Sisäilman pienhiukkasten suodatusratkaisut Suomen Työhygienian Seuran XXXVIII koulutuspäivät 4.- 5.2.2014 Seppo Enbom Erikoistutkija VTT
Taustaa ihmiset oleskelevat pääosin sisätiloissa, jolloin myös sisäilman laadun merkitys altistumiselle on useissa tapauksissa suurempi kuin ulkoilman pienhiukkasaltistumista voidaan todennäköisesti alentaa merkittävimmin alentamalla sisäilman hiukkaspitoisuutta nykyisiä sisäilman hiukkaspitoisuuden alennuskeinoja ovat mm: - tuloilman suodatusasteen parantaminen - ilmanvaihdon lisäys - sisäilman puhdistimien käyttö jos rakennuksen ilmanvaihtojärjestelmä vastaa nykyisiä yleisiä vaatimuksia, on em. keinoilla vaikea saavuttaa oleellista sisäilman hiukkaspitoisuuden alenemista ilman muita haittoja (kustannukset, melu, energiankulutus) 2
VTT:n puhdas sisäilma konsepti - lähtökohtia nykyisten ilmastointijärjestelmien kyky hallita sisäilman laatua on kehitetty jo lähes sille tasolle, mille nykyisillä käytännöillä voidaan tavanomaisissa tiloissa kohtuudella päästä kustannustehokkaasti. ilmastoinnin merkitys sisäilman laatuun ja rakennusten energian käyttöön on merkittävä. Etenkin energiakysymykset ilmastoinnin osalta tullevat korostumaan, kun rakennusten vaipan energiahäviöt on rajoitettu minimiin. koska puhtaampien sisäympäristöjen tarve on ilmeinen, ideoitiin VTT:llä ratkaisuja, joiden avulla voidaan sisäilman laatua parantaa huomattavasti kehittämällä perinteisiä IV-järjestelmiä. 3
Sisäilman hiukkasuodatus ilmanjakolaitteella (Ilmanjakolaiteratkaisu) Toimintaperiaate Käytännön ratkaisu 4
Sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen prototyyppi no 1 (2008) hiukkaset varataan sähköisesti ilmanjakolaitteen otsalevyn alapuolella yksikärkisellä koronavaraajalla otsalevyn läpi ilmanjakolaitteen sisään menevästä ilmasta hiukkaset kerätään säkösuodatinkennolla (Elektrolux) ilmanjakolaitteena kaupallinen tuote (Swegon Parasol) aktiivinen jäähdytyspalkki 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. 5.2.2014 5
Esimerkki koehuoneen hiukkaspitoisuusmittauksista (proto1). Tuloilmavirta 10 dm 3 /s tehollinen ilmavirta 30 dm 3 /s. Hiukkaspitoisuuden aleneminen 75 %. Relative concentration, % 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Negative corona 5 kv Filtration Positive corona 5 kv 10:00 14:00 18:00 22:00 2:00 6:00 10:00 14:00 18:00 22:00 2:00 6:00 10:00 Time 6
Sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen prototyyppi no. 2 (2012) (luokka-, hotelli- ja potilashuone) Peruslaitteena Halton CHH aktiivinen jäähdytyspalkki - Laboratoriokokeissa ilmanjakolaitteen ensiöilmavirta oli 30 dm 3 /s. - Kun ilmanjakolaitteessa oli jäähdytysvarustus, puhtaan ilman tuotto (tehollinen ilmavirta) oli 86 dm 3 /s (sisäilman hiukkaspitoisuuden aleneminen 74 %) ja jäähdytys-patterin poiston jälkeen 102 dm 3 /s (sisäilman hiukkaspitoisuuden aleneminen 77 %). - Em. Tuloksissa käytetty proto ei ollut optimaalinen, joten hyvällä syyllä voidaan olettaa, että ko. tekniikalla voidaan sisäilman hiukkaspitoisuutta alentaa 80 %. Toimintaperiaate (Halton esite) Laboratorioproto (ylösalaisin) 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. 5.2.2014 7
Sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen prototyyppi no. 3 (2013) (toimistohuonesovellutus) peruslaite Swegon Parasol ilmanjakolaite (ei jäähdytyspatteria). Suodatusosa Elextrolux ja jännitelähde modifioitu Elixair painehäviörajoite (max. n. 70 Pa) ja ulkonäköseikat rajoittivat laitevalintaa ensiöilmavirralla 33.6 dm 3 /s tehollinen ilmavirta oli 69 62 dm 3 /s ja ensiöilmavirralla 18.5 dm 3 /s 39 41 dm 3 /s sisäilman hiukkaspitoisuuden alenemisodote 65-67 % Sisäilmaa puhdistava ilmanjakolaite käyttökohteessa 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. 5.2.2014 8
IV koneen suodatusasteen parantaminen (IV koneratkaisu) Suodattimena elektreettikuitusuodattimen ja aktiivihiilisuodattimen yhdistelmä. Tehoaa hiukkasten ohella myös otsoniin. 9
Erilaisten ilmastointiteknisten ratkaisujen vaikutus sisäilman laatuun (sekoittava ilmanjako) Sisäilman suhteellinen hiukkaspitoisuus, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Ilmanvaihdon lisäämisen vaikutusalue Ilmanpuhdistimien vaikutusalue Sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen vaikutusalue 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hiukkasvapaan lisäilmavaihdon suhde alkuperäiseen ilmanvaihtuvuuteen 10
Tilaratkaisuna esim. puhtaan sisäilman toimisto-osasto Puhtaan sisäilman tilat Tarvittava tekniikka 11
Puhtaan sisäilman luokkahuone - ilmanjakolaiteratkaisu 12
Toimistosovellutus kohteen pohjakuva Sisäilmaa puhdistavat ilmanjakolaitteet (4kpl) asennettiin huoneisiin 237, 241 ja 246. Ainoa muutos IV-kanavistoon oli säätöpellin avaus tästä ja kuristus tästä. 13
IV konseptin vaikutus toimistohuoneen hiukkaspitoisuuteen Suhteellinen hiukkaspitoisuus, 0,3-0,5 µm 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 "Normaali huone" Sisäilma Sisäänpuhallusilma IV -koneelta tuleva ilma IV-koneen hiukkasvaraaja päällä Ilmanjakolaitteen suodatin päällä 0,0 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 Kellonaika 14
IV konseptin vaikutus hiukkaspitoisuuteen Tilanne 1 normaali tsto. Tilanne 2 sisäilmaa puhdistava ilmanjakolaite. Tilanne 3 sisäilmaa puhdistava ilmanjakolaite + iv-koneella elektreettisuodatin + hiukkasvaraaja. Tilanne 3 Tilanne 2 IV-koneelta tuleva ilma Sisäänpuhallusilma Sisäilma Tilanne 1 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Suhteellinen hiukkaspitoisuus (hiukkaskoko 0,3-0,5 µm) 15
IV-kone-konseptin vaikutus toimistohuoneen otsonipitoisuuteen Otsonipitoisuus, ppb 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Sisäilma Allergiahuone Tuloilmakoneessa aktiivihiilisuodatin Tuloilma IVkoneelta Tuloilmakoneessa ei aktiivihiilisuodatinta Tuloilma IVkoneelta Sisäilma Normaalihuone 0 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Kellonaika 16
Hiukkaspitoisuuden alentaminen vähentää sairastuvuutta (http://gundog.lbl.gov/dirpubs/54475.pdf) sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen edut? Tyypillinen 2 h toimistohuone 2h toimistohuone sisäilmaa puhdistavalla ilmanjakolaitteella? 17
Yhteenveto - johtopäätökset sisäilman pienhiukkaspitoisuuden oleellinen alentaminen on teknisesti mahdollista lisäämättä ilmanvaihtojärjestelmän kokoa, ilmavirtaa, melutasoa ja merkittävästi energiankulutusta. merkittävin energiankulutuksen nousu aiheutuu tuloilmakanavapaineen nostosta (50 80 Pa). Aina paineen nosto ei ole tarpeen. Tutkimatta on vielä, sisäilman hiukkaspitoisuuden alentamisen vaikutus koettuun sisäilman laatuun ja oireiluun. Sisäilman laadun osalta lisävalaistusta etsitään TSR:n rahoittamassa hankkeessa Sisäilmahaittojen vähentäminen toimisto- kouluyms. rakennuksissa alentamalla oleellisesti sisäilman hiukkaspitoisuutta. 18
KIITOS