Opinnäyte: Painovoimaisen ilmanvaihdon rakentaminen on yhä mahdollista

Tarkastusinsinööri Kari Laitinen selvitti YAMK-opinnäytetyössään, millä edellytyksillä uusia painovoimaisia ilmanvaihtojärjestelmiä voidaan yhä suunnitella. Helsingin kaupungin rakennusvalvonnan talotekniikkayksikössä tarkastusinsinöörinä työskentelevän Laitisen Metropolia-ammattikorkeakoulun talotekniikan tutkinto-ohjelmaan tekemä ylemmän ammattikorkeakoulututkinnon insinöörityö ”Painovoimaisen ilmanvaihdon mallintaminen rakennuslupaprosessissa” hyväksyttiin viime vuoden lopulla.

Insinöörityössään Laitinen laati kaksi painovoimaisen ilmanvaihdon toiminnan ja asetuksenmukaisuuden varmistamiseen sopivaa tarkastustaulukkoa erityisesti rakennusvalvojien käyttöön sekä kaikkien PVIV-järjestelmien suunnittelijoiden yleisohjeeksi sopivan muistilistan esimerkiksi ilmanvaihtokanavien mitoitukseen. Lisäksi hän teki Excel-pohjaisen laskurin järjestelmän ilmavirtojen mittaukseen.

– Tarkastustaulukoiden ja muistilistan tavoitteena on helpottaa ja yhtenäistää rakennusvalvonnan lvi-insinöörien työtä. Uusia PVIV-järjestelmiä suunnitellaan nykyisin vain harvoin, eikä järjestelmien asetuksenmukaisuuden varmistamiseen ollut tarjolla ajantasaisia ohjeita, Laitinen kertoo.

YAMK-tutkinnon tekoon Laitista innosti sekä kiinnostus PVIV-järjestelmän toimintaperiaatteisiin että halu uusien asioiden oppimiseen. Samalla työ tarjosi hyvän mahdollisuuden syventyä uuden rakentamislain ja uudistuvien asetusten vaatimuksiin. Esimerkiksi ympäristöministeriön asetus rakentamisen suunnitelmamallien ja viranomaiskatselmusten sisällöstä tulee valmistumaan näillä näkymin tämän vuoden aikana.

– Ensi vuoden alusta alkaen myös erityissuunnitelmat toimitetaan rakennusvalvonnalle koneluettavassa muodossa, mutta painovoimaisen ilmanvaihdon suunnittelu on käytännössä käsityötä, joten asetuksenmukaisuuden tarkastaminen tietomalleista ei ole ainakaan tällä hetkellä kokonaisvaltaisesti mahdollista, Laitinen sanoo.

Laki sallii painovoimaisen järjestelmän rakentamisen

Painovoimaista ilmanvaihtoa alettiin toteuttamaan Suomessa 1700-luvulla. Kerrostaloissa tämä säilyi pääasiallisena ilmanvaihtotapana 1970-luvulle saakka, jolloin koneellinen ilmanvaihto alkoi yleistyä nopeasti. Energiamääräysten kiristyminen vuonna 2003 lopetti käytännössä kaikkien uusien PVIV-järjestelmien rakentamisen vuoteen 2017 saakka, jolloin järjestelmät vapautettiin lämmön talteenottovaatimuksesta. Vaikka energia-asetus antaa PVIV-järjestelmälle joustoa lämpöhäviön tasauslaskelmassa, tulee järjestelmän täyttää muun muassa E-lukuvaatimukset sekä ilmanvaihtoasetuksen vaatimukset.

Uudiskohteisiin painovoimaista ilmanvaihtoa ei voi Laitisen mukaan suositella ensisijaisena ilmanvaihtojärjestelmänä. Jos reunaehdot täyttyvät ja rakennuspaikka soveltuu painovoimaiselle ilmanvaihdolle, saadaan järjestelmä toimimaan huolellisella mitoituksella ja toteutuksella.

– Painovoimaisessa ilmanvaihdossa lämmön talteenottoa ei ole mahdollista toteuttaa tavanomaisilla menetelmillä. Tämä nostaa väistämättä rakennuksen energiankulutusta, E-lukua ja moduulin B6 hiilijalanjälkeä.

Lämpimät kuukaudet ovat haaste 

Painovoimaisen ilmanvaihdon toiminta perustuu pääasiassa rakennuksen sisä- ja ulkoilman välisiin tiheyseroihin ja poistoilmahormin aukkojen korkeuseroihin. Lämpimämpi ilma nousee hormissa kevyempänä ylöspäin ja tilalle saadaan viileämpää ulkoilmaa rakennuksen ulkoseinillä olevista ulkoilmaventtiileistä. Myös tuuli vaikuttaa ilman vaihtuvuuteen.

– Tuuli tehostaa painovoimaisen ilmanvaihdon toimintaa, kun tuulen suuntaiselle seinustalle muodostuu ylipaine ja suojaiselle puolelle alipaine. Tuulen lisäävää tehoa tarvittaisiin erityisesti lämpiminä kesäpäivinä, kun ulko- ja sisälämpötilojen erotus on pienimmillään, mutta valitettavasti tuulet ovat lämpiminä kesäpäivinä usein heikkoja. 

Ilmavirtojen mitoitusta varten tulee tietää kaikki lähtötiedot ulkoilmasäleikön painehäviöstä siirtoilmareittien painehäviöihin ja ulospuhallukseen.

– Useissa oppikirjoissa ohjeistetaan laskemaan poistoilmahormin käyttövoima, mutta pelkästään tämä ei ole riittävä tieto.

Myös mitoituksessa käytettävillä lämpötiloilla on suuri merkitys.

– Olemassa olevissa ohjeissa kesäkuukausien sisälämpötilana käytetään +21 astetta, mutta todellisuudessa lämpötila on usein korkeampi. Tämä tulisi huomioida laskelmissa ja tarvittaessa myös simuloimalla. Liian alhainen sisälämpötila alimitoittaa laskelmia.

Ilman vaihtuvuutta voidaan tehostaa varustamalla rakennus poistoilmahormin lisäksi myös erillisellä tehostushormilla sekä hormin päähän asennettavalla vedonparantajalla. Oman haasteensa ilman vaihtuvuudelle tuovat myös painovoimaiseen ilmanvaihtojärjestelmään tarvittavat suodattimet, jotka voivat aiheuttaa merkittäviä painehäviöitä.

Perinteiset tekniikat kunnioittavat rakennuksia

Laitinen kertoo olleensa aina kiinnostunut vanhoista rakennuksista ja perinteisistä rakennustekniikoista.

– Vanhoissa rakennuksissa kiehtoo niiden historia ja vanhan rakentamistavan ja arkkitehtuurin kunnioittaminen. Ennen rakennusvalvonnan palvelukseen siirtymisestäni työskentelin lvi-suunnittelijana noin 25 vuoden ajan pääsääntöisesti korjausrakentamiskohteissa. Vanhimmat suunnittelukohteeni olivat 1800-luvun loppupuolelta.

Jos peruskorjauskohteessa halutaan kunnioittaa rakennuksen historiaa ja arkkitehtuuria, tarjoaa huolellisesti suunniteltu PVIV-järjestelmä tähän Laitisen mukaan yhä mahdollisuuden.

– Vanhojen järjestelmien korjaamisessa tulee varmistaa ulkoilma- ja korvausilmareittien toimintaedellytykset sekä mahdollisimman pienet painehäviöt. PVIV-järjestelmän suunnittelu on tarkkaa käsityötä. Koko järjestelmän toiminta tulee ymmärtää ja olosuhteet pitää osata huomioida, Kari Laitinen sanoo.

Insinöörityön ohjaajina toimivat tarkastusinsinööri Juha Likonen ja yliopettaja Rauno Holopainen.