Lataa PDF-tiedosto

Sakari Vestinen, Insinööri (YAMK), asiantuntija, Älykäs rakennettu ympäristö, Lapin ammattikorkeakoulu

Ilmanvaihtojärjestelmän asentamisella edistetään vähähiilisyyttä ja energiatehokkuutta vanhemmassa rakennuskannassa

Kiinteistö- ja rakennusalalla vaikuttavia trendejä ovat vihreä siirtymä, energiatehokkuus ja vähähiilisyys. 2010-luvulta alkaen on puhuttu enemmän ilmastonmuutoksesta ja sen hillitsemisestä (Toivanen 2017). Suomessa on käytössä energiatukijärjestelmä, jolla tuetaan yrityksiä ja kotitalouksia energiatehokkuuden parantamisen toimenpiteitä. Suomen energia- ja ilmastosuunnitelman pyrkimyksenä on saada aikaan joustavia ja energiatehokkaita rakennuksia, jotka ovat kustannustehokkaita ja asianmukaisesti suunniteltuja (Huttunen ym. 2024). Tällä hetkellä keskeisin tavoite on parantaa energiatehokkuutta. Yksi energiatehokkuutta parantava ratkaisu on koneellisen lämmön talteen ottavan ilmanvaihdon asentaminen. Ilmanvaihtojärjestelmien toimivalla suunnitellulla sekä oikeanlaisella käytöllä ja ylläpidolla saavutetaan hyvät sisäilmaolosuhteet, ja samalla säästetään energiaa (Motiva 2024). 

Lapin ammattikorkeakoulu ja Peräpohjolan Opisto toteuttavat yhteishankkeen – ReStart – Vähähiilisyys ja energiatehokkuuden parantaminen kulttuurihistoriallisessa kiinteistössä. Hanke toteutetaan ajanjaksolla 10/2023–3/2026, ja sen rahoittajana on Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskus. Hankkeessa tutkitaan ja selvitetään miten kulttuurihistoriallisesti arvokkaaseen 1900-luvun alussa rakennettuun hirsirakenteiseen Niilontaloon sopii sisä- ja ulkoilmapaineen tasauksella rakennusvaipan yli säätyvä, koneellinen lämmön talteen ottava ilmanvaihto. Kohde on historiallisesti arvokas, koska Lapissa ei jäänyt montaa vastaavaa rakennusta jäljelle toisen maailmansodan jälkeen. Tässä tutkittavassa rakennuskohteessa toimii maahanmuuttajille suunnattu koulutustoiminta ja kohteen käyttö on vähintään sisäilmastoluokaltaan S1-S2 (luokittelu opiskelukäyttöön). Rakennusta on remontoitu kattavasti vuosina 2023–2024. Vanhat lämpö-, vesi-, ilma-, automaatio- ja sähkölaitteistot (LVIAS-laitteistot) on purettu kokonaisuudessaan ja uusittu nykymääräykset ja laatuvaatimukset täyttävillä sekä käyttötarkoitukseen tarkoitetuilla tuotteilla. Rakennuksen runkoa on tiivistetty asentamalla kaksinkertainen kipsilevy seinien sisäpuolelle. Lisäksi yläpohjasta ja alapohjasta on poistettu vanhat eristeet, ja tilalle on asennettu uudet.

Tutkimusmenetelmät

Hankkeessa vastataan tutkimuskysymykseen: millaisia vaikutuksia sisäympäristön laatuun paine-ero-ohjatulla, koneellisella tulo- ja poistoilmanvaihdolla on rakennushistoriallisesti merkittävässä kiinteistössä, ja voisiko vastaavan kaltaista ilmanvaihtojärjestelmää soveltaa myös muihin vastaaviin kiinteistöihin? Tutkimuskysymykseen vastaamiseksi hankkeen aikana kerätään kattavasti aineistoa eri menetelmin (Taulukko 1). Aineisto on pääasiassa määrällistä, ja laadullista aineistoa saadaan käyttäjäkyselyistä. Valitut menetelmät perustuvat kirjallisuusselvitykseen, joka sisältää muun muassa ilmanvaihdon rakennusfysikaalisia tarkasteluja.

Lapin ammattikorkeakoulun asiantuntijat ovat viikoittain seuranneet ja tallentaneet valvomoon tulevaa dataa. Kohteeseen tehdään seurantajakson aikana kohdekäyntejä, joissa on muun muassa mitataan ilmavaihtojärjestelmän tulo- ja poistoilmamäärät (Kuva 1) ja mitatuista tuloksista tehdään erillinen mittauspöytäkirja (Kuva 2). Erillisellä ilmanlaatuloggeri (Kuva 3.), jolla mitataan oleskeluvyöhykkeen ilman hiilidioksidiarvon, lämpötilan, kosteuden ja kastepistelämpötilan. Nämä mittaustiedot tallennetaan pidemmältä aikaväliltä, jolloin saadaan vertailutietoa rakennusautomaation päätelaitteista ja kojeista saatuun tietoon. Lisäksi saatua aineistoa verrataan kirjallisuudesta saatavaan tietoon.

Taulukko 1. Hankkeen aineistonkeruumenetelemät.

Aineisto	Mittari/menetelmä	Ajankohta/mittausjakso
Ilmanmäärä	Ilmamäärämittaus	4 kertaa vuodessa
Ilmanlaatu	Ilmanlaatuloggeri	4–6 kertaa vuodessa
Lämpökuvaus	Lämpökamera	Kaksi kertaa vuodessa
Käyttäjäkysely	Webropol	Kaksi kyselyä (2/2025 ja arviolta 11/2025)
Valvomodatan keruu	Valvontajärjestelmä	Data tallennetaan kahden viikon jaksoissa

Kuva 1. Ilmamäärien mittaus ja lukemien talteenotto

Kuva 2. Mittauspöytäkirjapohja

Kuva 3. Ilmanlaatuloggeri.

Ilmanvaihto ja rakennusfysiikka

Hyvä energiatehokas ilmanvaihto takaa hyvän sisäilman laadun. Rakennuksen on kuitenkin oltava tiivis, jotta laitteisto on toimiva. Tiiveys on myös tärkeää, jottei kosteus pääse eristäviin vaipparakenteisiin. Mikäli vaipparakenteessa on ilmanvuotoja, voi sisäilmankosteus ilmavirtauksen mukana kulkeutua kylmiin rakenteisiin, aiheuttaen kosteusvaurioita. Tiiveydellä saavutetaan myös asumisviihtyvyyttä, kylmän ilman virratessa sisälle aiheuttaa se vedon tunnetta, samalla estyy talon rakenteista, maaperästä ja ulkoilmasta epäpuhtauksien ja haitallisten aineiden kulkeutuminen sisäilmaan (Paloniitty 2012).

Tutkittavassa kohteessa on ilmavuotojen estämiseksi asennettu kaksinkertainen kipsilevy seinien sisäpuolelle.  Tiiviyden kannalta on tärkeää selvittää mahdolliset lämpövuodot lämpökameran avulla (Kuva 4). 

Kuva 4. Lämpökamerakuvaus

Painovoimainen ilmanvaihto

Vanhoissa rakennuksissa on pääsääntöisesti painovoimainen ilmanvaihto. Ilmanvaihto perustuu ilman lämpötilaeroon. Kylmä ilma on raskaampaa kuin lämmin ilma- Tällöin kylmä ilma pyrkii alaspäin, ja puolestaan lämmin ilma kevyempänä pyrkii ylöspäin. Painovoimaisessa rakennuksessa ilma liikkuu lämpötilaerojen, tuulen ja painovoiman vaikutuksesta, sääolosuhteiden mukaisesti vaihdellen sekä tilan käyttäjän säätelemänä. Painovoimaisessa ilmanvaihdossa ilma tulee sisälle siihen tarkoitetusta säädettävästä ilmaventtiilistä. Ilmaventtiili sijaitsee yleensä ikkunan päällä tai ilman saamiseksi sisälle on erikseen asennettu venttiili seinän läpi. Hormivaikutuksella voidaan säätää sisäilman vaihtuvuutta, kun lämmin ilma poistuu hormissa vesikaton ulkopuolelle, virtaa venttiilistä tilalle viileämpää ilmaa. Kesällä ulkoilman ollessa päivällä lämpimämpi kuin sisäilman, ei ilma liiku, jolloin yleensä tuuletusikkunaa avaamalla saa ristivedon ilman vaihtumiseksi (Kuva 1). (Mikkola & Kuuluvainen 2021)

Kuva 5. Painovoimainen ilmanvaihto (muokattu lähteestä Mikkola & Kuuluvainen 2021)

Ilmanvaihtojärjestelmä

Koneellisilla ilmanvaihtojärjestelmillä pystytään hallitusti vaihtamaan ilmaa sisätiloissa huonekohtaisesti, erillisillä huonekohtaisilla laitteilla (Kuva 2). Riippuen ulkoilmanolosuhteista, voidaan sisälle otettavaa ulkoilmaa kuivattaa, viilentää ja lämmittää, jottei suhteellinen huonetilan kosteus nouse liian suureksi. Rakennuksista tehdään yhä tiiviimpiä, jolloin ulkoilman ja sisäilman painesuhde nousee aina vain tärkeämmäksi (Sandberg 2014). Niilontalossa ilmanvaihto on uusittu asentamalla uudet nykyaikaiset rakennusmääräykset täyttävät ilmanvaihtokoneet. Kohteessa ongelmana oli tilanpuute asennettavalle laitteistolle, ja tämän vuoksi asennettiin kahdeksan pienempää ilmanvaihtokonetta yhden suuremman sijaan. 

Kuva 6. Koneellinen ilmanvaihto, lämmön talteenotto

Rakennusautomaatiojärjestelmä

Ilmanvaihtojärjestelmän suunnittelun tarkoituksena on, että sisäilman paine on sama kuin ulkoilman ilmanpaine. Jotta ilmastointijärjestelmä voi toimia, tarvitsee se automaatiojärjestelmän. Rakennusautomaatiolla voi parantaa energiatehokkuutta. Tämä ei vaadi valvontaa, joten ilmanvaihtokoneita ohjataan yleensä päälle ja pois päältä aikaohjauksella tai manuaalisesti kytkimellä. Koneiden käyntitiedot ja mahdolliset hälytykset tulevat automaatiojärjestelmään. Usein myös kulutustiedot ohjataan automaatiojärjestelmään. Rakennusautomaation valvonta toimii itsenäisesti, ja eri järjestelmät yhdistetään samaan väylään, jolloin niitä voi ohjata samasta valvomosta. (Sandberg 2014).

Tutkittavassa kohteessa ilmanvaihtokoneen automaatio säätää ja ohjaa itsenäisesti rakennukseen asennettujen antureiden- ja sensorien avulla sisäilman paineen samaan arvoon, kuin ulkoilman paine on kyseisellä hetkellä. Käyttäjä voi valvoa, sekä seurata häiriötilanteita ja säädettyjä arvoja pilvipalvelussa olevasta valvonta automaation seurantaohjelmasta (Kuva 7). Sisätiloissa on jokaisessa huonetilassa erilliset päätelaitteet ovien läheisyydessä. Niistä näkee sen hetkisen huoneen lämpötilan, ilmanpaine-eron, hiilidioksidin (CO₂) ja haihtuvien orgaaniset yhdisteiden (VOC) arvon (Kuva 8).

Kuva 7. Automaatiojärjestelmän valvomo

Kuva 8. Sisätilan päätelaite

Hankkeen jatkoaskeleet

Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, mitkä ovat vaikutukset sisäilmanlaatuun ja energiakulutukseen vanhassa hirsirakennuksessa eri vuodenaikoina. Kohteessa on ollut alkuperäisenä ilmanvaihtona painovoimainen ilmanvaihto, joka on uusittu 1980-luvulla koneelliseen ilmanvaihtoon, jossa ei ollut lämmöntalteenottoa. Nyt kaikki koneet on uusittu ja vaihdettu energiatehokkaiksi lämmön talteen ottavaksi ilmanvaihtokoneiksi. Parhaillaan tehtävissä mittauksissa selvitetään, kuinka paine-eron tasaisuus vaikuttaa käyttäjämukavuuteen, ilmankosteuteen, hiilidioksidiarvoihin ja miten automaattinen ilmanpaineen tasaus vaikuttaa huonekohtaisiin ilmamääriin.

Myöhemmin hankkeen loppuvaiheessa tuloksia laadittaessa otetaan huomioon mitatut tulokset, analysoidaan niitä annettuihin arvoihin sekä käyttäjäkyselyn avulla kerättyihin kokemuksiin. Lisäksi tuloksia verrataan kirjallisuuteen. Tutkimuksen myötä saadaan tietää, voisiko kohteessa toteutetun kaltaiset paine-ero-ohjatun ilmanvaihdon vaikutukset sisäympäristöön ja energiankulutukseen, sekä soveltuvuus rakennushistoriallisesti merkittäviin kohteisiin jatkaa vanhojen rakennusten elinkaarta vaativassakin käytössä.

Lähteet

Huttunen, R., Kinnunen, M., Lemström, B., Hirvonen, P. & Kuuva, P. (toim.). 2024. Finland’s Integrated National Energy and Climate Plan Update. Publications of the Ministry of Economic Affairs and Employment 2024:30, Helsinki. (https://julkaisut.valtioneuvosto.fi/handle/10024/165742)

Mikkola, J. & Kuuluvainen, L. 2021. Painovoimainen ilmanvaihto. Museovirasto. (https://stpiensivustotprod.blob.core.windows.net/korjaustaito/Korjauskortit/PVIV/PVIV_korjauskortti.pdf)

Motiva. 2024. Ilmastointijärjestelmät. Päivitetty 19.11.2024. (https://www.motiva.fi/julkinen_sektori/kiinteiston_energiankaytto/ilmastointijarjestelmat)

Paloniitty, S. 2012. Rakennusten tiiveysmittaus. Suomen Rakennusmedia Oy. s. 7

Sandberg, E. 2014 Sisäilmasto ja ilmastointijärjestelmät. Ilmastointitekniikka osa 1. (s. 25,119).

Toivanen, J. 2017.Kerrostalojen rakentaminen mullistuu 2020-luvulla. (https://yle.fi/a/3-9902416)

Asiasanat: elinkaari, huonelämpötila, ilman kokonaispaine, ilmanvaihtojärjestelmä, painovoimainen ilmanvaihto, hirsirakennus