Sisäilmastoseminaari 16.3.2011 1 LÄMPÖTILAN VAIKUTUS TYÖSUORIUTUMISEEN JA VIIHTYVYYTEEN - LABORATORIOTUTKIMUS TOIMISTO- OLOSUHTEISSA Henna Häggblom, Annu Haapakangas, Valtteri Hongisto ja Hannu Koskela Työterveyslaitos, sisäympäristölaboratorio, Turku TIIVISTELMÄ Tavoitteena oli selvittää lämpötilojen 21 C, 25 C ja 29 C vaikutus kognitiiviseen suoriutumiseen ja lämpöviihtyvyyteen. Kaikkiaan 35 henkilöä osallistui tutkimukseen toimistolaboratoriossa. Työsuoriutumista mitattiin objektiivisesti kahdella kognitiivisella testillä. Lämpöviihtyvyyttä ja itsearvioitua työsuoriutumista mitattiin kyselyillä. Työmuistitehtävässä virheiden määrä kasvoi merkitsevästi korkeimmassa lämpötilassa kahteen alempaan verrattuna (p<.001). Pitkäkestoisen muistin tehtävässä lämpötila ei vaikuttanut työsuoriutumiseen. Koehenkilöt arvioivat suoriutumisensa merkitsevästi heikommaksi korkeimmassa lämpötilassa (p<.001). Lämpöviihtyvyys muuttui merkitsevästi kaikkien koetilanteiden välillä (p<.001). Naiset kokivat kaksi alinta lämpötilaa viileämpinä kuin miehet huolimatta yhtäläisestä vaatetuksesta (p<.01). JOHDANTO Merkittävä osa sisäympäristöön liittyvistä valituksista liittyy lämpöoloihin. Väärin toteutettu lämpöympäristö heikentää lämpöviihtyvyyttä ja saattaa alentaa työsuoriutumista. Clements- Croome ja Seppänen /1,2/ 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. Hongisto /3/ on kehittänyt mallin, joka ennustaa toimistomelun vaikutusta kognitiiviseen suoriutumiseen. Suoriutuminen sarjamuistitehtävissä oli herkintä melulle, kun taas yksinkertaisten tehtävien suoriutuminen ei häiriintynyt melusta. Samankaltaista tehtäväriippuvuutta saattaa esiintyä myös lämpöolojen yhteydessä. Kirjallisuudesta ei selviä, millaiset työtehtävät ovat herkimpiä kuumille lämpöoloille. Tavoitteena oli selvittää lämpötilojen 21, 25 ja 29 C vaikutus työsuoriutumiseen kahdessa kognitiivisesti erilaisessa tehtävässä sekä niiden vaikutus lämpöviihtyvyyteen. Valittu lämpötila-alue edustaa toimistoissa havaittuja tyypillisiä lämpötiloja. MENETELMÄT Yhteensä 35 (21 naista ja 14 miestä) psykologian tai fysiikan opiskelijaa rekrytoitiin koehenkilöiksi tutkimukseen. Koehenkilöt olivat iältään 19 33 -vuotiaita (mediaani = 24.4) ja äidinkieleltään suomenkielisiä. Koehenkilöitä informoitiin etukäteen koetilanteen kestosta,
2 Sisäilmayhdistys raportti 2X. toimistomaisesta tutkimusympäristöstä, tehtävien luonteesta, sekä muiden koehenkilöiden läsnäolosta. Koehenkilöitä ohjeistettiin pukeutumaan housuihin, pitkähihaiseen t-paitaan, jonka alla on t-paita, sukkiin ja matalavartisiin kenkiin. Arvioitu vaatteiden ja toimistotuolin lämmöneristävyys oli yhteensä 0.83 clo /4/. Koetilanteen aikana koehenkilöiden pääasiallinen toiminta oli koneella kirjoittaminen. Arvioitu elimistön lämmöntuotto oli 1.1 met /4/. Koehenkilöille maksettiin palkkio osallistumisesta. Tutkimus toteutettiin talvella 2009 Turussa sijaitsevassa avotoimistolaboratoriossa (31 m 2 ). Tuloilma tuotiin huoneeseen kattoon asennetulla suutinhajottajalla (kuva 1). Ilman virtauskuvio visualisoitiin savulla jokaisessa lämpötilassa, jotta voitiin varmistaa, ettei missään tilanteessa tuloilmasuihku putoa suoraan työpisteelle. Vetoriski (DR) mitattiin jokaisessa työpisteessä kaikissa kolmessa lämpötilassa. Työpisteiden välissä oli 1.3 m korkeat sermit estämässä näköyhteyttä työpisteiden välillä. Muut sisäympäristötekijät, kuten tuloilman määrä, äänitasot ja valaistus olivat ohjearvojen mukaisia. Taustaäänitasot huoneessa olivat alle L A,eq =39 db ja valaistusvoimakkuus säädettiin arvoon 400 lx. Huoneen lämpötilajakaumaa mitattiin korkeudesta 0.1 m korkeuteen 2.6 m työpisteen vieressä huoneen molemmissa päissä. Ilman liikenopeutta mitattiin yhdessä työpisteessä korkeuksilta 0.1 m, 0.6 m ja 1.1 m (taulukko 1). Tutkimukseen valittu lämpötila-alue edustaa toimistoissa havaittuja tyypillisiä lämpötiloja. Standardin /5/ mukaan huoneilman lämpötila 21 C koetaan melko viileäksi, kun henkilön lämmöntuotto on 1.1 met ja vaatteiden lämmöneristävyys on 0.83 clo. Lämpötila 25 C koetaan sopivana ja lämpötila 29 C melko lämpimänä. Kaikissa lämpöoloissa pintalämpötilat huoneessa olivat lähellä ilman lämpötilaa. Lämpöviihtyvyyttä arvioitiin käyttäen standardin mukaista 7-osaista lämpöviihtyvyysasteikkoa /5/. Koehenkilöt kävivät kaikissa kolmessa koetilanteessa kolmena eri päivänä. Jokainen koetilanne kesti 2 tuntia (kuva 2). Ensimmäinen tunti käytettiin lämpöoloihin totuttautumiseen ja tehtävien harjoitteluun. Tämän jälkeen suoriutumismittaukset aloitettiin. Suoriutumista mitattiin jokaisessa lämpötilassa kahdella kognitiivisilta vaatimuksiltaan erilaisella tehtävällä: N-back -työmuistitehtävällä ja pitkäkestoisen muistin tehtävällä. Lisäksi käytettiin kahta erilaista täytetehtävää. Tutkimusasetelmana oli toistettujen mittausten asetelma, jossa jokainen tutkittava käy läpi kaikki koetilanteet ja toimii itse itsensä vertailukohtana. Yhdessä koeryhmässä oli kerrallaan 5-6 henkilöä. Koetilanne järjestettiin aina 09:30 ja 15:00 välisenä aikana. Eri ryhmät kävivät lämpötilat läpi eri järjestyksessä, jotta koetilanteiden järjestyksen mahdolliset vaikutukset saatiin tasattua ryhmien välillä. N-back -työmuistitehtävässä /6/ koehenkilöille esitettiin neljä 100 kirjaimen sarjaa tietokoneen näytöllä. Kirjaimet näytettiin yksitellen sekunnin ajan. Koehenkilöiden tehtävänä oli reagoida jokaiseen kirjaimeen niin nopeasti ja tarkasti kuin mahdollista kullekin sarjalle annettujen ohjeiden mukaisesti. Sarjojen vaikeustaso kasvoi tehtävän aikana eli ensimmäinen 100 kirjaimen sarja oli helpoin ja viimeinen vaikein. Ensimmäisessä sarjassa (0-back) tehtävänä oli tunnistaa "X"-kirjain painamalla joko "KYLLÄ" tai "EI" jokaisen kirjaimen kohdalla. Toisessa sarjassa (1-back) tehtävänä oli tunnistaa, oliko esitetty kirjain sama kuin edellinen kirjain. Kolmannessa sarjassa (2-back) tuli tunnistaa, oliko näytetty kirjain sama kuin toiseksi edellinen ja neljännessä sarjassa (3-back) ruudulla esitettyä kirjainta tuli verrata kolmanneksi edelliseen. 0-back mittaa pelkkää monitorointia, kun taas muut N-back-tasot
Sisäilmastoseminaari 16.3.2011 3 edellyttävät sekä monitorointia että työmuistin suorituskykyä. Virheiden määrä ja reaktioajat analysoitiin. Pitkäkestoisen muistin tehtävässä koehenkilöt lukivat tekstiä viiden minuutin ajan painaen mieleen tiettyyn aiheeseen liittyvät asiat. Erilaisia tekstejä oli kolme ja tekstien järjestys sekoitettiin ryhmien välillä. Tekstit olivat 3 sivua pitkiä ja käsittelivät uhanalaisia kasveja, harvinaisia sairauksia sekä kaukaisia maita. Ennen tekstin palauttamista koehenkilöt tekivät muita tehtäviä. Tekstin palauttamisessa koehenkilöillä oli 5 minuuttia aikaa kirjoittaa Word dokumenttiin kaiken mitä ennalta ilmoitetusta aiheesta muistivat. Oikein muistettujen faktojen määrä laskettiin (maksimimäärä oli 30). Pitkäkestoisen muistin tehtävä mittaa tekstin ymmärtämistä, oppimista, muistamista ja muistista hakua. 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 17.0, SPSS Inc). Aineisto analysoitiin toistettujen mittausten varianssianalyysillä. Parivertailuihin tehtiin Bonferroni -korjaukset. N-back -työmuistitehtävässä vain 25 koehenkilön aineisto oli käytettävissä teknisen vian vuoksi. Kuva 1. Pieni avotoimistolaboratorio ja suutinhajottaja. Taulukko 1. Mitattujen sisäympäristötekijöiden keskiarvot kolmessa eri lämpötilanteessa. Keskihajonnat on merkitty sulkuihin. *Luokka A (<10 %), **luokka B (<20 %) /5/. Nimelliset lämpötilat [ C] Mitatut lämpötilat [ C] Ilman liikenopeus [m/s] kolmella korkeudella Vetoriski [%] kaikissa työpisteissä Suhteellinen kosteus [%] Ulkoilmavirta [l/s henkilö] Hiilidioksidipitoisuus [ppm] 21 25 29 21.5 (0.53) 25.4 (0.12) 29.2 (0.20) 1.1 m 0.14 (0.01) 0.16 (0.01) 0.13 (0.01) 0.6 m 0.08 (0.01) 0.14 (0.01) 0.12 (0.01) 0.1 m 0.09 (0.01) 0.10 (0.01) 0.13 (0.01) 0-16** 0-13** 0-7* 8 9 8 18-21 18-21 18-21 490 490 490 Kuva 2. Koetilanteen aikataulu yhdessä lämpötilassa.
4 Sisäilmayhdistys raportti 2X. TULOKSET Kuvan 3 mukaan ainoastaan lämpötila koettiin häiritsevänä sisäympäristötekijänä. Muut tekijät eivät haitanneet kokeen suorittamista. Lämpötilalla on tilastollisesti merkitsevä vaikutus työsuoriutumiseen (kuva 4) N-back -työmuistitehtävässä (p<.001). Virheiden määrä oli merkitsevästi suurempi lämpötilassa 29 C kuin 25 C (p<0.001) ja 21 C (p<0.01). Lämpötilojen 25 C ja 21 C välillä ei työsuoriutumisessa ollut merkitsevää eroa. Työmuistitehtävän vaikeustason (0-3) ja lämpötilan välillä ei ollut vuorovaikutusta (p<.17). Tämä tarkoittaa, että lämpötila vaikutti suoriutumiseen samalla tavalla kaikilla vaativuustasoilla. Lämpötila ei vaikuttanut suoriutumiseen pitkäkestoisen muistin tehtävässä (p=.58). Lämpötilan vaikutus itsearvioituun työsuoriutumiseen oli yhdenmukainen N-back - työmuistitehtävästä saatujen tulosten kanssa (p<.001). Lämpötilalla havaittiin olevan vaikutusta motivaatioon ja energiatasoon (p<.001). Koehenkilöt olivat motivoituneimpia ja energisimpiä lämpötilassa 21 C. Erot lämpöviihtyvyydessä olivat merkitseviä kaikkien lämpötilojen välillä (p<.001). Sukupuolen ja lämpöviihtyvyyden välillä havaittiin yhdysvaikutus (p<.01) osoittaen, että naiset kokivat lämpötilat 21 C ja 25 C merkitsevästi viileämpänä kuin miehet huolimatta yhtäläisestä vaatetuksesta (kuva 5.). Lämpötila Valaistus 1 2 3 4 5 Melu Hajut 5 = Erittäin paljon 1 = Ei lainkaan 21 C 25 C 29 C Kuva 3. Sisäympäristön häiritsevyyden keskiarvot. "Huoneen lämpötila heikensi tehtäväsuoriutumista." 5 4 3 2 1 21 C 25 C 29 C 5 = Täysin samaa mieltä 1 = Täysin eri mieltä p< 0.001 Kuva 4. Vasen) Virheiden määrä N-back -työmuistitehtävässä. Oikea) Itsearvioitu työsuoriutuminen.
Sisäilmastoseminaari 16.3.2011 5 Kuva 5. Lämpöviihtyvyys eri lämpötiloissa. Vasen) Keskimääräinen lämpötuntemus, Oikea) Sukupuolten välinen ero. POHDINTA Lämpötilalla oli vaikutusta työsuoriutumiseen N-back -työmuistitehtävällä mitattuna. Tulokset osoittivat, että lämpötilan vaikutus tarkkaavaisuuteen ja lyhytkestoiseen muistiin ei riippunut tehtävän vaikeustasosta, vaan lämpötila heikensi suoriutumista sekä helpoissa että vaativissa tarkkaavuutta ja työmuistia edellyttävissä suorituksissa. Työmuistitehtävät, joita N-back tehtävä edustaa, ennustavat yleisesti työsuoriutumista monimutkaisemmissa kognitiivisissa tehtävissä /7/. Tulosten perusteella voidaan siis olettaa, että lämpötila vaikuttaa myös N-back-tehtävää monimutkaisempiin tehtäviin. Tekstin opiskeluun ja muistamiseen lämpötilan ei kuitenkaan tässä tutkimuksessa todettu vaikuttavan. On siis mahdollista, että lämpötila ei vaikuta suoriutumiseen tämäntyyppisissä tehtävissä. Toisaalta kyseisentyyppisten tehtävien tutkimiseen liittyy huomattavasti enemmän haasteita kuin yksinkertaisempien muisti- ja havaintotoimintojen tutkimiseen. Merkityksiä ja tietoa sisältävien asioiden, kuten tekstin, opiskeluun ja muistamiseen vaikuttavat esim. aiemmat tiedot ja suoritusstrategioiden oppiminen tai vaihtaminen koetilanteiden välillä, joita tutkimuksessa on vaikea kontrolloida. Lisäksi tällaisista tehtävistä on vaikeampaa laatia kolmea sisällöllisesti erilaista, mutta vaativuudeltaan identtistä versiota toistettujen mittausten koeasetelmaan. Toisin sanoen, lämpötilan vaikutuksen puuttuminen saattoi johtua tutkimusmetodologisista tekijöistä eikä siitä, ettei vaikutusta todellisuudessa olisi. On myös mahdollista, että tehtävän kesto (5 minuuttia) oli liian lyhyt lämpötilan vaikutuksen havaitsemiseen. Lyhyessä ajassa koehenkilöt pystyvät kompensoimaan olosuhteiden negatiivista vaikutusta suoriutumiseen esim. pinnistelemällä enemmän. Todellisessa työtilanteessa työtehtävät kestävät kuitenkin tunteja, jolloin olosuhteiden häiriövaikutusten kompensointiin ei riitä enää vastaavasti voimavaroja. Tulokset viittaavat siis siihen, että lämpötilalla voi olla erilainen vaikutus eri työtehtäviin, mutta tätä ei voitu varmuudella osoittaa. Jatkotutkimuksissa tulisi selvittää myös muiden tehtävätyyppien herkkyyttä lämpötilalle /8/. Sukupuolten väliset erot lämpöviihtyvyydessä olivat merkitseviä huolimatta yhtäläisestä vaatetuksesta. Parsons on havainnut samankaltaisia tuloksia viileissä olosuhteissa /9/. Choi et al. tutki sukupuolen vaikutusta lämpötyytyväisyyteen toimistoympäristössä havaiten, että naiset olivat jäähdytystilanteessa tyytymättömimpiä lämpöympäristöön kuin miehet /10/. Sukupuolten välistä eroa lämpöviihtyvyyteen ei ole vielä selitetty.
6 Sisäilmayhdistys raportti 2X. Standardin /5/ mukaan lämpöviihtyvyys olisi lähellä neutraalia lämpötilassa 25 C, kun henkilön lämmöntuotto on 1.1 met ja vaatteiden lämmöneristävyys on 0.83 clo. Kuitenkin keskimääräinen lämpötuntemus koehenkilöillä oli "melko lämmin". Myös lämpötila 29 C koettiin "lämpimänä", vaikka standardin PMV -mallin mukaan tilanne olisi "melko lämmin". Tämä saattaa johtua suuresta lämpötilaerosta ulkoilman ja laboratorion välillä. Tutkimus toteutettiin talvella 2009-2010 lämpötilan ulkona vaihdellessa -25 C ja 0 C välillä. Jatkotutkimukset tulisi toteuttaa keväällä tai syksyllä /8/. Artikkelin englanninkielinen käännös on saatavana kesällä 2011. /11/ 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, LNBL report 60946. 3. Hongisto V, A model predicting the effect of speech of varying intelligibility on work performance, Indoor Air 15 (2005) 458-468. 4. ASHRAE (2004). ANSI/ASHRAE standard 55-2004, Thermal environmental conditions for human occupancy. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers; 2004. 27 p. 5. ISO 7730:2005, Ergonomics of the thermal environment e 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. 6. 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. 7. Daneman M, Merikle PM (1996). Working memory and language comprehension: A meta-analysis. Psychonomic Bulletin & Review, 3: 422-433. 8. Hongisto V, Haapakangas A, Koskela H, Keränen J, Oliva D, Hakala J, Häggblom H, Koskinen V, Sandberg E, Hyönä J, Kokko J, Sisäympäristön vaikutusten kokonaisvaltainen tutkimus avotoimistolaboratoriossa, Sisäilmastoseminaari 16.3.2011 Espoo. 9. Parsons K.C. 2002. The effects of gender, acclimation state, the opportunity to adjust clothing and physical disability on requirements for thermal comfort. Energy and Buildings 34 (2002)593-599. 10. Choi J., Aziz A., Loftness V. (2010) Investigation on the impacts of different genders and ages on satisfaction with thermal environments in office buildings, Building and Environment 45 (2010)1529-1535. 11. Häggblom H, Haapakangas A, Hongisto V, Hakala J, Koskela H, The effect of temperature on work performance and thermal comfort - laboratory experiment, The 12th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, June 5-10, 2011, Austin, Texas, USA