Sisäilmastoseminaari 2014 Helsinki, 13.03.2014 EPÄPUHTAUKSIEN SIIRTYMISEN KOKEELLINEN MITTAUS JÄ MALLINNUS SUOJATULLA OLESKELUALUEEN ILMANVAIHDOLLA VARUSTETUSSA HUONEESSA Guangyu Cao 1, Jorma Heikkinen 1, Kai Sirén 2, Simo Kilpeläinen 2 1 VTT Teknologian tutkimuskeskus, Suomi 2 Aalto Yliopisto, Insinööritieteiden korkeakoulu, Suomi 13.03.2014 Sisäilmastoseminaari 2014, Helsinki, 13.03.2014
2014-03-31 2 KIITOKSET Kirjoittaja kiittävät Suomen Akatemiaa tutkimuksen tuesta ja rahoituksesta (POWER-PAD, NO. 259678).
2014-03-31 3 Johdanto Maailmanlaajuisia hengityselinsairausepidemioita puhkeaa nykyään usein, esim. tuhkarokko (1985), tuberkuloosi (1990), SARS (2003) ja H1N1 (2009). Flunssavirukset leviävät pääasiassa ihmisestä toiseen aivastelun kautta julkisissa tiloissa, joissa käytetään erilaisia perinteisiä ilmanvaihtomenetelmiä. Nykyisten ilmanvaihtojärjestelmien suunnittelussa ei ole otettu huomioon erityisesti sitä, että ilman välityksellä tarttuu tauteja ihmisestä toiseen. Sisäilmastoseminaari 2014, Helsinki, 13.03.2014
2014-03-31 4 Tavoite Tämän tutkimuksen päätavoitteena on mallintaa ja testata ehdotettua uudenlaista ilmanvaihtojärjestelmää, (protected occupied zone ventilation) POV, jolla luodaan turvallinen, terveellinen sekä tuottava työympäristö ja samalla suojataan toimistotyöntekijät hengitystieinfektioilta avotoimistossa ja julkisissa tiloissa.
2014-03-31 5 LASKENTAMALLIN KEHITTÄMINEN Täysin sekoittavassa ilmanjaossa epäpuhtaudet sekoittuvat tuloilmaan niin tehokkaasti, että epäpuhtauspitoisuus on kaikkina ajan hetkinä sama huoneen eri kohdissa. Epäpuhtauden tase voidaan silloin ilmaista yksinkertaisella taseyhtälöllä 1. Yhtälön mukaan pitoisuus kasvaa epäpuhtauden tuoton takia ja pienenee ilmanvaihdon ansiosta: V, huoneen tilavuus, m 3 c, epäpuhtauspitoisuus, ppm t, aika, h c s, tuloilman pitoisuus, ppm Q, tuloilmavirta, m 3 /h Q cs, epäpuhtauden tilavuusvirta, 10-6 m 3 /h
MITTAUSMENETELMA 2014-03-31 6
2014-03-31 7 Mittaustapaukset Taulukko 1 Koetilanteet testihuoneessa Tuloilmav irta [l/s] Tuloilman nopeus (m/s) Reynoldsin luku raossa Ilman-vaihtokerroin (h-1) Tuloilmavirta/ vyöhyke [L/s] CO 2 lähde (L/min) Poisto ja kalusto Case 1 35±1.0 1.75±0.05 1167 5.9 17.5±0.5 4.3±0.1 sivupoisto Case 2 30±1.0 1.50±0.05 1000 5.1 15.0±0.5 4.3±0.1 sivupoisto Case 3 20±1.0 1.00±0.05 667 3.4 10.0±0.5 4.0±0.1 sivupoisto Case 4 35±1.0 1.75±0.05 1167 5.9 17.5±0.5 4.3±0.1 kattopoisto Case 5 30±1.0 1.50±0.05 1000 5.1 15.0±0.5 4.3±0.1 kattopoisto Case 6 20±1.0 1.00±0.05 667 3.4 10.0±0.5 4.2±0.1 kattopoisto Case 7 35±1.0 1.75±0.05 1167 5.9 17.5±0.5 4.3±0.1 kattopoisto plus sermi ja pöydät Case 8 30±1.0 1.50±0.05 1000 5.1 15.0±0.5 4.2±0.1 kattopoisto plus sermi ja pöydät Case 9 20±1.0 1.00±0.05 667 3.4 10.0±0.5 4.0±0.1 kattopoisto plus sermi ja pöydät
2014-03-31 8 TULOKSET Kuva 2 Laskettu ja mitattu CO 2 -pitoisuus tapaus 1:ssä, tuloilman nopeus 1,75 m /s Kuva 3 Laskettu ja mitattu CO 2 -pitoisuus tapaus 2:ssä, tuloilman nopeus 1,5 m /s
2014-03-31 9 Kuva 4 Laskettu ja mitattu CO 2 -pitoisuus tapaus 3:ssä, tuloilman nopeus 1,0m /s Kuva 5 Laskettu ja mitattu CO 2 -pitoisuus tapaus 4:ssä, tuloilman nopeus 1,75 m /s
2014-03-31 10 Kuva 6 Laskettu ja mitattu CO 2 -pitoisuus tapaus 5:ssä, tuloilman nopeus 1,5m /s Kuva 7 Laskettu ja mitattu CO 2 -pitoisuus tapaus 6:ssä, tuloilman nopeus 1,0 m /s
2014-03-31 11 Kuva 8 Laskettu ja mitattu CO 2 -pitoisuus tapaus 7:ssä, tuloilman nopeus 1,75m /s Kuva 9 Laskettu ja mitattu CO 2 -pitoisuus tapaus 8:ssä, tuloilman nopeus 1,5 m /s
2014-03-31 12 Kuva 10 Laskettu ja mitattu CO 2 -pitoisuus tapaus 9:ssä, tuloilman nopeus 1,0 m /s Kuva 11 Laskettu suojauksen tehokkuus kaikissa yhdeksässä tapauksessa
2014-03-31 13 VIRTAUSLASKENTA Sivuseinäpoiston tapaukselle tehtiin myös alustava virtauslaskenta (CFD) käyttäen ANSYS-CFXohjelmaa. Tulokset osittavat, että vyöhykkeiden pitoisuussuhde vastaa suurilla ilmavirroilla hyvin mitattua. Kuvasta 12 ilmenee miten lattiaan törmäävä ilmasuihku kuljettaa epäpuhtautta huoneen puhtaalle puolelle. Kuva 12 CO 2 pitoisuus jakauma alustavassa simuloinnissa
2014-03-31 14 YHTEENVETO Tulokset osoittavat, että POV-järjestelmän ilmasuihku pystyy jakamaan huoneen kahteen alueeseen, joilla on erilaiset epäpuhtauspitoisuudet. Parhaimmillaan mitattu pitoisuus puhtaalla puolella huonetta oli noin puolet likaisemman puolen pitoisuudesta. Pitoisuusero huoneen eri puolien välillä riippuu ilmanvaihdosta siten, että pitoisuuserot pienenevät ilmanvaihdon pienetessä. Pitoisuuseroja voidaan mallintaa 2-vyöhykemallilla sekä CFDlaskennalla.
2014-03-31 15 Guangyu Cao Erikoistutkija Guangyu.Cao@vtt.fi puh. 020 722 6582 Sisäilmastoseminaari 2014, Helsinki, 13.03.2014