Opetustilan ilmanlaadun analyysi sisäilmamittausten avulla : ilmanjakotapojen vertailu

Abstract

Opinnäytetyö on osa Business Finlandin rahoittamaa monitieteistä E3-tutkimushanketta (Excellence in Pandemic Response and Enterprise Solutions). Hankkeen tavoitteena on kehittää tutkimuspohjaisia ratkaisuja ilmalevitteisten virusten ja tartuntatautien leviämisen ehkäisemiseksi sisätiloissa. Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia kahden eri opetustilan ilmanlaatua ja ilmanvaihtoa sisäilmamittausten perusteella. Tavoitteena oli verrata toteutuneita olosuhteita sisäilmastoluokituksen tavoitearvoihin sekä selvittää ilmanjakotavan merkitys oleskeluvyöhykkeen olosuhteille.

Opinnäytetyössä tutkittiin säädetyillä ilmavirroilla auditorion ja ryhmätyötilan ilmanlaatua hiilidioksidimittausten perusteella. Auditoriossa on syrjäyttävä ilmanvaihto, ja ryhmätyötilassa on sekoittava ilmanvaihto. Lisäksi tutkittiin auditorion ilmanvaihdon toimintaa normaalissa käyttötilanteessa hiilidioksidi-, lämpötila-, TVOC- ja hiukkasmittausten perusteella. Auditorion mittaukset tehtiin opinnäytetyön tekijän toimesta vuonna 2024 ja ryhmätyötilassa ne tehtiin eri tutkijoiden toimesta vuonna 2023. Molemmissa mittauksissa käytettiin samoja mittausantureita, jotka sijoitettiin eri puolille huonetta sekä tulo- ja poistoilmakanavan läheisyyteen. Mittaustuloksia verrattiin sisäilmastoluokituksen tavoitearvoihin sekä säädöksien vähimmäisarvoihin. Hiilidioksidipitoisuuksien perusteella määritettiin epäpuhtauksien poistotehokkuudet ja infektioriskit käyttäen Wells-Riley-mallia.

Tulosten perusteella hiilidioksidipitoisuudet pysyvät ryhmätyötilassa S2-luokan tavoitearvossa, kun taas auditoriossa pitoisuudet pysyvät S1-luokassa. Epäpuhtauksien poistotehokkuudet olivat paremmat auditoriossa kuin ryhmätyötilassa. Molemmissa tiloissa infektioriskit olivat lähes yhtä suuret samoilla tuloilmavirroilla, mutta samansuuruisilla ilmanvaihtokertoimilla riski oli pienempi auditoriossa. Huonelämpötila pysyi auditoriossa kaikissa käyttötapauksissa S1-luokan tavoitearvossa. Hiukkaspitoisuudet pysyivät tilassa hyvin matalina, mutta TVOC-pitoisuudet kohosivat hieman.

Tuloksista voidaan päätellä, että oleskeluvyöhykkeelle luodaan syrjäyttävällä ilmanvaihdolla paremmat olosuhteet kuin sekoittavalla ilmanvaihdolla. Auditorion tarpeenmukainen ilmanvaihto toimii normaalissa käyttötilanteessa tehokkaasti pitäen ilmanlaadun hyvänä tilan käyttäjille.

The purpose of this thesis was to investigate the air quality and ventilation of two different classrooms based on indoor air measurements. The aim was to compare the actual conditions with the target values of indoor climate classification and to determine the impact of the air distribution method on conditions in the occupied zone.

The thesis examined the air quality of an auditorium and a group workroom with regulated airflows based on carbon dioxide measurements. The air quality in the auditorium was also examined in normal operating conditions based on temperature, TVOC and particle measurements. The auditorium has displacement ventilation, while the group workroom has mixing ventilation. The same measurement sensors were used in both cases, placed in various parts of the room and near the supply and exhaust air ducts. The measurement results were compared with the target values of the indoor climate classification. The removal efficiencies of impurities were determined based on carbon dioxide concentrations. In addition, infection risks were calculated using the Wells-Riley model.

The results showed that carbon dioxide concentrations remained within the S2 class target value in the group workroom, while in the auditorium, the concentrations remained within the S1 class. The removal efficiencies of impurities were better in the auditorium than in the group workroom. In both spaces, the infection risks were almost equal with the same supply airflows, but with the same ventilation rates, the risk was lower in the auditorium. The room temperature remained within the S1 class target value in all usage scenarios in the auditorium. Particle concentrations remained very low in the auditorium, but TVOC concentrations slightly increased.

The results suggest that displacement ventilation creates better conditions in the occupied zone than mixing ventilation. The demand-controlled ventilation in the auditorium works efficiently under normal operating conditions, maintaining air quality good for the users of the space.