Sisäilmastoseminaari 2012 1 AVOTOIMISTOJEN ILMASTOINTI, LÄMPÖOLOT JA ILMANLAATU TOTI-KENTTÄKOHTEISSA Hannu Koskela, Annu Haapakangas, Valtteri Hongisto, Henna Häggblom, Vesa Koskinen, Jarkko Heinonen*, Markus Järvenpää*, Esa Sandberg* Työterveyslaitos, Lemminkäisenkatu 14-18 B, 20520 Turku, hannu.koskela@ttl.fi * Satakunnan ammattikorkeakoulu, Tekniikantie 2, 28600 Pori TIIVISTELMÄ Käyttäjälähtöiset toimistotilat (Toti) -projektin kenttäkohteissa oli tavoitteena tutkia sisäympäristön parantamisen vaikutusta koettuun sisäympäristöön ja toimistotyytyväisyyteen. Hankkeen neljässä tutkimuskohteessa tehtiin sisäympäristökyselyt ja mittaukset ennen ja jälkeen toimitilasaneerauksen tai muuton. Ilmastoinnin osalta pyrittiin nopeilla yhden työpäivän kestäneillä seurantamittauksilla kartoittamaan kyselyn aikana toimistossa vallinneet lämpöolot ja ilman laatu. Ilman lämpötila oli tutkimuskohteissa yleensä selvästi (2-3 C) Sisäilmastoluokituksen 2008 suosituksia korkeampi. Ilmanlaadun kannalta ilmanvaihdon määrä oli riittävä. Saneerauksilla päästiin yleisesti ottaen jonkin verran parempaan lämpötilatasoon ja hallitumpaan tuloilman jakoon. Parantamisen varaa jäi paikallisten vetoongelmien poistamisessa ja ilmastoinnin säädön toiminnassa. Koetussa sisäympäristössä saneerauksilla saavutettiin huomattavaa parannusta kaikilla tutkituilla osa-alueilla. TAUSTA JA TAVOITE Käyttäjälähtöiset toimistotilat (Toti) -projektin kenttäkohteissa oli tavoitteena tutkia sisäympäristön parantamisen vaikutusta koettuun sisäympäristöön ja toimistotyytyväisyyteen neljässä kenttätutkimuskohteessa. Tämän artikkelin tavoitteena on tarkastella ilmastoinnin, lämpöolojen ja ilmanlaadun osalta tutkimuskohteiden olosuhteita ja niissä saavutettuja muutoksia. AINEISTOT JA MENETELMÄT Tutkimuskohteet Tutkimuskohteet olivat toimistorakennuksessa sijaitsevia organisaatioyksiköitä, joiden henkilömäärä oli 50-150. Kahdessa tutkimuskohteessa palattiin saneerauksen jälkeen samoihin tiloihin, yhdessä tapauksessa muutettiin kokonaan toisiin tiloihin ja yhdessä kohteessa tiloja ja henkilöstömäärää kasvatettiin. Saneerauksen yhteydessä ilmastoinnissa siirryttiin kahdessa tutkimuskohteessa ilmajärjestelmästä ilma-vesi-järjestelmään, joissa tuloilman jako ja jäähdytys hoidettiin jäähdytyspalkeilla. Yhdessä kohteessa lisättiin ilmavirtoja ja parannettiin tuloilman jakoa vaihtamalla tuloilmalaitteet. Yhdessä kohteessa ei tehty merkittäviä parannuksia ilmastointiin, mutta siirrettiin työpisteitä kauemmas metallipuitteisista ikkunoista, joiden
2 Sisäilmayhdistys raportti 2X. lämpötila vaihteli voimakkaasti vuodenajan mukaan. Tässä kohteessa tuloilma tuotiin kattohajottajilla ja jäähdytys tuotettiin kierrättävillä puhallinkonvektoreilla. Mittaus- ja arviointimenetelmät Hankkeen neljässä tutkimuskohteessa tehtiin sisäympäristökyselyt ja mittaukset ennen ja jälkeen saneerauksen. Projektissa pyrittiin kehittämään mittaus- ja arviointimenetelmä, jolla pystyttäisiin nopealla yhden työpäivän seurannalla ja ilmastointijärjestelmän kartoituksella saamaan riittävän kattava kuva tutkittavan tilan olosuhteista ja ilmastoinnin toiminnasta. Tutkimukset tehtiin eri vuodenaikoina ulkolämpötilan ollessa -12... +13 ºC. Kuumia kesätilanteita suurella ulkoisella lämpökuormalla ei tutkittu. Työterveyslaitos teki pääosin sisäilmastomittaukset ja kyselyt ja Satakunnan ammattikorkeakoulu vastaavasti ilmastointijärjestelmän selvitykset. Ilman lämpötilaa seurattiin pienikokoisilla dataloggereilla muutamista edustavista työpisteistä sekä tuloilmasta ja poistosta. Ilmanlaatua seurattiin tallentavilla CO 2 -mittareilla samoin muutamista työpisteistä ja poistosta. Savukokeilla tutkittiin tuloilman jaon toimintaa ja kartoitettiin mahdollisia vetoriskipaikkoja. Vetomittauksia tehtiin työpisteissä tallentavilla kuumapalloanemometreilla nilkan ja pään korkeudella. Seurantaa tehtiin kussakin työpisteessä 1-2 tunnin ajan käyttäen keskiarvostusaikana 3 minuuttia. Tilan sisäiset lämpökuormat arvioitiin laskemalla työpisteiden määrä ja niiden miehitysaste. Yhden työpisteen lämpökuomana käytettiin oletusarvoa 160 W. Valaistuksen lämpökuorma selvitettiin valaisimien määrän ja tehon perusteella. Ilmastointijärjestelmän läpikäynnillä selvitettiin sen toteutusperiaate ja toimintatila sekä kyky ylläpitää huoneilman lämpötilaa ja ilmanlaatua. Ilmastoinnin ilmavirtojen suunnitteluarvot selvitettiin IV-suunnitelmista ja niiden toteutuminen tarkistettiin pistokokein. Samoin suunnitelmista selvitettiin ilmastoinnin toteutus- ja säätöperiaatteet. Ilmastointijärjestelmän toimintatilaa kartoitettiin huoltomiehen avustuksella rakennusautomaatiojärjestelmästä. Lisäksi tehtiin tulo- ja poistoilman lämpötilamittauksia. Kyselyt Kaikille työntekijöille lähetettiin kysely, jonka tarkoituksena oli selvittää olosuhteiden kokemista ennen ja jälkeen muutoksen. Jälkimmäinen kysely tehtiin aikaisintaan pari kuukautta muutoksen jälkeen, jotta työntekijät olivat ehtineet sopeutua uusiin tiloihin. Kyselyllä selvitettiin mm. sisäympäristöhaittojen kokemista, niiden vaikutusta työhön ja hyvinvointiin sekä tilojen viihtyisyyttä ja toimivuutta. Tässä raportoidaan vain lämpöolohaittoihin liittyvät kyselytulokset. Niiden häiritsevyyttä kysyttiin kysymyksellä: "Kuinka paljon seuraavat työympäristöön liittyvät tekijät ovat haitanneet sinua työpisteessäsi viime aikoina?" Vastaajat arvioivat erikseen vedon, liian matalan lämpötilan, liian korkean lämpötilan ja huonon ilmanlaadun aiheuttamaa haittaa asteikolla 1-5 (ei lainkaan, vain vähän, jonkin verran, melko paljon, erittäin paljon). Vastauksista laskettiin häiritsevyyden keskiarvo sekä selvästi haitoista kärsivien osuus (arvot 4-5). TULOKSET Sisäilmasto-olosuhteiden, tilan kuormien ja ilmastoinnin kapasiteetin kuvaamiseksi kehitettiin graafinen esitystapa, jonka tarkoituksena on esittää tiivistetysti yleiskuva
Sisäilmastoseminaari 2012 3 tilanteesta kussakin tutkimuskohteessa. Olosuhteiden osalta vertailukohtana käytettiin Sisäilmastoluokituksen 2008 arvoja /1/. Kuvassa 1 on esitetty tilan olosuhteiden jakauma suhteessa laatuluokkiin tyypillisessä tutkimuskohteessa. Lämpötilan ohjearvot riippuvat ulkolämpötilasta ja ilman liikenopeuden ohjearvot vastaavasti sisälämpötilasta. Hiilidioksidipitosuutta käytetään yleisesti indikaattorina sisäilman laadulle toimistotyyppisissä tiloissa, kun pääasiallinen epäpuhtauskuorma tulee ihmisistä. Ilman lämpötila oli avotoimistoissa tyypillisesti luokassa 23-24 ºC, mikä on lämmityskauden tilanteessa 2-3 ºC ohjearvoa korkeampi. Yksittäisissä toimistohuoneissa lämpötila oli yleensä lähempänä ohjearvoa. Kuvan esimerkissä oli käytössä jäähdytyspalkkijärjestelmä ja jäädytystä olisi ollut mahdollista lisätä. Hiilidioksidipitoisuus oli kaikissa tutkituissa tiloissa parhaassa S1-luokassa. Ilmanvaihdon määrä oli siis yleisesti riittävä ihmisperäisen epäpuhtauskuorman hallintaan. Ilman liikenopeus oli satunnaisesti valituissa työpisteissä yleensä S1-luokassa. Kuvan 1 esimerkissä kahdeksasta mittauspisteestä vain yksi meni S2-luokan ylärajalle. Veto on kuitenkin ajallisesti ja paikallisesti hyvin vaihtelevaa. Satunnaisiin mittauspisteisiin perustuva kartoitus ei siksi välttämättä tuo esiin vetoriskikohteita vaan mittaajan tulisi osata tunnistaa ne käyttäen apuna esimerkiksi savukokeita. Veto-ongelmat ovat usein suurimpia kesällä maksimijäähdytystilanteissa, joita ei tähän tutkimukseen sisältynyt. Kuva 1. Tilan olosuhteiden vertailu Sisäilmastoluokituksen laatuluokkiin S1-S3. Tuloilman lämpötila oli 21 ºC ja seuratun jäähdytyspalkin puhallusilma 22 23 ºC. Paikallisia vetoriskikohteita kartoitettiin mittausten yhteydessä savukokein. Syynä vetoon oli yleensä tuloilmasuihkun väärä suuntaus, törmäys valaisimeen, rakennepalkkiin, seinään tai toiseen tuloilmasuihkuun. Usein näitä ongelmia voidaan vähentää tuloilmasuihkujen uudelleensuuntauksella. Veto-ongelmia esiintyy herkimmin, kun lämpökuormat ja jäähdytysteho ovat suuria. Kylmä tuloilmasuihku putoaa suuremmalla nopeudella työpisteeseen ja alhainen lämpötila lisää vedon tunnetta. Usein ongelma ratkaistaan käytännössä vähentämällä jäähdytystehoa, jolloin tilan lämpötila nousee.
4 Sisäilmayhdistys raportti 2X. Ilmanvaihdon määrä Ilmanvaihdon määrää suhteessa ohjearvoihin tarkasteltiin kuvan 2 avulla. Ilmavirroista laskettiin ilmanvaihdon määrä sekä työpistettä että lattiapinta-alaa kohti. Kuten myös hiilidioksidipitoisuuden perusteella nähtiin, ilmanvaihdon määrä oli S1-luokassa kaikissa tutkimuskohteissa. Kuva 2. Ilmanvaihdon määrän vertailu Sisäilmastoluokituksen laatuluokkiin S1-S3 toimiston vyöhykkeillä A-D. Jäähdytyskapasiteetti ja sisäiset lämpökuormat Ilmastoinnin kykyä hallita tilojen lämpötilaa tarkasteltiin kuvan 3 avulla. Siinä on esitetty esimerkkitapauksessa tilan vyöhykkeiden sisäiset lämpökuormat ja ilmastoinnin jäähdytyskapasiteetti olettaen, että tuloilman alilämpöisyys huoneilmaan nähden on -8 ºC. Se tarkoittaisi esimerkiksi 25 ºC sisälämpötilalla kesätilanteessa tuloilman lämpötilaa 17 ºC. Jäähdytyskapasiteetti laskettiin tuloilmavirran ja lämpötilaeron perusteella. Kesätilanteen ulkoisia kuormia tai rakenteiden tasaavaa vaikutusta ei huomioitu. Esimerkkitapauksessa kyseessä oli ilmajärjestelmä. Tässä tapauksessa voidaan ennakoida korkeahkoja lämpötiloja vyöhykkeellä B, jossa sisäiset lämpökuormat ylittävät jäähdytyskapasiteetin. Kuva 3. Ilmanvaihdon jäähdytyskapasiteetin vertailu sisäisiin lämpökuormiin toimiston vyöhykkeillä A-D (kohteessa ilmajärjestelmä).
Sisäilmastoseminaari 2012 5 Lämpötilan ohjaus avotoimistossa Osassa tutkituista tiloista käyttäjien oli mahdollista säätää huonetermostaatista paikallista huonelämpötilan asetusarvoa. Avotoimistossa tämä saattaa käytännössä johtaa tuloilman jaon ja lämpöolojen kannalta ongelmalliseen tilanteeseen. Yhdessä kohteessa rekisteröitiin rakennusautomaatiojärjestelmästä huonelämpötilojen paikalliset asetusarvot, jotka on esitetty kuvassa 4. Asetusarvot saattavat olla vierekkäisissä työpisteissä hyvin erilaisia. Tällöin vierekkäiset jäähdytyspalkit puhaltavat tilaan hyvin erilämpöistä ilmaa, mikä voi lisätä veto-ongelmia erilämpöisten tuloilmasuihkujen kohdatessa. Kuva 4. Huonelämpötilan paikallisten asetusarvojen vaihtelu toimistossa. Koetut lämpöolot ja ilmanlaatu Kuvassa 5 on esitetty kyselytutkimuksen tulokset saneerauksen vaikutuksesta ilmanlaadun ja lämpöolojen haitoista kärsivien osuuteen tutkimuskohteissa. Yleisesti ottaen lähes kaikissa kohteissa ja saatiin huomattavaa parannusta aikaan. Suurin parannus koettiin ilman laadun suhteen, jonka aiheuttamaa haittaa koki kolmessa kohteessa ennen saneerausta noin 70 % vastaajista. Saneerauksen jälkeen osuus putosi alle puoleen tästä. Myös lämpötilan suhteen parannukset koettiin merkittäviksi. Vetohaitat vähenivät selvästi yhdessä kohteessa. Yhdessä tutkimuskohteessa haittoja koettiin yleisesti vähemmän kuin kolmessa muussa. Kuva5. Lämpöolojen ja ilmanlaadun suhteen haittoja kokevien osuus tutkimuskohteissa ennen ja jälkeen saneerauksen ('melko paljon' tai 'erittäin paljon' vastanneet).
6 Sisäilmayhdistys raportti 2X. POHDINTA Ilman lämpötila oli tutkimuskohteissa yleensä selvästi (2-3 C) sisäilmastoluokituksen suosituksia korkeampi. Ennen saneerausta tai muuttoa osasyynä tähän oli järjestelmän riittämätön jäähdytysteho. Saneerauksen jälkeen jäähdytysteho oli yleensä riittävä, mutta lämpötila oli varsinkin avotiloissa edelleen suosituksia korkeampi. Lämmityskauden ohjearvot toimistotiloille olettavat elimistön lämmöntuotoksi 1.2 met, mikä edellyttää myös hieman liikkumista /2/. Vaatetukseksi oletetaan 1.0 clo, mikä vastaa esim. miehillä toimistovaatetusta kevyellä takilla. Käytännössä osa työntekijöistä on pukeutunut kevyemmin ja liikkuminen voi olla vähäistä. Myös talvikauden alhainen ilman kosteus vaikuttaa optimilämpötilaa nostavasti. Esimerkiksi 1.1 met aktiviteetilla ja 0.9 clo vaatetuksella laskennallinen optimilämpötila on kuivassa ilmassa noin 24 ºC. Yksi merkittävä syy korkeisiin lämpötiloihin oli todennäköisesti myös se, että tuloilman lämpötilaa ei voitu laskea riittävän alas paikallisten veto-ongelmien tai joidenkin tilojen viileyden takia. Osassa avotiloista käyttäjät pystyivät säätämään toivottua huonelämpötilaa muuttamalla termostaatin asetusarvoa. Tämä johti tilanteeseen, jossa vierekkäiset tuloilmalaitteet saattoivat puhaltaa samaan tilaan hyvin erilämpöistä ilmaa, jolloin tuloilman virtauskuviot olivat vaihtelevia ja riski paikallisiin veto-ongelmiin kasvoi. Näitä haittoja voitaisiin vähentää ohjaamalla avotilan lämpötilaa keskitetysti. Ilmanlaadun kannalta ilmanvaihdon määrä oli riittävä kaikissa tutkituissa tiloissa. Tästä huolimatta kyselyissä koettiin eniten haittaa ilmanlaadusta. Syynä ei siis ilmeisesti ole ihmisperäinen epäpuhtauskuorma vaan muut tekijät. Osasyynä voi myös olla korkea lämpötila, jonka on todettu vaikuttavan ilmalaadun kokemiseen. Saneerauksilla päästiin yleisesti ottaen jonkin verran parempaan lämpötilatasoon ja hallitumpaan tuloilman jakoon. Teknisesti parantamisen varaa jäi edelleen paikallisten vetoongelmien poistamisessa ja ilmastoinnin vyöhykekohtaisen säädön toiminnassa. Koetussa sisäympäristössä saneerauksilla saavutettiin huomattavaa parannusta kaikilla tutkituilla osaalueilla. KIITOKSET Tutkimus oli osa TOTI hanketta, jota rahoittivat Tekes ja 15 yritystä. LÄHDELUETTELO 1. Sisäilmastoluokitus 2008. Sisäilmayhdistys r.y., julkaisu 5, Helsinki, 2008. (LV 05-10318, RT 07-10741/RT 10790, Ratu 424-T, KH 27-00337) 2. 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.