Sisäilmastoseminaari 2013 115 SERMIKORKEUDEN VAIKUTUS ILMAN VAIHTUVUUTEEN AVOTOIMISTON TYÖPISTEISSÄ Hannu Koskela 1, Henna Maula 1,Vesa Koskinen 1, Valtteri Hongisto 1, Esa Sandberg 2 1 Työterveyslaitos, Turku 2 Satakunnan ammattikorkeakoulu, Pori TIIVISTELMÄ Tutkimuksen tavoitteena oli saada kokeellista näyttöä sermikorkeuden vaikutuksesta siihen, miten hyvin tuloilma jakautuu avotoimiston työpisteisiin. Tutkimus tehtiin Työterveyslaitoksen avotoimistolaboratoriossa, joka vastasi kalustukseltaan ja ilmanjaon toteutukseltaan normaalia toimistotilaa. Tuloilmanjaon toimintaa tutkittiin mittaamalla ilman ikä työpisteissä merkkiainetekniikalla. Mittaus tehtiin sermikorkeuksille 1.3, 1.7 ja 2.1 metriä sekä myös ilman sermejä. Kokeen aikana työpisteiden lämpökuormat olivat tavanomaisia ja työntekijöitä mallinnettiin lämmitetyillä nukeilla. Mittaustulosten perusteella sermikorkeudella ei ollut merkittävää vaikutusta raittiin tuloilman kulkeutumiseen työpisteisiin. TAUSTA JA TAVOITE Avotoimiston sermeillä ja niiden korkeudella oletetaan olevan vaikutusta toimiston ilmanjaon toimintaan. Sermit estävät huonevirtausten vapaata kulkua ja voivat periaatteessa haitata raittiin tuloilman kulkeutumista työpisteisiin. Tämän seurauksena työpisteen epäpuhtauspitoisuus saattaa nousta toimiston yleistä pitoisuutta korkeammaksi. Kokeellista näyttöä tästä on kuitenkin vähän. Sermien vaikutus ilmanjaon toimintaan riippuu luonnollisesti toimiston ilmanjakotavasta, tuloilmaelimien sijoittelusta ja muista huoneen virtauskenttään vaikuttavista tekijöistä. Tutkimuksen tavoitteena oli saada kokeellista näyttöä sermikorkeuden vaikutuksesta siihen, miten hyvin tuloilma jakautuu avotoimiston työpisteisiin. MENETELMÄT Avotoimistolaboratorio Tutkimus tehtiin Työterveyslaitoksen avotoimistolaboratoriossa Turussa elokuussa 2011. Laboratorio vastasi kalustukseltaan ja ilmanjaon toteutukseltaan normaalia avotoimistotilaa. Sen pinta-ala oli 82 m 2, alakaton alapinnan korkeus 2.55 m ja työpisteiden lukumäärä 12 kpl (kuva 1). Tilatehokkuus oli 7 m 2 henkilöä kohti. Työntekijöiden lämpökuormaa kuvaamaan käytettiin nukkeja, joiden tuottama lämpöteho ja konvektiovirtaus vastaa ihmistä (kuva 2). Toimiston kokonaislämpökuorma oli 34 W/m 2, joka koostui työpisteiden lämpökuormasta (nukke 12 x 91 W, PC ja näyttö 8 x 65 W) ja valaistuksesta (14 W/m 2 ). Lämpökuorma valittiin kohtalaisen pieneksi, jotta
116 Sisäilmayhdistys raportti 31 lämpövirtausten aikaansaama sekoittuminen ei lisäisi tuloilman leviämistä. Kuormitus vastaa lähinnä avotoimiston sisävyöhykkeen lämpökuormaa silloin, kun ylimääräisiä lämmönlähteitä ei ole. Tuloilmavirta toimistoon oli 180 l/s, joka on 2.2 l/s lattianeliömetriä ja 15 l/s työpistettä kohti. Tuloilmavirta valitiin vastaamaan Sisäilmastoluokituksen ohjearvoja S1-luokalle 2.0 l/s lattianeliömetriä ja 14 l/s henkilöä kohti /1/. Ilmanvaihtokerroin oli 3.1 kertaa tunnissa. Kuva 1. Avotoimistolaboratorion pohjapiirros. Kuva 2. Avotoimistolaboratorion työpiste ja ihmisen lämpökuormaa mallintava nukke. Merkkiainemittauksen ilmanäyte imettiin nuken edestä hengitysvyöhykkeeltä. Tuloilman jako oli toteutettu kattoon tasavälein sijoitetuilla kuudella pyörrevirtaustyyppisellä tuloilmalaitteella (kuva 3). Toiminnaltaan laitteet olivat jäähdytyspalkkeja. Ne ottavat alapinnaltaan induktioperiaatteella huoneilmaa, joka jäähdytetään lämmönsiirtimessä. Puhallusilman alilämpöisyys huoneilmaan nähden oli kokeissa noin 3 o C. Päätelaitteiden sijainti on merkitty kuvaan 1.
Sisäilmastoseminaari 2013 117 Kuva 3. Päätelaitteena tutkimuksessa käytetty pyörrevirtayksikkö. Kuva 4. Avotoimistolaboratorio eri sermikorkeuksilla: ei sermejä (vasen yllä), 1.3 m (oikea yllä), 1.7 m (vasen alla) ja 2.1 m (oikea alla). Kuvia ei ole otettu merkkianemittausten yhteydessä, mutta sermien rakenne niissä vastaa mittaustilanteita. Mittausmenetelmät Tuloilmanjaon toimintaa tutkittiin mittaamalla ilman ikä työpisteissä. Ilman ikä kuvaa sitä, miten nopeasti raitis tuloilma kulkeutuu tuloilmalaitteista työpisteisiin. Hyvällä ilmanjaolla ilman ikä on työpisteissä pienempi kuin poistoilmassa. Huono paikallinen ilmanvaihtuvuus taas näkyy kohonneena ilman ikänä. Ilman ikä ei suoraan kuvaa epäpuhtauspitoisuuden jakautumista tilassa. Paikalliset epäpuhtauslähteet voivat aiheuttaa kohonneita pitoisuuksia vaikka ilman ikä olisi pieni. Toimistotyyppisissä tiloissa, joissa ei ole voimakkaita paikallisia epäpuhtauslähteitä, voidaan kuitenkin olettaa ilman iän kuvaavan melko hyvin myös epäpuhtausjakaumaa.
118 Sisäilmayhdistys raportti 31 Mittaukset tehtiin määrittämällä ilman ikä merkkiainemenetelmällä neljässä työpisteessä avotoimiston eri osissa sekä poistoilmassa. Mittaus tehtiin sermikorkeuksille 0 m, 1.3 m, 1.7 m ja 2.1 m (kuva 4). Merkkiaineena käytettyä rikkiheksafluoridia (SF 6 ) syötettiin vakionopeudella tuloilmaan ja sen pitoisuutta toimistossa seurattiin infrapunaanalysaattorilla B&K 1302. Ilmanäyte imettiin pumpulla kanavanvalitsinyksikön kautta, joka syötti analysaattoriin vuorotellen näytteen kustakin mittauspisteestä. Mittauspisteiksi valittiin neljä työpistettä, joista kaksi sijaitsi toimiston keskiosassa (1 ja 3), yksi lähellä sivuseinää (2) ja yksi toimiston nurkassa (4). Yksi mittauspiste oli poistoilmassa (P). Mittauspisteiden sijainti toimistossa on esitetty kuvassa 1. Ilman iän määrittäminen tehtiin niin kutsutulla step-down -menetelmällä /2/. Pitoisuuden annettiin ensin näytepisteissä nousta tasapainopitoisuuteen, minkä jälkeen päästö katkaistiin. Ilman ikä lasketaan kaavasta (1) jakamalla pitoisuuden alenemakäyrän alle jäävä pinta-ala lähtöpitoisuudella 0 1 τ i = C( t) dt (1), C(0) missä C(t) on merkkiaineen pitoisuus ajanhetkellä t. Poistosta mitattu ilman ikä on sama kuin tilan ilmanvaihtokertoimen käänteisarvo V/Q, missä V on huonetilavuus ja Q on tuloilmavirta. Kuva 3. Esimerkki merkkiainemittauksen tuloksista (sermikorkeus 1.3 m). Ilman ikä määritettiin alenemakäyrän alle jäävästä pinta-alasta. TULOKSET Mittaustulokset on esitetty kuvassa 4, jossa ilman ikä kussakin mittauksessa on esitetty suhteessa ilman ikään poistossa eli poistossa suhde=1. Mittaus toistettiin kullekin sermikorkeudelle 2-3 kertaa tulosten hajonnan selvittämiseksi. Sermikorkeudella ei ollut merkittävää vaikutusta raittiin tuloilman kulkeutumiseen työpisteisiin. Kaikilla sermikorkeuksilla ilman ikä työpisteissä oli hieman poistoilman ikää
Sisäilmastoseminaari 2013 119 pienempi. Tuloilma siis kulkeutui työpisteisiin hieman tehokkaammin kuin täysin sekoittavassa tilanteessa. Nurkkatyöpisteeseen 4 tuloilma kulkeutui hieman hitaammin kuin muihin työpisteisiin, mutta ero ei ollut suuri. Ilman ikä siellä oli keskimäärin 98 % poistoilman iästä, kun se muissa työpisteissä oli keskimäärin 94 % poistoilman iästä. Kuva 4. Ilman paikallinen ikä työpisteissä verrattuna poistoilman ikään. Täydellisesti sekoittavassa tilanteessa suhde on kaikkialla 1. Hyvällä ilmanjaolla ilman suhteellinen ikä työpistessä on alle 1. TULOSTEN TARKASTELU JA JOHTOPÄÄTÖKSET Sermikorkeudella ei mittausten perusteella ollut merkittävää vaikutusta raittiin tuloilman kulkeutumiseen työpisteisiin. Tulosten pohjalta voidaan siten olettaa, että hyvällä tuloilman jaolla avotoimiston työpisteiden ilmanvaihtuvuus on mahdollista pitää hyvällä tasolla myös korkeita sermejä käytettäessä. Tutkituista työpisteistä useimmissa oli sermit myös sivusuunnissa, joten ne estivät työpisteen virtauksia tavallista enemmän. Siinä mielessä työpisteiden ilmanjako oli tässä tapauksessa vaikeampi toteuttaa kun avoimempia sermejä käytettäessä. Normaalissa toimistossa myös liikkuminen aiheuttaa virtauksia ja edistää tuloilman sekoittumista. Tutkimuksessa käytetty lämpökuormataso 34 W/m 2 on varsin kohtuullinen. Käytännössä avotoimistoissa lämpökuormat voivat olla selvästi korkeampia esim. ikkunoista johtuen. Suuret lämpökuormat ja jäähdytystehot tyypillisesti voimistavat tilan virtauksia ja lisäävät siten sekoittumista. Myös tuloilmavirta oli avotoimistotilalle tavanomainen. Ilmanjako oli toteutettu tasaisesti alakattoon asennetuilla tuloilmalaitteilla ja laitteita oli tilan kokoon nähden riittävästi. Tuloilmasuihkut pääsivät etenemään vapaasti kattopintaa pitkin, josta ne suuntautuivat alaspäin törmättyään joko toiseen suihkuun tai seinään. Tulosta ei voida pitää täysin yleispätevänä. Ilman iän jakauma tilassa riippuu monista tekijöistä kuten ilmanjakotavasta, tuloilman virtauskuviosta, tuloilman ja huoneilman lämpötilaerosta, tilan lämmönlähteiden aiheuttamista virtauksista, tilan kalustuksesta ja
120 Sisäilmayhdistys raportti 31 virtausesteistä. Johtopäästösten yleistämiseksi olisikin tarpeen tehdä vastaavia mittauksia muilla ilmajakotavoilla ja tilatyypeillä sekä ilmanvaihto- ja lämpökuormatasoilla. KIITOKSET Tämä tutkimus toteutettiin TOTI -hankkeessa, jonka loppuraportti on ladattavissa sivulla (www.ttl.fi/toti). Hanketta rahoittivat Tekes ja 15 yritystä. LÄHDELUETTELO 1. Sisäilmastoluokitus 2008. Sisäympäristön tavoitearvot, suunnitteluohjeet ja tuotevaatimukset. Sisäilmayhdistys ry, Helsinki, 2008. 2. Ethridge, D. ja Sandberg, M. (1996) Building Ventilation: Theory and Measurement. John Wiley & Sons, Chichester, 724 s.