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) 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 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. 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 3 Sisäilman hiukkasuodatus ilmanjakolaitteella (Ilmanjakolaiteratkaisu) Toimintaperiaate 29.1.2014 Käytännön ratkaisu STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 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 Relative concentration, % Esimerkki koehuoneen hiukkaspitoisuusmittauksista (proto1). Tuloilmavirta 10 dm3/s – tehollinen ilmavirta 30 dm3/s. Hiukkaspitoisuuden aleneminen 75 %. 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 10:00 Filtration Negative corona 5 kV 14:00 18:00 22:00 2:00 Positive corona 5 kV 6:00 10:00 14:00 18:00 22:00 2:00 6:00 10:00 Time 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 6 Sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen prototyyppi no. 2 (2012) (luokka-, hotelli- ja potilashuone) Peruslaitteena Halton CHH aktiivinen jäähdytyspalkki - Laboratoriokokeissa ilmanjakolaitteen ensiöilmavirta oli 30 dm3/s. - Kun ilmanjakolaitteessa oli jäähdytysvarustus, puhtaan ilman tuotto (tehollinen ilmavirta) oli 86 dm3/s (sisäilman hiukkaspitoisuuden aleneminen 74 %) ja jäähdytys-patterin poiston jälkeen 102 dm3/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) 29.1.2014 Laboratorioproto (ylösalaisin) 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 dm3/s tehollinen ilmavirta oli 69 – 62 dm3/s ja ensiöilmavirralla 18.5 dm3/s 39 – 41 dm3/s – sisäilman hiukkaspitoisuuden alenemisodote 65 - 67 % 29.1.2014 Sisäilmaa puhdistava ilmanjakolaite käyttökohteessa STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 8 IV –koneen suodatusasteen parantaminen (IV – koneratkaisu) Suodattimena elektreettikuitusuodattimen ja aktiivihiilisuodattimen yhdistelmä. Tehoaa hiukkasten ohella myös otsoniin. 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 9 Sisäilman suhteellinen hiukkaspitoisuus, % Erilaisten ilmastointiteknisten ratkaisujen vaikutus sisäilman laatuun (sekoittava ilmanjako) 100 Ilmanvaihdon lisäämisen vaikutusalue 90 80 70 Ilmanpuhdistimien vaikutusalue 60 50 40 Sisäilmaa puhdistavan ilmanjakolaitteen vaikutusalue 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hiukkasvapaan lisäilmavaihdon suhde alkuperäiseen ilmanvaihtuvuuteen 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 10 Tilaratkaisuna esim. puhtaan sisäilman toimisto-osasto Puhtaan sisäilman tilat 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 Tarvittava tekniikka 11 Puhtaan sisäilman luokkahuone ilmanjakolaiteratkaisu 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 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. 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 13 IV –konseptin vaikutus toimistohuoneen hiukkaspitoisuuteen Suhteellinen hiukkaspitoisuus, 0,3 - 0,5 µm 1,2 29.1.2014 1,0 Sisäilma Sisäänpuhallusilma IV -koneelta tuleva ilma "Normaali huone" 0,8 IV-koneen hiukkasvaraaja päällä 0,6 Ilmanjakolaitteen suodatin päällä 0,4 0,2 0,0 13:00 14:00 15:00 16:00 Kellonaika STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 17:00 18:00 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 IV-koneelta tuleva ilma Tilanne 2 Sisäänpuhallusilma Sisäilma Tilanne 1 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Suhteellinen hiukkaspitoisuus (hiukkaskoko 0,3 - 0,5 µm) 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 15 IV-kone-konseptin vaikutus toimistohuoneen otsonipitoisuuteen 50 ”Allergiahuone” 45 Tuloilmakoneessa aktiivihiilisuodatin 40 Otsonipitoisuus, ppb ”Normaalihuone” Tuloilmakoneessa ei aktiivihiilisuodatinta 35 30 25 20 15 Sisäilma Tuloilma IVkoneelta Sisäilma Tuloilma IVkoneelta 10 5 0 11:00 29.1.2014 12:00 13:00 14:00 Kellonaika STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 15:00 16:00 17:00 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? 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 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”. 29.1.2014 STHS XXXVIII koulutuspäivät 4. – 5.2.2014 18 KIITOS