaan kierrätys- eli jätelasista, vuorivillat valmistetaan pääasiassa emäksisistä kiviaineksista (esim. gabro), kuonavillat nimensä mukaan malmien jalostamisessa jäljelle jääneestä kuonasta (masuunikuonasta) ja tulenkestävät keraamiset kuidut (RCF) kaoliinista tai piidioksidin ja alumiinioksidin seoksista. Kaikissa kaupallisesti merkittävissä teollisissa mineraalikuiduissa on piidioksidia ja vaihtelevia määriä muita epäorgaanisia oksideja kuten maa-alkalien, alkalien, boorin, raudan tai zirkoniumin oksideja (IARC Monografia 2002). Yleisimmät alkaalit ja maa-alkaalit ovat kalsium, magnesium ja natrium. Teollisten mineraalikuitujen valmistaminen alkaa raaka-aineiden sulatuksella. Lasi-, vuori- ja kuonavillojen valmistamiseen riittää noin 1000-1500 C:n sulatuslämpötila ja tulenkestävien keraamisten kuitujen (RCF) valmistamista varten raaka-aineet sulatetaan 1800 2000 C:n lämpötilassa. Sulasta massasta muodostetaan kuituja vetämällä, puhaltamalla tai kehräämällä. Jatkuvat lasikuidut valmistetaan vetämällä kuituja suulakkeen läpi vakionopeudella. Jatkuvien lasikuitujen paksuus riippuu vetonopeudesta. Villoja valmistetaan puhaltamalla sulasta massasta pisaroita tai lankoja höyrysuihkuun, tai ohentamalla pisaroita sentrifugoinnin avulla. Valmistusprosessista johtuen lasi-, vuori- ja kuonavillat muodostavat kuituvyyhdin, jossa kuitujen paksuus vaihtelee hyvin paljon (IARC Monografia 2002). Lopputuotteen käyttötarkoituksesta riippuen valmistusprosessin lopussa kuitujen päälle voidaan ruiskuttaa pölynsidonta-aineita tai muita sideaineita kuten fenolihartseja, mineraaliöljyjä tai kuumuudenkestäviä polymeerejä, jotka lisäävät tuotteen kestävyyttä, käytettävyyttä ja joustavuutta (De Vuyst et al. 1995, IARC Monografia 2002). Teollisten mineraalikuitujen käyttö on lisääntynyt erityisesti asbestikuitujen käytön vähenemisen myötä. Tuotannosta 10 15 % on jatkuvia lasikuituja, joita käytetään sementin, muovien ja hartsimaisten materiaalien lujitteina, paperi- ja kumituotteissa, sekä tekstiileinä ja sähköeristeinä (kuva 1). Mineraalivillakuitujen tuotanto on yli 80 % teollisten mineraalikuitujen kokonaistuotannosta. Lasi-, vuori- ja kuonavillatuotteita käytetään rakenteiden lämpö- ja ääneneristemateriaaleissa, ilmanvaihtokanavien lämpöja ääneneristemateriaaleissa, ja sisätilojen äänenvaimennusmateriaaleissa kuten akustiikkalevyissä ja -paneeleissa. Vuori- ja kuonavillasta valmistetaan myös rakennusten paloeristeitä. Tulenkestäviä keraamisia kuituja (RCF) valmistetaan vain noin 1 2 % teollisten mineraalikuitujen kokonaistuotannosta ja niitä käytetään poltto- ja sulatusuunien eristeinä (IARC Monografia 2002, De Vuyst et al. 1995). 2.2 Mineraalikuitujen kokojakauma Kuiduksi kutsutaan partikkelia, jonka pituus suhteessa halkaisijaan on vähintään 3:1 ja jonka reunat ovat suunnilleen yhdensuuntaiset ( De Vuyst et al. 1995). Useimmat kuidut ovat siten muodoltaan sauvamaisia. Jotkut kuidut voivat kaventua päistään, kaartua tai niissä voi olla hartsin aiheuttamia pullistumia (Schneider 2001). 11
Mineraalivillakuitutuotteissa kuitujen pituudet voivat olla useita tuhansia kertoja halkaisijan läpimittaa suurempia. Tyypillisissä mineraalivillaeristeissä keskimääräisten kuitujen pituuksien arvioidaan olevan useita senttimetrejä eli yli 4000 -kertaisia kuidun keskimääräiseen halkaisijaan verrattuna. Akustiikkalevyissä käytetyt kuidut voivat olla useita millimetrejä pituudeltaan eli noin 1000 -kertaisia kuidun halkaisijaansa nähden. Koska mineraalivillakuidut ovat eristeissä, äänenvaimentimissa ja muissa tuotteissa sotkuisena vyyhtenä, ei pituuksien arvioiminen ole kovin helppoa (Christensen 1993). Jos kuitu irtoaa emomateriaalistaan se ei halkea kahtia pitkittäissuunnassa kuten asbestikuidut vaan katkeaa ainoastaan poikittaissuunnassa (Vallarino 2001, 2003). Irrallisina - eli aerosoleina - mineraalivillakuidut ovat pituudeltaan korkeintaan enää 50- kertaisia halkaisijaansa nähden. Schneiderin (2001) mukaan rakennusten sisäilmasta ja huonepinnoilta löydetyt kuidut ovat pituudeltaan 12 24 kertaisia halkaisijaansa nähden. Teollisten mineraalikuitujen halkaisijoiden tyypillisistä kokojakaumista löytyy kirjallisuudesta hieman erilaisia tietoja, mutta taulukosta 1 saa kuitenkin suuntaa antavaa käsitystä kuitujen halkaisijoista. Christensen 1993 on ilmoittanut kuitujen halkaisijan pituuspainotettuna aritmeettisena keskiarvona. De Vuyst et al. 1995 on käyttänyt kolmen eri lähteen tietoja kuitujen keskimääräisistä halkaisijoista. IARC Monografiasta 2002 löytyvät kaikkein yksityiskohtaisimmat tiedot. Mooren 2002 mukaan eriste- ja äänenvaimennusmateriaaleissa käytettyjen lasivillakuitujen halkaisijat ovat tyypillisesti 0,5-6 µm. Lähteestä ei käy ilmi luokitteleeko Moore lasimikrokuidut yhteen lasivillakuitujen kanssa. Taulukko 1. Teollisten mineraalikuitujen tyypillisiä halkaisijakokoja. Keskimääräinen halkaisija (µm ) Teollinen mineraalikuitu De Vuyst et al. 1995 Christensen 1993 IARC Monografia 2002 Jatkuva lasikuitu 5 16-3,3 25,4 Lasivilla 4 6 0,6 8,1 0,6 7,7 Lasimikrokuitu 0,1 3 Vuorivilla 4 6 2,4 5,3 2,4 5,3 Kuonavilla 3 8 RCF 1,2 3,5 2,3 3,9 2,4 3,8 Jatkuvien lasikuitujen halkaisijat eivät ole koskaan alle 3 µm ja näistä kuiduista valmistetun tuotteen kaikki kuidut ovat suunnilleen yhtä suuria halkaisijoiltaan. Mineraalivillakuidut voivat olla halkaisijaltaan yli tai alle 3 µm, ja mineraalivillakuiduista valmistettu tuote sisältää hyvin eri paksuisia kuituja (Schneider 2001). 2.3 Teollisten mineraalikuitujen terveysvaikutukset Teollisten mineraalikuitujen terveysvaikutukset ovat riippuvaisia kuitujen paksuudesta. Alle 3 µm halkaisijaltaan olevat kuidut, joita ovat vain siis mineraalivillakuidut, ovat 12
tarpeeksi pieniä kulkeutuakseen keuhkoihin saakka (Carter 1999, Schneider 2001). Koska mineraalivillakuidut eivät emomateriaalista irtauduttuaan pienene halkaisijaltaan, ne eivät tunkeudu kuitenkaan aivan yhtä helposti alahengitysteihin kuin asbestikuidut. Mineraalivillakuitujen syöpää ja keuhkosairauksia aiheuttavia vaikutuksia on tutkittu hyvin paljon. Tutkimuksia tai tutkimuskatsauksia ovat Simonato et al. 1986, De Vuyst et al. 1995, Sali et al. 1999, Marsh et al. 2001a, Marsh et al. 2001b, Stone et al. 2001, Berrigan 2002 ja Chiazze et al. 2002. Mineraalivillakuiduille altistumisen ja keuhkofibroosin tai keuhkopussin vioittumien välille ei ole löydetty yhteyttä (mm. Simonato et al. 1986, De Vuyst et al. 1995, Marsh et al. 2001a). Mineraalivillatuotteita valmistavissa tuotantolaitoksissa työskentelevät eivät sairasta muuta väestöä enemmän keuhkoputkentulehduksia, keuhkolaajentumatautia (emfyseemaa) tai astmaa (mm. Sali et al. 1999). Altistuminen mineraalivillakuiduille ei aiheuta myöskään kroonista keuhkoputkien ahtautumaa (eli obstruktiivista keuhkosairautta) (mm. Chiazze et al. 2002). Lasi-, vuorija kuonavillaa valmistavat työntekijät eivät myöskään altistu muuta väestöä enemmän keuhkosyövälle (Stone et al. 2001, IARC Monografia 2002). Kumpikaan mineraalivillakuiduille altistumisen mittareista (kuitujen keskimääräinen pitoisuus tai kumulatiivinen pitoisuus) ei korreloinut tilastollisesti merkitsevästi keuhkosyöpäriskin kanssa. Sekä lasivillaa että vuori- ja kuonavillaa valmistavissa tuotantolaitoksissa hieman muuta väestöä korkeammat keuhkosyöpätapaukset näyttävät johtuvan tupakoinnista (Marsh et al. 2001b). Useat mineraalivillakuidut liukenevat varsin nopeasti neutraaliin (ph 7,4) liuokseen ja poistuvat keuhkoista suhteellisen nopeasti eivätkä aiheuta rotille tai hamstereille tautia aiheuttavia keuhkomuutoksia suurinakaan pitoisuuksina (Hesterberg ja Hart 2002). IARC (International Agency for Research on Cancer) luokittelee lasi-, vuori- ja kuonavillakuidut, joita käytetään eriste- ja äänenvaimennusmateriaaleissa, sekä jatkuvat lasikuidut ryhmään 3: karsinogeenisuus ei ole luokiteltavissa. RCF-kuidut, joita käytetään poltto- ja sulatusuunien eristeinä, on luokiteltu ryhmään 2B: mahdollisesti karsinogeeninen ihmiselle (IARC Monografia 2002). Toimistotyöntekijät sekä päiväkodeissa, kouluissa ja sairaaloissa työskentelevät ovat kärsineet sen sijaan varsin paljon sairasrakennusoireista ja teollisten mineraalikuitujen arvellaan vaikuttavan osaltaan näihin oireisiin. Lähes 100 % yli 3 µm halkaisijaltaan olevista kuiduista jää ylähengitysteihin ja voi aiheuttaa ärsytysoireita nenässä ja nielussa. Lisäksi teolliset mineraalikuidut voivat aiheuttaa ärsytysoireita silmissä ja iholla. Ihoärsytys aiheutuu siitä, että kuitu lävistää ihon orvaskeden. (Stokholm et al. 1982). Halkaisijaltaan alle 5 µm olevat kuidut aiheuttavat hyvin vähän ihoärsytystä. 5 7,5 µm:n kuidut aiheuttavat kohtalaisen ärsytysreaktion ja 7,5 10 µm:n paksuiset kuidut ärsyttävät huomattavasti (Possick et al. 1970). Teolliset mineraalikuidut ärsyttävät silmiä samalla tavalla mekaanisesti kuin ihoakin. Jouduttuaan silmään kuidut voivat sojottaa eri suuntiin ja aiheuttaa kipua silmiä räpytettäessä tai hierottaessa (Stokholm et al. 1982). Mineraalivillakuiduille altistuneet ovat raportoineet kärsivänsä kirvelevistä tai vetistävistä silmistä, turvonneista silmäluomista ja näköhäiriöistä (Schneider ja Lundqvist 1986). Mineraalivillakuitujen epäillään lisäksi altistavan ylähengitysteiden tulehduksille. Ärsytysoireita selvittäneitä tutkimuksia käsitellään tarkemmin luvussa 3.5. 13
3. TEOLLISET MINERAALIKUIDUT SISÄYMPÄRISTÖSSÄ 3.1 Teollisten mineraalikuitujen käyttökohteet ilmanvaihtojärjestelmissä Teollisia mineraalikuituja käytetään ilmanvaihtojärjestelmissä seuraaviin tarkoituksiin: 1. suodatinmateriaalina 2. lämmöneristeenä 3. palosuojausmateriaalina 4. äänenvaimennusmateriaalina 3.1.1 Ilmanvaihtosuodattimet Suomessa käytettävät ilmanvaihtosuodattimet on tyypillisesti valmistettu joko lasivillasta tai synteettisestä muovikuidusta. Muistakin materiaaleista, kuten selluloosasta valmistettuja suodattimia on olemassa, mutta niiden käyttö on vähäisempää. Sairaaloita ym. kiinteistöjä palvelevien ilmanvaihtokoneiden tuloilmasuodattimet ovat lähes poikkeuksetta pussisuodattimia, jotka koostuvat 0,6 0,6 m kokoiseen metallikehikkoon kiinnitetyistä suodatinmateriaalista ommelluista pusseista. Lasivillasta valmistettujen suodattimien kuituemissioita on selvitetty useissa tutkimuksissa, mm. Johansson et. al. 1998, joiden perusteella vaikuttaa siltä, että ehjistä suodattimista irtoaa kuituja ilmanvaihtojärjestelmän normaalin toiminnan aikana. Uutta suodatinta ensimmäistä kertaa käyttöönotettaessa siitä saattaa irrota vähäisiä määriä kuituja, mutta emissio lakkaa pian. Toisaalta, runsaatkin kuituemissiot ovat mahdollisia, jos suodatin pääsee rikkoutumaan esimerkiksi hankauduttuaan jotakin terävää särmää vasten. 3.1.2 Lämmöneristeet Toinen merkittävä teollisten mineraalikuitujen käyttökohde ilmanvaihtojärjestelmissä ovat lämmöneristeet. Ilmanvaihtokoneelle virtaava ulkoilma on talvisin kylmää, joten ulkoilmakammion seinä, raitisilmakanava ja ilmanvaihtokoneen runko on lämpöeristettävä kondensoitumisen estämiseksi. Lämmöneriste on tässä tapauksessa myös suojattava sisäilman kosteudelta, joten se on yleensä koteloitu kahden peltilevyn väliin. Nämä lämmöneristeet eivät siis ole tuloilmavirran kanssa kosketuksissa. Lämmöneristystä käytetään myös tuloilmakanavissa etenkin, jos rakennuksessa on koneellinen jäähdytys. Tällöin eristyksellä estetään jäähdytetyn tuloilman lämpeneminen kanavistossa. Suomessa käytetään enimmäkseen pyöreitä kanavia ja tällöin eristys asennetaan poikkeuksetta kanavan ulkopinnalle. Kondensoitumisen ehkäisemiseksi käytetään yleensä alumiinifoliopintaista mineraalivillaa. Suorakaidekanavia käytettäessä eristys voidaan asentaa myös kanavan sisäpinnalle, jolloin kanavan seinämä toimii 14
kosteussulkuna eikä erillistä kondenssisuojausta tarvita. Sisäpuolelle asennettava eriste voi olla joko lasikuitukankaalla pinnoitettua tai käsittelemätöntä mineraalivillaa. Lasikuitukangas ehkäisee kuitujen irtoamista ja se kestää myös kanaviston puhdistuksen harjaamalla. Pinnoittamatonta, sisäpuolista eristystä ei Suomessa käytetä, koska se katsotaan liian riskialttiiksi ja mahdottomaksi puhdistaa, mutta se on tyypillinen ratkaisu lämpimämmän ilmaston maissa, kuten Yhdysvalloissa, jossa koneellisen jäähdytyksen käyttö on yleistä. 3.1.3 Paloeristeet Jos ilmanvaihtokanavia joudutaan viemään eri paloalueiden läpi, mikä on suurissa rakennuksissa tyypillistä, joudutaan tulipalon leviämisen ehkäisy kanavien kautta toteuttamaan kanaviin asennettavilla palopelleillä ja verhoamalla kanava palonkestävällä mineraalivillaeristeellä. Asianmukaisesti asennetut, ulkopuoliset palo- ja lämmöneristeet eivät toimi kuitulähteenä. Kuituemissiot ovat silti mahdollisia mm. huolimattoman asennustyön ja ilmavuotojen seurauksena. 3.1.4 Äänenvaimentimet Sisäympäristön kannalta tärkein teollisten mineraalikuitujen käyttökohde ilmanvaihtojärjestelmissä ovat äänenvaimentimet. Äänenvaimentimilla ehkäistään puhaltimien tuottaman voimakkaan melun kulkeutuminen kanavia pitkin huoneisiin, kanavissa ja säätölaitteissa syntyvien virtausäänten vaimentamiseen ja huoneessa syntyvien äänten leviämisen ehkäisyyn kanavien kautta. Lisäksi äänenvaimentimia tarvitaan ns. siirtoilmalaitteissa, joiden kautta ilmaa voidaan johtaa huonetilasta toiseen, esimerkiksi käytävältä WC-tiloihin. Ilmanvaihtokoneissa käytetään kahta äänenvaimenninratkaisua; puhallinkammion ym. sisäpintojen pintaan asennettua mineraalivillaa sekä ääntä absorboivasta materiaalista valmistettuja lamelleja, joiden välistä ilma virtaa. Usein käytetään molempia ratkaisuja samanaikaisesti. Sisäpintojen äänenvaimennusverhous on lähes poikkeuksetta rakennettu paikan päällä noin 5 cm paksuisesta mineraalivillasta, joka on päällystetty rei'itetyllä peltilevyllä. Joissain tapauksissa mineraalivillan pinnoitus reikäpellillä on saatettu jättää tekemättä, jolloin seurauksena on pahimmillaan ollut äänenvaimentimen hajoaminen ilmavirran kuluttavan vaikutuksen ansiosta. Lamellivaimentimissa käytetään nykyään yleensä tehdasvalmisteisia, kuitujen irtoamista ehkäisevällä pinnoitteella valmistetusta mineraalivillasta rakennettuja osia, mutta vanhoista järjestelmistä saattaa löytyä myös paikalla rakennettuja, pinnoittamattomia lamelleja. Uusissa järjestelmissä lamellit ovat irrotettavissa puhdistusta tai vaihtoa varten. Kuitujen irtoamisen ehkäisemiseksi ilmanvaihtokoneen sisäpinnoille asennettava mineraalivilla olisi syytä peittää lasikuitukankaalla tms. ilmaa läpäisevällä materiaalilla 15
ennen reikäpellin asennusta. Tiivistä muovikalvoa ei voida käyttää, koska sillä on haitallinen vaikutus äänenvaimennusominaisuuksiin. Olemassa olevien vaimentimien tapauksessa korjausvaihtoehtoina ovat koko äänenvaimenninrakenteen uusiminen, vaimentimen pinnoitus ilmaa läpäisevällä, mutta kuitujen irtoamista ehkäisevällä ja ilmavirran rasitusta kestävällä materiaalilla tai reikäpellillä päällystetyn vaimentimen käsittely sideaineella, joka liimaa kuidut toisiinsa ja estää niiden irtoamisen. Ilmanvaihtokanavissa käytetään yleensä tehdasvalmisteisia vaimentimia, jotka koostuvat yleensä reikäpellillä päällystetystä mineraalivillasta. Mikäli näitä epäillään kuitulähteiksi, korjausvaihtoehtoina ovat lähinnä sideainekäsittely tai äänenvaimentimien uusiminen esimerkiksi lasikuitukankaalla suojattuihin malleihin. Päätelaitteissa käytetään monia vaimenninratkaisuja, joihin kuuluu myös pinnoittamaton mineraalivilla. Nykyään on markkinoilla ns. hygieniamalleja, joissa käytetään esimerkiksi muovipohjaista, vaihdettavissa olevaa äänenvaimenninmateriaalia. Järkevin korjaustoimenpide lienee siis päätelaitteiden vaihto. 3.2 Sisäilman kuitupitoisuudet Teollisia mineraalikuituja on asuin-, liike- ja julkisten rakennusten sisäilmassa hyvin vähän verrattuna muihin sisäilman kuituihin. Suurin osa sisäilman kuiduista on orgaanisia kuituja, joiden lähteitä ovat paperituotteet, vaatteet ja huonetekstiilit. Teollisten mineraalikuitujen pitoisuuksia sisäilmassa selvittäneet tutkimukset on pääasiallisesti suoritettu rakennuksissa, joissa kuitujen lähteenä on sisäkattojen akustiikkalevyt, joita käytetään ääneneristykseen, kaikuvuuden vähentämiseen ja puheen erotettavuuden lisäämiseen. Näitä tutkimuksia voidaan kuitenkin käyttää vertailuaineistona, kun selvitetään ilmanvaihtojärjestelmän päästölähteiden merkitystä. Carter (1999) on selvittänyt USA:ssa 51 asuin- ja toimistorakennusten sekä päiväkotien sisäilman kuitupitoisuuksia ja havainnut, että alle 3 µm halkaisijaltaan olevista kuiduista vain 3 % on epäorgaanisia kuituja, ja näistä vain osa on mineraalivillakuituja. Mineraalivillakuitujen (< Ø 3 µm) pitoisuudet 32 rakennuksessa, joissa kuitujen kemiallinen rakenne selvitettiin tarkemmin, olivat alle 100 kuitua / m³. Vallarino 2001 esittää artikkelissaan amerikkalaisen Health Effects Instituten tuloksia vuodelta 1992, joiden mukaan julkisissa ja toimistorakennuksissa mitatut keskimääräiset teollisten mineraalikuitujen pitoisuudet vaihtelevat 220:stä 500:aan kuitua / m³ korkeimman mitatun pitoisuuden ollessa 6200 kuitua / m³. WHO:n (1991) raportin mukaan keskimääräiset alle 3 µm halkaisijaltaan olevien mineraalivillakuitujen pitoisuudet asuinrakennusten ja julkisten tilojen sisäilmassa ovat 40 200 kuitua / m³. Tässä raportissa tyypillisiksi ulkoilman kuitupitoisuuksiksi esitetään kaupunkiympäristössä 400 1700 kuitua / m³ ja maaseudulla 40 kuitua / m³. Schneider et al. 1996 esittää kirjallisuuskatsauksessaan korkeampia ulkoilman kuitupitoisuuksia: 100 8000 kuitua / m³ kaupunkiympäristössä ja 500 3500 kuitua / m³ maaseutuympäristössä. Tässä tutkimuksessa mineraalikuiduiksi on määritetty mineraalikuidut asbes- 16
tia lukuun ottamatta, jolloin on otaksuttava, että lukuarvot tarkoittavat teollisia mineraalikuituja. Sisäilman kuitupitoisuuksia on mitattu tanskalaisten päiväkotien, koulujen ja toimistojen tiloissa ainakin kahdessa tutkimuksessa (Schneider 1986, Schneider et al. 1990). Ensimmäisessä tutkimuksessa rakennuskohteet jaettiin kahteen ryhmään. Ryhmään A valittiin 11 koulua, joissa oli koneellinen ilmanvaihto. Kuudessa koulussa sisäkatot oli verhoiltu akustiikkalevyillä. Viidessä koulussa ei ollut akustiikkalevyjä vaan näistä neljän ilmanvaihtojärjestelmissä oli mineraalivillasta valmistettuja äänenvaimentimia ja viidennen ilmanvaihtokanavisto oli sisäpuolelta eristetty mineraalivillalla. Ryhmään B valittiin kohteita, joissa epäiltiin mineraalivillakuitujen aiheuttavan ongelmia. Ryhmän B kohteet olivat 4 päiväkotia, 1 koulu ja 1 toimistorakennus, joissa kaikissa sisäkattopinnat oli päällystetty akustiikkalevyillä. Sisäilman mineraalivillakuitupitoisuuksien keskiarvo ryhmän A kohteissa oli 76 kuitua / m³ halkaisijaltaan alle 3 µm oleville kuidulle. Halkaisijaltaan yli 3 µm olevia mineraalivillakuituja löytyi vain kahden koulun sisäilmasta ja lukumäärät jäivät hyvin pieniksi: 4 ja 10 kuitua / m³. Ongelmakohteiksi epäiltyjen rakennusten sisäilmasta löytyi selvästi korkeampia mineraalivillakuitupitoisuuksia: 3 päiväkodin, 1 koulun ja 1 toimistorakennuksen keskiarvoksi saatiin 1535 kuitua / m³ (Ø < 3 µm) ja 242 kuitua / m³ (Ø > 3 µm). Yhdessä päiväkodissa mitattiin tässä raportissa esitettyjen tutkimusten korkeimmat sisäilmapitoisuudet, jotka olivat yli kymmenkertaiset muihin maksimipitoisuuksiin verrattuna: 84 000 kuitua / m³ (Ø < 3 µm) ja 16 600 kuitua / m³ (Ø > 3 µm). Ryhmän B kohteissa myös muiden kuitujen kuin mineraalivillakuitujen pitoisuudet sisäilmassa olivat suuremmat kuin ryhmän A kohteissa. Toisessa tutkimuksessa selvitettiin edelleen tanskalaisten päiväkotien, koulujen ja toimistojen sisäympäristön kuitupitoisuuksia (Schneider et al. 1990). Kaikkien kohteiden sisäkattopinnat oli päällystetty akustiikkalevyillä. Akustiikkalevyn tyypistä riippuen alle 3 µm halkaisijaltaan olevien mineraalivillakuitujen pitoisuus sisäilmassa vaihteli 0:sta 1660:een kuitua / m³, mutta kaikkien kohteiden keskiarvo oli vain 82 kuitua / m³. Yli 3 µm halkaisijaltaan olevien mineraalivillakuitujen pitoisuus sisäilmassa vaihteli 0:sta 400:aan kuitua / m³ keskiarvon jäädessä 27:ään kuituun / m³. Kaikissa kohteissa muiden kuitujen pitoisuus sisäilmassa oli huomattavan paljon suurempi kuin mineraalivillakuitujen pitoisuus. Toimistorakennuksissa, joissa kuitujen kokonaispitoisuudet olivat muita rakennuksia selvästi pienempiä, muiden kuitujen kuin teollisten mineraalikuitujen keskimääräinen pitoisuus oli 20.000 kuitua / m³ (Ø < 3 µm) ja 7.000 kuitua / m³ (Ø > 3 µm). Skov et al. (1990) suoritti Tanskassa 14 eri toimistotyyppisessä rakennuksessa lukuisia sisäilmastoon liittyviä mittauksia, joihin kuuluivat sekä sisäilman mineraalivillakuitupitoisuuden että kokonaiskuitupitoisuuden selvittäminen. Skov ei erottanut halkaisijaltaan alle ja yli 3 µm olevia mineraalivillakuituja toisistaan. Kaikkien rakennusten keskimääräinen mineraalivillakuitupitoisuus oli 5 kuitua / m³. Keskimääräinen kokonaiskuitupitoisuus halkaisijaltaan alle 3 µm kuiduille 33 200 kuitua / m³ ja halkaisijaltaan yli 3 µm kuiduille 3 100 kuitua / m³. Skovin tutkimustuloksia on arvioitava kriittisesti, sillä hän suoritti mittaukset vain yhdessä toimistohuoneessa kussakin rakennuksessa. 17
Saksassa Tiesler (1993) on ottanut näytteitä 130 erilaisessa rakennuksessa (75 toimistoa, 12 koulua, 5 päiväkotia, 18 rakennustarvikeliikettä, 7 yksityisasuntoa). Jokaisen rakennuksen sisätiloissa oli päällystämättömiä mineraalivillalevyjä. Mineraalivillakuitujen keskimääräinen pitoisuus kaikkien rakennusten sisäilmassa oli 572 kuitua / m³ (Ø < 3 µm) minimiarvon ollessa alle määritysrajan ja maksimiarvon 5650 kuitua / m³. Mittausten mukaan mineraalivillakuitujen osuus kaikista epäorgaanista kuiduista sisäilmassa oli 15 17 %. Toisessa saksalaisessa tutkimuksessa Fischer (1993) selvitti yhdeksän toimiston, neljän koulun, yhden asunnon ja yhden kaupan sisäilman kuitupitoisuuksia, sillä kaikissa näissäkin kohteissa oli mineraalivillakuiduista valmistettuja kattolevyjä. Kuudessa kohteessa oli valitettu kattolevyistä irtoavasta kuitupölystä. Fischer havaitsi, että tutkituissa kohteissa sisäilman kuitupitoisuudet olivat korkeampia kuin ulkoilman pitoisuudet. Alle 3 µm halkaisijaltaan olevien mineraalivillakuitujen keskimääräinen pitoisuus sisäilmassa oli 310 kuitua / m³ ja ulkoilmassa 225 kuitua / m³. Taulukkoon 2 on koottu yhteen edellä esitettyjen tutkimusten tuloksia. Myöhemmin tässä raportissa tarkemmin käsiteltyjen tutkimusten Balzer (1971), Rindel (1987) ja Thriene (1996) kuitumittausten tulokset esitetään myös tässä taulukossa. Useimmat tutkimukset ovat ilmoittaneet myös sisäilmasta mitattujen muiden kuin teollisten mineraalikuitujen pitoisuudet (Ei-MMMF). Vaikka teollisten mineraalikuitujen (MMMF) keskimääräiset pitoisuudet sisäilmassa eivät ole kovin korkeita, ovat yksittäisten näytteiden pitoisuudet olleet varsin korkeita, ja ovat saattaneet ylittää jopa ulkoilman pitoisuudet. Schneiderin 1986 tutkimuksessa yhden päiväkodin yhdessä huoneessa mitatut sisäilman mineraalivillakuitupitoisuudet ylittivät kirkkaasti jopa saman kohteen muiden kuin teollisten mineraalivillakuitujen pitoisuudet. Tämä on poikkeuksellinen tulos, jollaista ei saavuteta, jos sisäympäristön kuitulähteet pidetään kunnossa ja huolletaan ajoissa. 18
Taulukko 2. Ulko- ja sisäilman keskimääräisiä kuitupitoisuuksia eri tutkimuksissa (vaihteluväli suluissa, jos ilmoitettu). Rakennukset ja näytteiden lkm 1 yliopistorakennus (n>100) 10 rakennusta (n<100) 10 toimistorak., 8 hotellia, 12 asuntoa, 2 muuta rakennusta (n=45) 9 toimistoa, 4 koulua, 1 asunto, 1 kauppa 12 päiväkotia, näytteet 16 huoneesta 11 koulua (n = 68) 3 päiväkotia, 1 toimistorak., 1 koulu (n = 6 9) 1 päiväkoti (n= 1 2) Ulkoilma (kuituja / m³) Ei- MMMF MMMF Ei- MMMF Ø < 3 µm 1 510 260 (500 2 600) (100 560) 1 350 A (100 2600) 3 330 4 470 8 160 A 1 400 B < 100 2 400 (0 13 300) (100 20 000) Sisäilma (kuituja / m³) Ei- MMMF Ø > 3 µm 1450 225 1 450 - - - - - 160 000 (119000 196000) - 15 740 (9 900 30 400) - 112 000 (44000 218000) MMMF Ø < 3 µm 170 (50 550) 3 600 (<100 9 000) MMMF Ø > 3 µm Lähde Balzer 1971 Balzer 1971 600 < 100 - Carter 1999 12 000 (8700 16000) 520 (278 709) 2 580 (am 6 900) 310 (0 1 250) - Fischer 1993 41-110 (10 160) C 23-40 (0 77) C Rindel 1987 76 7 D Schneider (0 356) (am 10) 1986 1 535 (230 2 900) 242 (am 650) Schneider 1986 - - 73 000 3 700 84 000 16 600 Schneider 1986
105 huonetta päiväkodeissa, kouluissa ja toimistoissa (n=203) 14 toimistotyyppistä rakennusta (n = 14) 1 toimistorakennus, näytteet 6 huoneesta 75 toimistorak., 12 koulua, 5 päiväkotia, 18 rakennustarvikeliikkettä, 7 yksityisasuntoa (n=134) toimisto- ja julkisia rakennuksia julkisia ja asuinrakennuksia - - - 476 000 (0 907 000) - 33 200 (18.500 59 100) 137 000 (0 299 000) 3 100 (700 5000) 82 (0 1 660) 5 (0 60) 27 (0 400) Schneider 1990 Skov 1990 - - - - 1000 3 500 100-200 Thriene 1996 4 654 E 4 005 E (am 31 800) 572 (am 5650) 220 500 (max. 6200) - Tiesler 1993 Vallarino 2001 400 1700 F - 40-200 - WHO 1991 40 G A Kiteiset, epäorgaaniset luonnonkuidut (asbesti), muut mineraalikuidut, biologisperäiset kuidut (eläimistä ja hyönteisistä, kasveista, hiivasienistä), teolliset orgaaniset kuidut (nylon, raion, orlon) ja tunnistamattomat kuidut B Viiden rakennuksen ulkopuolelta mitatut kuitupitoisuudet C Suluissa 95 %:n luotettavuusväli D Ø > 3 µm MMMF-kuituja löydettiin vain kahdesta koulussa E Epäorgaaniset kuidut ja kalsiumsulfaattikuidut (kipsikuidut) F Kaupunkiympäristössä G Maaseudulla am = alle määritysrajan 20
3.3 Ilmanvaihtojärjestelmien kuitupäästöt Ilmanvaihtojärjestelmien teollisten mineraalikuitutuotteiden kuitupäästöjä sisäympäristöön on tutkittu sekä käytössä olevissa rakennuksissa että laboratorioissa. Balzer (1971) on selvittänyt, kuinka paljon teollisia mineraalikuituja irtoaa 13 ilmanvaihtojärjestelmän sisäpuolelta lämpöeristetyistä ilmanvaihtokanavista. Ilmanvaihtojärjestelmät valittiin 30:stä tarjolla olleesta kohteesta edustamaan mahdollisimman erityyppisiä järjestelmiä. Tutkituissa rakennuksissa eristettyjen kanavaosuuksien pituudet vaihtelivat huomattavasti. Balzer ei kerro, olivatko ilmanvaihtojärjestelmien lämmöneristemateriaalit pinnoitettuja. Tutkimuksessa saatiin selville, että suodattimen ja puhaltimen jälkeen kanavien ilmavirrassa oli aina vähemmän teollisia mineraalikuituja kuin ulkoilmassa (taulukko 3). Rakennuksen sisäilman kuitupitoisuudet korreloivat paljon paremmin ulkoilman pitoisuuksien kuin ilmanvaihtokanavien ilmavirrasta mitattujen pitoisuuksien kanssa. Balzer päätteli, että ulkoilman mineraalikuidut tarttuivat pääasiallisesti ilmanvaihtosuodattimiin ja ilmanvaihtokanavien eristemateriaalista mahdollisesti irtoavat kuidut laskeutuivat ja jäivät kiinni ilmanvaihtojärjestelmään, toisin sanoen kanavien pohjalle ja saumoihin ja mahdollisesti tuloilmalaitteisiin. Tutkimus tehtiin Kaliforniassa San Franciscossa, mikä voi selittää kymmenen kohteen yllättävän korkeat ulkoilmapitoisuudet. Taulukko 3. Ilmavirrasta mitattuja teollisten mineraalikuitujen ja muiden kuitujen keskimääräisiä pitoisuuksia 13 ilmanvaihtojärjestelmässä (Balzer 1971). Ilmanvaihtojärjestelmä Ulkoilma (kuituja / m³) Ilmavirrassa suodattimen jälkeen (kuituja / m³) Tuloilmakanavassa, ilmavirrassa (kuituja / m³) Rakennuksen sisäilmassa (kuituja / m³) MMMF Muu B MMMF Muu MMMF Muu MMMF Muu 1 A 260 1 510 50 240 30 0.15 170 1.350 2 270 2 420 - - 50 - - - 3 * * 110 220 20 0.14 - - 4-13 4 470 3 330 - - 1 220 1 430 3 600 8 160 A Ilmanvaihtojärjestelmistä 1 3 otettiin useita satoja näytteitä, siksi niiden tulokset on ilmoitettu erikseen. B Muu = muut kuidut tarkoittaen kiteisiä, epäorgaanisia luonnonkuituja (asbesti), muita mineraalikuituja, biologisperäisiä kuituja (eläimistä ja hyönteisistä, kasveista, hiivasienistä), teollisia orgaanisia kuituja (nylon, raion, orlon) ja tunnistamattomia kuituja. * Ulkoilmapitoisuudet olivat todennäköisesti lähellä järjestelmien 1 ja 2 pitoisuuksia. Hays 1991 on tutkinut mineraalivillaeristeellä vuorattuja ilmanvaihtokanavia laboratorio-olosuhteissa. Kanavassa kulkevasta (12,2 m/s) ilmavirrasta mitattiin kuitupitoisuuksia ennen ja jälkeen eristetyn kanavaosuuden, jossa oli myös yksi 90 º:n mutka. Mineraalivillaeristeellä vuoratun kanavaosuuden pituus ennen mutkaa oli 2,4 m ja mutkan jälkeen 4,9 m. Mittausjaksoksi valittiin 120 tuntia. Kuitupitoisuuksia mitattiin kahdella
eri menetelmällä. Molemmissa menetelmissä eristetyn kanavaosuuden jälkeen mitatusta kuitupitoisuudesta vähennettiin eristettyä kanavaa ennen mitattu kuitupitoisuus. Tutkimuksen tulokset on esitetty taulukossa 4. Taulukko 4. Testikanavassa kahdella eri menetelmällä mitatut keskimääräiset kuitupitoisuudet (Hays 1991). Suluissa 95 %:n luotettavuusväli. Näytteiden lukumäärä oli 14. Mittausmenetelmä Mineraalivillakuidut (kuituja / m³) (n=14) NIOSH 7400A 0,6 (0,25 0,95) NIOSH 7400B 0,24 (-0,12 0,61) Muut kuidut (kuituja / m³) (n=14) 1,47 (-2,19 3,16) 0,85 (-0,37 2,06) Negatiiviset tulokset tarkoittavat sitä, että ennen eristettyä kanavaosuutta mitattu kuitupitoisuus on ollut korkeampi kuin eristetyn kanavaosuuden jälkeen mitattu pitoisuus. Koska mitatut kuitupitoisuudet olivat tavattoman pieniä, tilastollisesti tyydyttäviä tuloksia oli vaikea saavuttaa. Tutkimus vahvisti kuitenkin tutkijoiden aiempia käsityksiä siitä, että ilmanvaihtokanavien ilmavirtaan irtoaa lasivillaeristemateriaalista hyvin vähän mineraalivillakuituja. Toisaalta on otettava huomioon, että eristemateriaali oli varta vasten laboratoriotutkimusta varten hankittu, leikattu ja teipattu paikoilleen. Tutkijat olettivat, että ilmanvaihtojärjestelmän lämmöneristemateriaalista irtoaa eniten kuituja uutena, kun tuoreen materiaalin pinnasta ilmavirta irrottaa irtonaisiksi jääneet kuidut. Todellisuudessa lämmöneristevillasta saattaa irrota enemmän kuituja vasta vuosien käytön jälkeen, kun ilmavirta on ehtinyt kuluttaa materiaalin pintakerrosta. Ilmanvaihtojärjestelmän äänenvaimennusmateriaalista irtoavia kuituja on tutkittu laboratorio-olosuhteissa myös suomalaisen tutkijajoukon toimesta (Tolvanen et al. 1993). Tutkittaviksi materiaaleiksi valittiin kolme erilaista lasivillamateriaalia ja viisi vuorivillamateriaalia. Yksi lasivillasta valmistettu ja kolme vuorivillasta valmistettua äänenvaimennusmateriaalia oli pinnoitettu. Pinnoiteaineesta tai materiaalista ei ole annettu tarkempia tietoja. Äänenvaimennusmateriaali asetettiin koehuoneeseen 7-8 m/s:n ilmavirtaan ja koehuoneen ilman hiukkaspitoisuus sekä materiaalista irtoavat kuidut mitattiin vähintään 24 tuntia kestäneen kokeen aikana. Kokeessa selvitettiin myös kuinka paljon kuituja irtoaa äänenvaimennusmateriaalista, joka oli ensin kastunut ja kuivunut tai jonka päälle oli asetettu reikäpelti. Materiaaleista irronneet kuidut kerättiin polykarbonaattisuodattimille ja analysoitiin optisella mikroskoopilla. Kokeen tulokset on esitetty taulukossa 5. 22
Taulukko 5. Äänenvaimennusmateriaalien kuitujen irtoamista selvittäneiden kokeiden tulokset. A H ovat eri äänenvaimennusvalmisteita, kk = kasteltu ja kuivattu (Tolvanen et al. 1993). Lasivillamateriaali Valmiste Vuorivillamateriaali Valmiste Kuituja / m³ A 1 7 B 1 pinnoitettu 4 A 1 13 B 1 pinnoitettu 7 D 5 B pinnoitettu + kk 30 D 3 B pinnoitettu + reikäpelti + kk 10 D 2 + reikäpelti 14 C 1 8 D 2 + reikäpelti 11 C 1 10 E pinnoitettu 16 F pinnoitettu 2 E pinnoitettu 19 F pinnoitettu + reikäpelti 14 E pinnoitettu + reikäpelti 23 G pinnoitettu 2 E pinnoitettu + reikäpelti 27 G pinnoitettu 12 E pinnoitettu + kk 8 F pinnoitettu + kk 8 F pinnoitettu + reikäpelti + kk 5 H 18 H 13 H + reikäpelti 24 H + reikäpelti + kk 6 H + kk 15 H + kk 5 1 Vanha, käytetty materiaali 2 Pinta sahattu kokeita varten Kuituja / m³ Vanhasta äänenvaimennusmateriaalista ei näyttänyt irtoavan enemmän kuituja kuin uudesta materiaalista. Eniten kuituja irtosi pinnoitetusta lasivillamateriaalista, jonka päällä oli reikäpelti, pinnoittamattomasta vuorivillamateriaalista, jonka päällä oli reikäpelti ja eräästä uudesta pinnoitetusta vuorivillamateriaalista (B), joka oli kasteltu ja kuivattu. Muissa tapauksissa kastuneet ja kuivuneet materiaalit eivät emittoineet suuria kuitupitoisuuksia. Verrattaessa tuloksia ilmanvaihtojärjestelmän eristemateriaaleista irtoavia kuituja selvittäneisiin tutkimuksiin huomataan, että pitoisuudet olivat selvästi korkeammat kuin Haysilla (1991), mutta ovat verrattavissa Balzerin (1971) ilmanvaihtojärjestelmien 1 3 tuloilmasta mitattuihin tuloksiin, jolloin ulkoilman kuitupitoisuus on ollut kohtuullisella tasolla. Edellä esitellyt kolme tutkimusta antavat aiheen olettaa, että ilmanvaihtokanavien lämmön- tai ääneneristysmateriaalista ei irtoa sisäilmaan ainakaan enempää kuituja kuin rakennusten huonetilojen sisäpinnoilla olevista akustiikkalevyistä tai muista sisälähteistä. Rakennusten sisätilojen pölynäytteistä löydetään kuitenkin sisäilmastokartoitusten yhteydessä jatkuvasti teollisia mineraalikuituja, joiden on epäilty aiheuttavan rakennuk- 23
sessa työskenteleville oireita (Vallarino 2001). Tuloilmakanavistojen pölyn koostumusta selvittäneissä tutkimuksissa on kanavapölyn havaittu hyvin usein sisältäneen teollisia mineraalikuituja. Suomalainen et al. 1998 ja Puhakka et al. 2003 raportoivat tutkimuksissaan, että 75-87 % kanavapölynäytteistä on sisältänyt mineraalivillakuituja, ja Suomalaisen mukaan näytteissä on tavattu myös lasikuituja. Tutkimuksissa ei ole kuitenkaan selvitetty mineraalivillakuitujen lukumäärää esimerkiksi yhdessä grammassa kanavapölyä. Uudenmaan aluetyöterveyslaitos on sen sijaan mitannut ilmanvaihtojärjestelmien teollisten mineraalikuitujen pitoisuuksia menetelmällä, jolla on saatu kvantitatiivisia tuloksia. Kuitujen lukumäärä ilmanvaihtojärjestelmässä on selvitetty ottamalla tuloilmakanavan pohjalta teippinäyte, josta teollisten mineraalikuitujen määrä selvitetään valomikroskoopin avulla. Pääkaupunkiseudulla sijaitsevan 14 rakennuksen (13 toimistorakennuksen ja 1 liikerakennuksen) ilmanvaihtojärjestelmän kuitupitoisuuksia on esitetty taulukossa 6 (Lappalainen et al. 2003). Taulukko 6. Teollisten mineraalikuitujen pitoisuuksia 14 rakennuksen tuloilmakanavissa (Lappalainen et al. 2003). Teolliset mineraalikuidut n = 14 (kuituja / cm²) keskiarvo 18,4 mediaani 6,5 minimiarvo < 0,1 maksimiarvo >100 Tutkimuksen tuloksia arvioitaessa on huomattava, että kunkin rakennuksen tuloilmakanavistosta on otettu vain yksi näyte. Tulokset antavat kuitenkin osviittaa siitä, kuinka paljon teollisia mineraalikuituja ilmanvaihtokanavistoissa voi ylipäänsä esiintyä. Lappalaisen mukaan tutkittujen kohteiden tuloilmakanavien pinnalta irtosi mitattaessa kuituja myös kanavien puhdistamisen jälkeen. Koska rakennusten tuloilmajärjestelmät ovat voineet olla useita kymmeniä vuosia käytössä ennen kuin ne on puhdistettu, ei ole mitään syytä olettaa, etteikö useimmissa ilmanvaihtojärjestelmissä, joissa on käytetty mahdollisesti lasikuitukankaalla päällystettyjä mineraalivillatuotteita, olisi irrallisia mineraalivillakuituja, lasikuituja tai villanöyhtää. Ilman suuri liikenopeus tuloilmakoneessa ja kanavistossa voi ajan myötä kuluttaa äänenvaimennusmateriaalien pintoja niin, että teollisia mineraalikuituja irtoaa ilmanvaihtojärjestelmään. Tämän lisäksi kanavien puhdistamisen tai muiden huoltotoimenpiteiden aikana äänenvaimennusmateriaaleista ja ilmanvaihtokanavien lämmöneristeistä irtoaa kuituja, jotka saattavat jäädä tai kulkeutua ilmanvaihtojärjestelmän sisäpuolelle. 24