Sisäilmastoseminaari 2012 1 KORKEAN LÄMPÖTILAN VAIKUTUS TYÖSUORIUTUMISEEN JA VIIHTYVYYTEEN - LABORATORIOTUTKIMUS TOIMISTO- OLOSUHTEISSA Henna Häggblom, Annu Haapakangas, Lauri Östman, Valtteri Hongisto, Hannu Koskela ja Jukka Hyönä* Työterveyslaitos, sisäympäristölaboratorio, Turku, etunimi.sukunimi@ttl.fi * Turun yliopisto, psykologian laitos TIIVISTELMÄ Tavoitteena oli selvittää lämpötilan 29 C vaikutus kognitiiviseen suoriutumiseen ja lämpöviihtyvyyteen. Vertailulämpötilana toimi neutraali 23 C. Kaikkiaan 33 henkilöä osallistui tutkimukseen avotoimistolaboratoriossa. Työsuoriutumista mitattiin objektiivisesti kuudella erilaisella testillä. Lämpöviihtyvyyttä ja itsearvioitua työsuoriutumista mitattiin kyselyillä. Tilastollisesti merkitseviä eroja työsuoriutumisessa ei havaittu, mikä oli vastoin odotuksia. Työmuistitehtävässä suoriutumiseen liittyvät vaikutukset alkoivat tulla esille vasta kokeen loppupuolella. Koehenkilöt arvioivat työsuoriutumisensa merkitsevästi heikommaksi korkeammassa lämpötilassa. Lämpöviihtyvyys oli merkitsevästi huonompi korkeassa lämpötilassa. Tulokset asettavat uuteen valoon aiemmat mallit korkean lämpötilan vaikutuksista toimistotyön suoriutumiseen. JOHDANTO Lämpötila on keskeinen työympäristön laatua määrittävä tekijä, jonka on osoitettu vaikuttavan suorituskykyyn /1,2/ ja lämpöviihtyvyyteen /3,4/. Clements-Croome /1/ ja Seppänen /2/ ovat esittäneet malleja, joiden avulla voidaan ennakoida lämpötilan vaikutusta työsuoriutumiseen. Nämä mallit perustuvat laajoihin aineistoihin, joita on kerätty erilaisissa työympäristöissä, työtehtävissä ja laboratoriokokeissa. Siksi niitä ei voida suoraan soveltaa toimistotyöhön. Kirjallisuudessa on hyvin vähän eritelty tyypillisten toimistolämpötilojen vaikutuksia kognitiivisilta tai motorisilta vaatimuksiltaan erilaisiin tehtäviin. Hongisto /5/ on kehittänyt mallin, joka ennustaa toimistomelun vaikutusta kognitiiviseen suoriutumiseen. Suoriutuminen sarjamuistitehtävissä oli herkintä melulle, kun taas yksinkertaisten tehtävien suoriutuminen ei häiriintynyt melusta. Samankaltaista tehtäväriippuvuutta on havaittu myös lämpöolojen yhteydessä /6/. Kirjallisuudesta ei kuitenkaan selviä, minkälaiset työtehtävät ovat herkimpiä kuumille lämpöoloille. Tavoitteena oli selvittää lämpötilojen 23 C ja 29 C vaikutus lämpöviihtyvyyteen sekä työsuoriutumiseen kuudessa kognitiivisesti erilaisessa tehtävässä. MENETELMÄT Yhteensä 33 (16 naista ja 17 miestä) yliopisto-opiskelijaa rekrytoitiin koehenkilöiksi tutkimukseen. Koehenkilöt olivat 19 30 -vuotiaita (mediaani = 23) ja äidinkieleltään suomenkielisiä. Koehenkilöitä informoitiin etukäteen koetilanteen kestosta, toimistomaisesta tutkimusympäristöstä, tehtävien luonteesta, sekä muiden koehenkilöiden läsnäolosta.
2 Sisäilmayhdistys raportti 2X. Koehenkilöitä ohjeistettiin pukeutumaan housuihin, pitkähihaiseen ohueen paitaan, jonka alla on t-paita, sukkiin ja matalavartisiin kenkiin. Arvioitu vaatteiden ja toimistotuolin lämmöneristävyys oli yhteensä 0.83 clo. Koetilanteen aikana koehenkilöiden pääasiallinen toiminta oli koneella kirjoittaminen. Arvioitu elimistön lämmöntuotto oli 1.1 met. Koehenkilöille maksettiin palkkio osallistumisesta. Tutkimus toteutettiin alkukesällä 2011 Turussa sijaitsevassa avotoimistolaboratoriossa (82 m 2 ). Tuloilma tuotiin huoneeseen vedottomasti kuudella kattoon asennetulla pyörreilmavirtayksiköllä (kuva 1). Vetoriski (DR) mitattiin jokaisessa miehitetyssä työpisteessä kummassakin lämpötilassa. Työpisteiden välissä oli 1.3 m korkeat akustiset sermit estämässä näköyhteyttä työpisteiden välillä. Huoneen lämpötilaa mitattiin neljässä miehittämättömässä nurkkatyöpisteessä korkeudessa 0.7 m (taulukko 1). Muut sisäympäristötekijät, kuten tuloilman määrä, äänitasot ja valaistus olivat ohjearvojen mukaisia. Taustaäänitaso olivat L A,eq =40 db ja valaistusvoimakkuus säädettiin vaakapinnoilla arvoon 700 lx ja pystypinnoilla arvoon 400 lx. Kuva 1. Avotoimistolaboratorio (82 m 2 ) ja pyörreilmavirtayksikkö. Tutkimukseen valitut lämpötilat edustavat toimistoissa havaittuja lämpötiloja. 23 C vastaa neutraalia kun henkilön lämmöntuotto on 1.1 met ja vaatteiden lämmöneristävyys on 0.83 clo ja 29 C kesäajan kohonnutta lämpötilaa toimistossa, jossa jäähdytystä ei ole. Kaikissa lämpöoloissa pintalämpötilat huoneessa olivat lähellä ilman lämpötilaa. Lämpöviihtyvyyttä arvioitiin käyttäen 7-osaista lämpöviihtyvyysasteikkoa. Kukin koehenkilö testattiin kahdessa tutkitussa lämpötilassa eri päivinä. Koetilanne kesti 4 tuntia kumpanakin päivänä. Tutkimusasetelmana oli toistettujen mittausten asetelma, jossa jokainen tutkittava toimii itse itsensä vertailukohtana. Yhdessä koeryhmässä oli kerrallaan 5-6 henkilöä. Lämpötilojen järjestys vastabalansointiin koeryhmien välillä, jotta järjestyksen vaikutukset kuten oppimisvaikutukset saatiin kontrolloitua. Ensimmäinen tunti käytettiin lämpöoloihin totuttautumiseen ja tehtävien harjoitteluun. Tämän jälkeen suoriutumismittaukset aloitettiin. Virkistäviä taukoja ei ollut ja WC oli samassa lämpötilassa kuin laboratorio. Suoriutumista mitattiin kuudella kognitiivisilta vaatimuksiltaan erilaisella tehtävällä. Psykomotoriikkatehtävässä koehenkilöiden tuli kopioida sanastoltaan monipuolinen satu tietokoneelle nopeasti, mutta virheitä välttäen. Omat virheet tuli korjata. Tehtävän suorittamisessa tarvitaan havaitsemisen, motoriikan ja kognition erilaisia osatoimintoja. Tehtävän suoriutumisesta mitattiin nopeutta, tarkkuutta (virheiden ja korjausten määrä) ja lyhyiden taukojen määrää. Tarkkaavaisuutta mittaavia tehtäviä oli kaksi. Vigilanssitehtävässä koehenkilöt tarkkailivat näytölle ilmestyviä kirjaimia. Tehtävänä oli reagoida vain x-kirjaimeen. Tehtävä mittaa tarkkaavaisuuden säätelyä ja ylläpitoa. Tehtävän suorituksista mitattiin tarkkuutta ja reaktioaikaa. X-kirjainten laskutehtävässä koehenkilöt laskivat ruudulla olevia x-kirjaimia
Sisäilmastoseminaari 2012 3 annettujen ohjeiden mukaisesti. Tehtävä edellyttää tarkkaavaisuutta ja työmuistin toimintoja. Suorituksista mitattiin tarkkuutta eli oikeiden vastausten määrää. Työmuistitehtäviä oli kaksi. Operaatiotehtävässä tietokoneen näytöllä esitettiin lasku-sanapareja. Koehenkilön tehtävänä oli vastata onko lasku oikein vain väärin ja painaa mieleen laskun jälkeen näytöllä esitetty sana. Lopuksi koehenkilön tuli kirjoittaa muistamansa sanat koneelle. Suorituksista tarkasteltiin muistettujen sanojen määrää. N-back -tehtävässä /7/ koehenkilöiden tuli reagoida näytöllä näkyvään kirjaimeen mahdollisimman nopeasti painamalla "kyllä" tai "ei" näppäintä annetun ohjeen mukaisesti. Tehtävässä on neljä eri vaikeustasoa, joista helpoin mittaa tarkkavaisuuden ylläpitoa ja kolme muuta mittaavat työmuistia eri muistikuormilla. Tasojen esitysjärjestys oli vastabalansoitu tutkittavien ja lämpötilojen välillä. Suoriutumisesta mitattiin tarkkuutta ja reaktioaikaa. Toisin kuin muut tehtävät, N-back -tehtävä tehtiin koepäivän aikana kahteen kertaan, jotta voitiin tarkastella altistusajan vaikutusta suoritukseen. Pitkäkestoisen muistin tehtävässä koehenkilöt lukivat tekstiä painaen mieleen tiettyyn aiheeseen liittyvät asiat. Erilaisia tekstejä oli kaksi ja tekstien järjestys sekoitettiin ryhmien välillä. Tekstit olivat 3 sivua pitkiä ja käsittelivät harvinaisia sairauksia tai kaukaisia maita. Ennen tekstin palauttamista koehenkilöt tekivät muita tehtäviä, mikä esti luetun materiaalin aktiivista ylläpitoa ja kertaamista lyhytkestoisessa muistissa. Tekstin palauttamisessa koehenkilöt palauttivat muistamansa asiat mieleen ja kirjoittivat ne näppäimistöllä tekstinkäsittelyohjelmaan. Tehtävä mittaa pitkäkestoiseen muistiin tallettamista ja muistista hakua, luetun ymmärtämistä ja oppimista. Oikein muistettujen faktojen määrä laskettiin. Kyselyjä käytettiin mittaamaan kokonaisvaltaista lämpöviihtyvyyttä, paikallista lämpöviihtyvyyttä, itsearvioitua työsuoriutumista, oireita, motivaatiota ja valaistuksen, äänien ja hajujen häiritsevyyttä. Suoriutumismittauksista 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. Taulukko 1. Mitattujen sisäympäristötekijöiden keskiarvot eri lämpötilanteissa. Keskihajonnat on merkitty sulkuihin. Nimelliset lämpötilat [ C] Ilman lämpötilan keskiarvo [ C] Vetoriski [%] kaikissa työpisteissä Suhteellinen kosteus [%] Ulkoilmavirta [l/s henkilö] Hiilidioksidipitoisuus [ppm] 23 29 23.5 ( 0.17) 29.5 ( 0.04) 4-8 ( 1.3 ) 0-4 ( 1.4 ) 34 ( 7.3 ) 21 ( 2.7 ) 17 ( 1.5 ) 17 ( 0.1 ) 704 ( 36.4) 687 ( 23.9) TULOKSET Korkeamman lämpötilan suorasta vaikutuksesta työsuoritukseen ei löytynyt tilastollisesti merkitseviä tuloksia. Yksityiskohtaisemmat analyysit N-back työmuistitehtävässä kuitenkin osoittivat, että altistusajalla oli vaikutusta tuloksiin (p<.001; kuva 2): kokeen alkupuolella lämpötila ei vaikuttanut suoriutumiseen, mutta kokeen loppupuolella suoriutuminen oli hieman parempaa lämpötilassa 23 C kuin lämpötilassa 29 C. Ensimmäinen suoritus tapahtui reilun tunnin altistuksen jälkeen ja toinen tunti tämän jälkeen. Suoriutumisero lämpötilojen välillä oli varsin pieni (alle 0.5 prosenttiyksikköä), eikä sillä ole käytännön merkitystä. Tulos on silti tärkeä, koska se osoittaa suoritusmuutosten riippuvan
4 Sisäilmayhdistys raportti 2X. altistusajasta. Pidemmällä altistusajalla suorituksen heikentyminen saattaisi olla merkittävämpää. Pidemmän kokeen järjestämiseen liittyy kuitenkin metodologisia riskitekijöitä (mm. tauot, ruokailu), joiden vaikutuksia ei pystytä kontrolloimaan. Lämpötilan vaikutus työn subjektiiviseen kuormittavuuteen vaihteli tehtävien välillä. 29 C koettiin merkitsevästi kuormittavammaksi pitkäkestoisen muistin tehtävän lukuvaiheessa, kuin 23 C (Kuva 3). Korkealla lämpötilalla havaittiin olevan negatiivista vaikutusta viihtyvyyteen (p<.001), keskittymiseen (p<.05), energisyyteen (p<.05) ja vireystilaan (p<.05). Olosuhteet arvioitiin 23 C lämpötilassa merkitsevästi paremmiksi pitkäkestoiseen työskentelyyn (p<.001). Erot lämpöviihtyvyydessä olivat merkitseviä lämpötilojen välillä (p<.001). Sukupuolen ja lämpöviihtyvyyden välillä havaittiin yhdysvaikutus (p<.01) osoittaen, että naiset kokivat lämpötilan 23 C merkitsevästi viileämpänä kuin miehet huolimatta yhtäläisestä vaatetuksesta (kuva 4). Kuva 2. Lämpötilan ja altistusajan vaikutus tarkkuuteen ja reaktioaikaan N-back - työmuistitehtävässä. Kuva 3. Työkuormitus pitkäkestoisen muistin tehtävän lukuvaiheessa.
Sisäilmastoseminaari 2012 5 Kuva 4. Keskimääräinen lämpötuntemus ja sukupuolten välinen ero. POHDINTA Tilastollisesti merkitseviä eroja ei tehtäväsuoriutumisessa juurikaan löytynyt vaikka kirjallisuuden perusteella näin voitiin odottaa /1,2/. Näyttäisi siltä, että lämpötilan haittavaikutukset kognitiiviseen työsuoritukseen olisi kirjallisuudessa arvioitu liian suuriksi lämpötila-alueella 23 29 C. Vastaavanlaiseen lopputulokseen on päädytty ennenkin tutkittaessa lämpötilan vaikutusta kognitiiviseen työsuoriutumiseen /6,8/. Tämän tutkimuksen tuloksia voidaan pitää varsin luotettavina, koska tutkimus onnistuttiin toteuttamaan tiukasti kokeellisen psykologian tutkimusmetodeissa pysyen ja näin vähennettiin riskiä, että esimerkiksi lämpötilojen testausjärjestys tai epätasaiset sukupuolijakaumat olisivat vääristäneet tuloksia. N-back -tehtävässä suoriutumiseen liittyvät vaikutukset alkoivat tulla esille vasta kokeen loppupuolella reilun 2 tunnin altistuksen jälkeen. N-back oli ainoa tehtävä, jossa suoriutumisen ajallista muuttumista voitiin seurata. Työmuistitehtävät, joita N-back tehtävä edustaa, ennustavat yleisesti työsuoriutumista monimutkaisemmissa kognitiivisissa tehtävissä /9/. Lämpötilan vaikutus kasvoi ajan myötä myös vireystilassa, keskittymiskyvyssä ja energiatasossa. Nämä tulokset yhdessä viittaavat siihen, että lämpötilan vaikutus riippuu altistusajasta. Selkeiden vaikutusten puuttuminen suoritustesteissä saattaa osittain johtua siitä, että koetilanteessa ihmiset alkavat kompensoida lämpötilan heikentävää vaikutusta pinnistelemällä enemmän. Tästä seuraa väsymystä ja subjektiivista kuormittumista, jolloin lämpötilan vaikutus näkyy objektiivisten mittarien sijaan kyselymittareissa. Sama ilmiö on todettu useissa sisäympäristötekijöitä selvittävissä laboratoriotutkimuksissa /10/. Altistusajan pidentyessä väsymys alkaa vaikuttaa myös objektiiviseen suoriutumiseen. Tämän takia objektiivisten mittareiden rinnalla on tärkeä käyttää myös subjektiivisia mittareita. Tutkimuksessa koehenkilöt istuivat paikoillaan ja kirjoittivat. Lisäksi pukeutuminen oli tarkasti ohjeistettu. Todellisessa työtilanteessa toimistoissa liikutaan enemmän, jolloin kehon oma lämmöntuotto kasvaa. Lisäksi pukeutuminen on vapaampaa. Nämä tekijät vaikuttavat lämpöviihtyvyyteen huomattavasti, joten tässä käytetty optimilämpötila on todennäköisesti hieman suurempi kuin mitä se olisi todellisessa toimistotyöpaikassa tai -työtehtävässä. Tutkimuksen perusteella optimilämpötilaan kannattaa pyrkiä toimistoissa, koska korkeampi lämpötila koettiin kuormittavana. Työsuoritukseen korkeammalla lämpötilalla ei liene
6 Sisäilmayhdistys raportti 2X. suoraa vaikutusta mutta pitempi altistusaika voi heikentää suorituskykyä esimerkiksi väsymyksen ja alhaisemman vireystilan kautta. Tulokset asettavat uuteen valoon aiemmat mallit korkean lämpötilan vaikutuksista toimistotyön suoriutumiseen. KIITOKSET Tämä tutkimus toteutettiin TOTI -hankkeessa. Hanketta rahoittivat Tekes ja 15 yritystä. LÄHDELUETTELO 1. Clements-Croome D. (2006). Creating the Productive Workplace. Second Edition, Taylor & Francis. 2. Seppänen O, Fisk W.J., Lei QH. (2006). Effect of temperature on task performance in office environment. Lawrence Berkeley National Laboratory, 2006, LNBL report 60946. 3. Clausen, G., Carrick, L, Fanger, P. O., Kim, S. W., Poulsen, T., & Rindel, J. H. (1993). A comparative study of discomfort caused by indoor air pollution, thermal load and noise. Indoor Air, 3, 255 262. 4. Karjalainen, S. (2007). Gender differences in thermal comfort and use of thermostats in everyday thermal environments. Building and Environment, 42, 1594-1603. 5. Hongisto V, (2005). A model predicting the effect of speech of varying intelligibility on work performance, Indoor Air 15 (2005) 458-468. 6. Häggblom H, Hongisto V, Haapakangas A, Koskela H, (2011). The effect of Temperature on Work Performance And Thermal Comfort - Laboratory Experiment, Proceedings of Indoor Air 2011, The 12th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Austin, Texas, June 5-10 7. Owen A.M, McMillan K.M., Laird A.R, Bullmore E. (2005). N-back working memory paradigm: A meta-analysis of normative functional neuroimaging studies. Human Brain Mapping, 25:46-59. 8. L Lan, Z.W. Lian, L. Pan and Q. Ye, (2009). Neurobehavioural approach for evaluation of office workers productivity: the effects of room temperature. Building and Environment, 44 (2009), pp. 1578 1588 9. Daneman M, Merikle PM (1996). Working memory and language comprehension: A meta-analysis. Psychonomic Bulletin & Review, 3: 422-433. 10. Haapakangas A, Kankkunen E, Hongisto V, Virjonen P, Oliva D, Keskinen E, (2011). Effects of five speech masking sounds on performance and acoustic satisfaction - implications for open-plan offices, acta acustica united with acustica, 97(4) 641-655.