Sisäilmastoseminaari 2013 79 ILMANVAIHDON VAIKUTUS TYÖSUORIUTUMISEEN JA VIIHTYVYYTEEN TOIMISTOTYÖSSÄ - LABORATORIOKOE Henna Maula, Annu Haapakangas, Viivi Moberg, Valtteri Hongisto ja Hannu Koskela Työterveyslaitos, Sisäympäristölaboratorio, Turku, henna.maula@ttl.fi TIIVISTELMÄ Tavoitteena oli tutkia ilmanvaihdon vaikutusta työsuoriutumiseen, viihtyvyyteen ja koettuihin oireisiin vertaamalla pienen (2 l/s/hlö) ja suuren (28 l/s/hlö) ilmanvaihdon tilannetta lämpötilan ollessa vakio (23,5 C). Vastaavat hiilidioksidipitoisuudet olivat 2200 ppm ja 600 ppm. Tilassa ei ollut poikkeavia materiaaliemissiolähteitä. Kaikkiaan 36 koehenkilöä osallistui tutkimukseen avotoimistolaboratoriossa. Työsuoriutumista mitattiin kuudella testillä ja viihtyvyyttä, oireita sekä itsearvioitua työsuoriutumista mitattiin kyselyillä. Pienen ilmanvaihdon ei havaittu heikentävän työsuoriutumista. Ilmanvaihdon pienentäminen ei vaikuttanut myöskään oireisiin eikä tunkkaisuuden kokemiseen mutta koettua kuormittuneisuutta se lisäsi. Itsearvioituun työsuoriutumiseen ilmanvaihdolla ei ollut vaikutusta. Tutkimustulos on merkittävä mietittäessä ilmanvaihdon tulevaisuuden tavoitetasoja. JOHDANTO Toimistoissa ihmisen tuottamat päästöt heikentävät huoneen ilmanlaatua rakenteista ja sisustusmateriaaleista vapautuvien päästöjen ohella. Hiilidioksidia (CO 2 ) käytetään yleisesti ihmisen tuottamien päästöjen määrän indikaattorina. Sen taustapitoisuus ulkoilmassa on alle 400 ppm. Standardissa EN 15251 raitisilmamäärän minimiksi annetaan ihmiskuormaa varten 10, 7 ja 4 l/s/hlö luokissa I, II ja III /1/. Rakentamismääräysten mukainen enimmäisarvo hiilidioksidipitoisuudelle on 1200 ppm ja Sisäilmastoluokituksen parhaassa luokassa pitoisuus alittaa 750 ppm /2/. Kirjallisuuden mukaan ilmanvaihdon määrä vaikuttaa ainakin somaattiseen oireiluun, työsuoriutumiseen, vireystilaan sekä yleiseen viihtyvyyteen /3/. Aiemmissa laboratoriossa tehdyissä koehenkilötutkimuksissa lämpötila on tyypillisesti kohonnut ilmanvaihdon pienentämisen yhteydessä tai tilaan on tuotu erillinen saastelähde, kuten likainen matto. Kirjallisuudesta puuttuu tutkimus, jossa ilmanlaatua heikentävät pääasiassa ihmiset, ja jossa osoitettaisiin pelkästään raitisilman määrän vaikutus ihmisen kokemukseen ja suoriutumiseen. TAVOITE Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia ilmanvaihdon vaikutusta työsuoriutumiseen, viihtyvyyteen ja koettuihin oireisiin. Tutkimuksessa verrattiin työsuoriutumista, viihtyvyyttä ja oireita pienen (2 l/s/hlö, 2200 ppm) ja suuren (28 l/s/hlö, 600 ppm) ilmanvaihdon aikana lämpötilan vastatessa neutraalia lämpötilaa ja materiaalipäästöjen ollessa pieniä. Tässä tutkimuksessa ei käsitelty tilanteita, joissa ilmanlaatua heikentää
80 Sisäilmayhdistys raportti 31 rakennuksessa oleva vika, vaan keskityttiin ns. terveissä rakennuksissa esiintyviin ilmiöihin ja siihen, miten raitisilmamäärä vaikuttaa ihmisiin. MENETELMÄT Koe toteutettiin Työterveyslaitoksen avotoimistolaboratoriossa (82 m 2 ) Turussa syksyllä 2011 (kuva 1). Ilmanvaihtotilanteita oli kaksi. Suuren ilmanvaihdon tilanteen järjestäminen ei vaatinut erityistoimenpiteitä vaan tilan ilmastointi toteutettiin normaaliin tapaan. Pienen ilmanvaihdon tilanteessa joukko tutkijoita työskenteli tilassa ennen koehenkilöiden saapumista aikaansaaden kohonneen CO 2 -pitoisuuden ja muun vastaavan ihmisperäisen epäpuhtauskuorman. CO 2 -pitoisuus pysyi vakiona koko koetilanteen ajan. Koetilanteiden välillä muuttuvista sisäympäristötekijöistä mitattiin ulkoilmavirta, CO 2 - pitoisuus, hiukkaspitoisuus ja TVOC-pitoisuus. Jokaisessa hiukkaskokoluokassa hiukkaspitoisuus lähes kaksinkertaistui pienen ilmanvaihdon tilanteessa verrattuna suuren ilmanvaihdon tilanteeseen. Muut sisäympäristötekijät, kuten lämpötila, suhteellinen kosteus, taustamelutaso ja valaistus, olivat ohjearvojen mukaisia (taulukko 1). Tilassa olevat materiaalit olivat päästöiltään normaaleja. 8.9 x 9.4 x 2.6 82 m2 Kuva 1. Vasemmalla avotoimistolaboratorion pohjakuva. Tuolilla on merkitty kokeen aikana miehitetyt työpisteet. Taulukko 1. Koetilanteissa mitattujen sisäympäristötekijöiden keskiarvot. Sisäympäristötekijä Suuri ilmanvaihto Pieni ilmanvaihto CO 2 pitoisuus [ppm] 500 600 2100 2400 Ulkoilmavirta [l/s/hlö] 28 2.3 TVOC [µg/m 3 ] 70 320 Huoneilman lämpötila [ C] 23.6 23.4 Suhteellinen kosteus [%] 32 45 Taustamelutaso [dba] 40 40 Valaistusvoimakkuus [lx] 500 500
Sisäilmastoseminaari 2013 81 Kokeeseen rekrytoitiin 36 koehenkilöä (21 naista ja 15 miestä). Koehenkilöt olivat 19 35 vuotiaita (keskiarvo 25 vuotta) ja äidinkieleltään suomenkielisiä. Jokainen koehenkilö kävi molemmissa ilmanvaihdon koetilanteissa eri päivinä. Tutkimusasetelmana oli toistettujen mittausten asetelma, jossa jokainen tutkittava toimii itse itsensä vertailukohtana. Huoneessa oli kerrallaan 5-6 hengen koeryhmä. Ilmanvaihtotilanteet vastabalansointiin koeryhmien välillä. Puolet koehenkilöistä kävi ensin pienen ilmanvaihdon tilanteessa ja puolet suuren ilmanvaihdon tilanteessa. Näin järjestyksen vaikutukset, kuten oppimisvaikutukset, saatiin kontrolloitua. Koehenkilöitä ohjeistettiin pukeutumaan housuihin, pitkähihaiseen ohueen paitaan, jonka alla on t-paita, sukkiin ja matalavartisiin kenkiin. Vaatteiden ja toimistotuolin arvioitu lämmöneristävyys oli yhteensä 0.83 clo. Koehenkilön pääasiallinen toiminta oli tietokoneella kirjoittaminen. Koehenkilön arvioitu aktiivisuustaso oli 1.1 met. Tutkimukseen valittu lämpötila 23.5 C vastaa neutraalia, kun henkilön aktiivisuustaso ja vaatteiden lämmöneristävyys ovat yllämainittujen arvioiden mukaisia /4/. Lämpötila pidettiin vakiona kummassakin ilmanvaihtotilanteessa ja lämpöviihtyvyyttä selvitettiin varmuuden vuoksi 7-portaisella lämpöviihtyvyysasteikolla. Koetilanne kesti 3.5 tuntia (kuva 2). Ensimmäinen tunti käytettiin totuttautumiseen ja tehtävien harjoitteluun. Totuttautumisjaksoa seurasi lyhyt tauko, jonka aikana koehenkilöillä oli mahdollisuus käydä vessassa. Tämän jälkeen suoritusmittaukset aloitettiin. Suoritusmittaukset jaettiin kahteen tehtäväjaksoon, joiden välissä oli jälleen lyhyt (vessa)tauko. Tauot eivät olleet virkistäviä taukoja. Työsuoriutumista mitattiin objektiivisesti kuudella testillä. Viihtyvyyttä, oireita (päänsärkyä, nenä-, kurkku, ja silmäoireita, väsymystä, huonovointisuutta ja keskittymisvaikeuksia), sekä subjektiivista työsuoriutumista mitattiin kyselyillä. Suoritustestit mittasivat mm. psykomotoriikkaa, tarkkaavaisuutta, työmuistin eri osa-alueita, tiedonhakua ja pitkäkestoista muistia /5/. Suoritusmittauksista ja kyselyistä saatu aineisto analysoitiin tilastollisin menetelmin (Statistics 18.0, SPSS Inc). Analyyseissä käytettiin muuttujasta riippuen toistettujen mittausten t-testiä, toistettujen mittausten varianssianalyysia tai epäparametrista Wilcoxonin testiä. Analyyseissä käytettiin 95 % luottamusväliä. Tilastollisesti merkitsevän muutoksen rajana oli p<.05. Kuva 2. Koetilanteen proseduuri. Proseduuri oli sama molemmissa ilmanvaihdon tilanteissa. TULOKSET Ilmanvaihdon ei havaittu vaikuttavan kognitiiviseen työsuoriutumiseen. Ilmanvaihdolla ei ollut tilastollisesti merkitsevää vaikutusta motoriseen suoritukseen, tarkkaavaisuuteen, työmuistin eri osa-alueisiin eikä tiedonhaun oikeiden vastauksien määrään.
82 Sisäilmayhdistys raportti 31 Pienen ilmanvaihdon seurauksena koettiin merkitsevästi enemmän energian ja motivaation puutetta, mutta molemmissa tilanteissa puutteet olivat hyvin lieviä (p<.05, kuva 3a). Koettu kuormittuneisuus oli merkitsevästi korkeampaa pienen ilmanvaihdon tilanteessa (p<.05, kuva 3b). Itsearvioituun työsuoriutumiseen ilmanvaihdolla ei ollut kuitenkaan vaikutusta. Ilmanvaihdon pienentäminen ei vaikuttanut tilastollisesti merkitsevästi mihinkään tutkittuihin oireisiin. Ilmanvaihdon pienentäminen ei myöskään lisännyt tunkkaisuuden kokemista. Ilmanvaihdolla ja altistusajalla on kuitenkin yhteisvaikutus tunkkaisuuden kokemiseen (p<.05); ensireaktiona pieni ilmanvaihto koettiin tunkkaisempana, mutta ero hävisi nopeasti tottumisen myötä (kuva 4). Myöskään hajuista ei koettu haittaa kummassakaan tilanteessa. Koehenkilöt eivät siis havainneet ilmanvaihdon olevan pieni tai ilmanlaadun olevan huonompi. Sekä pienen että suuren ilmanvaihdon koetilanteissa lämpöolosuhteet sekä työskentelyolosuhteet kokonaisuutena koettiin samanlaisiksi. Kuva 3. a) Energian ja motivaation puutteen keskiarvot eri koetilanteissa. b) Koettu kuormittuneisuus keskimäärin koetilanteen eri vaiheissa. Kuva 4. Tunkkaisuuden kokemisen keskiarvo kokeen eri vaiheissa.
Sisäilmastoseminaari 2013 83 JOHTOPÄÄTÖKSET Vaikuttaisi siltä, että kun lämpötila pidetään sopivana, ilmanvaihdon pienentäminen tässä tutkitulle tasolle ei aiheuttaisi merkittävää haittaa työsuoriutumiselle, viihtyvyydelle tai oireille ainakaan alle 4 tunnin altistusajalla materiaalipäästöjen ollessa normaaleja. Tulos ei vastaa yleistä käsitystä. Tutkimustulos on merkittävä mietittäessä ilmanvaihdon tavoitetasoja tulevaisuuden toimistoissa. Kokeen aikana lämpötilan ei annettu kohota samalla kun ilmanvaihtoa pienennettiin, toisin kuin käytännön tilanteissa usein tapahtuu. Lisäksi tutkimus tehtiin ns. terveen talon ympäristössä, jossa materiaalipäästöt olivat pieniä eikä hajuhaittoja raportoitu pienenkään ilmanvaihdon aikana. Tutkimuksen perusteella herääkin kysymys, mikä on ilmanlaadun kannalta tarvittava ilmanvaihdon taso, jos kyse on terveestä rakennuksesta joka ei itsessään heikennä ilmanlaatua ja jossa tilan materiaalipäästöt ovat pienet sekä lämpötila on kontrolloitu. Tutkimus ei kuitenkaan ota kantaa koettuihin oireisiin yli neljän tunnin altistusajalla, eikä sairastumisiin, kuten virusten leviämiseen avotoimistoissa, ja näkökulma on siksi rajallinen. Riittävä ilmanvaihto on tietenkin välttämätön, jotta ihmis- ja materiaaliperäisten epäpuhtauksien pitoisuudet tilassa voidaan pitää halutuissa rajoissa. Kysymys kuuluu, mikä on ilmanlaadun ja energiankulutuksen kannalta riittävä ja optimaalinen taso? ASHRAE 62.1 /6/ esittää minimi-ilmanvaihdon määräksi pelkälle ihmisperäiselle epäpuhtauskuormalle 2.5 l/s/hlö, mikä on lähellä tämän kokeen pientä ilmanvaihtoa. Standardi perustuu tilassa olevien ja olosuhteisiin adaptoituneiden henkilöiden kokemaan ilmanlaatuun. EN 15251 /1/ taas esittää vastaaviksi minimimääriksi 10, 7 ja 4 l/s/hlö luokissa I, II ja III. Siinä perusteena on tilaan saapuvien henkilöiden kokema ilmanlaatu. Standardien perusteena olevien tutkimustapojen ero näkyy myös tässä tutkimuksessa, sillä pienen ilmanvaihdon tilanteessa huoneilma koettiin tunkkaisemmaksi tilaan tultaessa, mutta olosuhteisiin adaptoitumisen jälkeen koehenkilöt eivät huomanneet tilanteiden välillä mitään eroa. Standardia EN 15251 ollaan päivittämässä /7/. Tämä koetulos tukee artikkelissa ehdotettua suuntaa, että minimimääriä voitaisiin tarkistaa alaspäin sellaisissa toimitiloissa, joissa voidaan olettaa materiaalipäästöjen olevan pieniä. KIITOKSET Tämä tutkimus toteutettiin TOTI hankkeessa, jonka loppuraportti on ladattavissa sivulla www.ttl.fi/toti. Hanketta rahoittivat Tekes ja 15 yritystä. LÄHDELUETTELO 1. EN 15251 (2007), Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics. CEN, Brussels. 2. Sisäilmastoluokitus 2008. Sisäilmayhdistys r.y., julkaisu 5, Helsinki, 2008 3. David P. Wyon and Pawel Wargocki (2006), Indoor air quality effects on office work, Chapter 12 in book by Clements-Croome (editor), D. (2006) Creating the Productive Workplace. 2 nd edition, Taylor & Francis, New York, USA.
84 Sisäilmayhdistys raportti 31 4. ISO 7730:2005, Ergonomics of the thermal environment. Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. Genève: International Organisation for Standardisation; 2005. 5. Östman L, Haapakangas A, Häggblom H, Hongisto V, Koskinen V, Oliva D, Koskela H, Hyönä J, korkean lämpötilan vaikutus tyosuoriutumiseen ja viihtyvyyteen toimistoympäristössä laboratoriotutkimus, Sisäympäristölaboratorio, Turku, Työterveyslaitos, Helsinki, 2012. 6. ASHRAE Standard 62.1 (2010), Ventilation for acceptable indoor air quality, Atlanta, GA, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. 7. Olesen BW (2012), Revision of EN 15251: Indoor Environmental Criteria, REHVA Journal 4/2012.