Painovoimaisen ilmanvaihdon toimintaperiaate
Painovoimainen ilmanvaihto perustuu luonnollisiin paine-eroihin, jotka saavat ilman liikkumaan rakennuksen läpi ilman puhallinta. Ilman liikkeeseen vaikuttavat sisä- ja ulkoilman lämpötila, rakennuksen pystysuuntainen korkeus sekä tuuli. Näiden tekijöiden yhteisvaikutus ratkaisee, kuinka voimakkaasti ilma vaihtuu ja mihin suuntaan se kulkee. Koska olosuhteet muuttuvat, ilmavirta ei pysy vakiona.
Lämpötilaero ja korkeusero
Painovoimaisen ilmanvaihdon toiminta perustuu osittain siihen, että lämmin ilma on harvempaa ja kevyempää kuin kylmä ilma. Kun sisäilma on ulkoilmaa lämpimämpää, se pyrkii nousemaan rakennuksen yläosiin. Nousevan ilman tilalle muodostuu paine-ero, joka voi vetää ulkoilmaa sisään rakennuksen alaosien kautta. Ilma liikkuu, kunnes paineet tasapainottuvat tai ulkoiset olosuhteet muuttavat niitä.
Korkeusero vahvistaa vaikutusta: mitä pidempi pystysuuntainen väli ilman sisääntulon ja ulos johtavan reitin välillä on, sitä suurempi paine-ero voi syntyä. Esimerkiksi usean kerroksen korkuinen hormi tuottaa yleensä enemmän nostetta kuin lyhyt, yksikerroksinen reitti, jos lämpötilaero on sama. Käytännössä paineet ovat kuitenkin pieniä, usein vain muutamia pascaleita, joten hormin korkeus ei yksin määritä ilmavirtaa.
Ilmavirta muuttuu, kun sisä- ja ulkoilman lämpötilaero kasvaa tai pienenee. Kylmällä säällä lämpimän sisäilman ja ulkoilman ero on tavallisesti suurempi kuin leutona päivänä, joten noste voi voimistua. Jos lämpötilat ovat lähellä toisiaan, nostetta syntyy vähemmän. Myös rakennuksen korkeus ja ilman kulkureitin vastus rajoittavat tai vahvistavat käytännössä havaittavaa virtausta.
Tuulen vaikutus
Tuuli synnyttää rakennuksen pinnoille erilaisia paineita. Tuulen puoleisella seinällä paine yleensä kasvaa, kun taas suojan puolella ja katon ympärillä voi muodostua alipainetta. Paine-ero saa ilman virtaamaan aukkojen ja rakenteiden kautta: tuulen puolelta ilma voi painua sisään ja suojan puolelta kulkeutua ulos. Vaikutus riippuu rakennuksen muodosta, ympäröivistä rakennuksista ja maaston suojaisuudesta.
Tuulen voimakkuus vaikuttaa paineeseen nopeasti. Esimerkiksi 5 metrin sekuntinopeudella liikkuvan ilman dynaaminen paine on noin 15 pascalia; rakennuksen pinnalle välittyvä paine-ero on yleensä tätä pienempi ja riippuu pinnan muodosta sekä tuulen suunnasta. Kun tuuli kääntyy, rakennuksen painepuolet vaihtuvat tai niiden voimakkuus muuttuu. Siksi sama aukko voi eri tilanteissa toimia ilman sisääntulona tai ulosmenoreittinä.
Tuuli ja lämpötilaero vaikuttavat samanaikaisesti, ja niiden vaikutukset voivat vahvistaa toisiaan tai olla osittain vastakkaisia. Suojaisella tontilla tuulen osuus jää vähäiseksi, kun taas avoimella paikalla puuskat voivat muuttaa virtausta hetkessä. Tuuli ei siis takaa tasaista ilmanvaihtoa, vaikka sen suunta pysyisi samana: myös nopeus vaihtelee. Käytännössä luonnollisten käyttövoimien vaihtelu kannattaa huomioida, kun arvioidaan järjestelmän toimintaa eri säätiloissa.
Tuloilman ja poistoilman reitit
Ilmanvaihdon reitti alkaa ulkoa tulevasta korvausilmasta ja jatkuu huoneiden kautta poistoaukkoihin. Ilman vaihtuminen huoneesta toiseen edellyttää, että ilma pääsee kulkemaan myös huoneiden välisten ovien ja aukkojen kautta. Reitin eri osat muodostavat yhtenäisen kokonaisuuden: sisääntulo, oleskelutilojen huoneilma, siirtymäreitit ja poisto. Kun nämä yhteydet ovat avoinna, ilma voi kulkea rakennuksen läpi suunniteltuun suuntaan.
Korvausilman sisääntulo
Korvausilma saapuu asuntoon ulkovaipan tuloaukkojen kautta ja siirtyy ensin siihen huonetilaan, johon aukko avautuu. Reitin hahmottaminen helpottuu, kun sen osat tarkastellaan järjestyksessä:
- Sisääntuloaukko: ulkoilma kulkee seinässä tai ikkunarakenteessa olevan tuloaukon kautta sisätilaan ja muodostaa reitin ensimmäisen osan.
- Huoneilma: tuloaukon jälkeen ilma sekoittuu huoneessa olevaan ilmaan ja kulkee oleskelutilan läpi kohti seuraavaa avointa yhteyttä.
- Huoneiden välinen yhteys: avoin oviaukko tai oven alareunan vapaa tila antaa ilman siirtyä huoneesta viereiseen tilaan ilman erillistä kanavaa.
- Siirtoaukko: seinän tai oven yhteyteen tehty siirtoaukko voi jatkaa reittiä silloin, kun suljettu ovi muuten katkaisisi huoneiden välisen kulun.
- Kulkusuunta: tuloilma etenee huoneesta toiseen kohti poistoa, eikä sen tarkoitettu reitti pääty pelkästään siihen huoneeseen, jossa sisääntuloaukko sijaitsee.
- Yhteys poistoa kohti: oleskelutilasta ilma jatkaa käytävän tai muun sisäisen yhteyden kautta kohti rakennuksen poistoaukkoja.
Jos huoneiden välinen yhteys puuttuu, korvausilma ei pääse jatkamaan tuloaukkoa seuraaviin tiloihin. Reitti muodostuu toimivaksi vasta, kun sisääntulo ja seuraava siirtymäkohta ovat yhteydessä toisiinsa.
Poistoilmareitit
Oleskelutiloihin saapuneen ilman on päästävä eteenpäin sisäisiä siirtymäreittejä pitkin, kunnes se saavuttaa poistoaukon. Reitti voi kulkea avoimien oviaukkojen, ovien alareunojen tai erillisten siirtoaukkojen kautta; rakenteet ja huonejako vaikuttavat siihen, kuinka monta tällaista yhteyttä ilma kohtaa. Poistoaukkoon johtava kulku ei siis ole vain yksittäinen aukko, vaan ketju, jonka jokaisen osan on liityttävä seuraavaan. Yhtenäinen reitti pitää ilman virtauksen suunnan johdonmukaisena tuloalueelta poistoa kohti. Jos suljettu ovi tai tiivis väliseinä katkaisee yhteyden eikä muuta siirtymäaukkoa ole, ilma ei pääse etenemään samalla tavalla kuin avoimen reitin kautta. Tällainen katkos voi heikentää ilman vaihtumista kyseisessä huoneessa ja muuttaa virtausta muualla rakennuksessa. Myös reitin ahtaus tai huonekalujen sijoittelu kulkuaukon edessä voi rajoittaa siirtymistä. Virtaussuunnan häiriö syntyy, jos ilma pyrkii kulkemaan poistoa kohti kulkevan reitin sijaan toista avointa yhteyttä pitkin tai jää huoneeseen kiertämään. Tällöin yhden huoneen ilma ei välttämättä etene odotetusti seuraavaan tilaan, vaikka tulo- ja poistoaukot olisivat olemassa. Reittiä arvioitaessa kannattaa seurata ilmankulkua huoneesta seuraavaan ja tarkistaa, ettei ketjussa ole umpeutuvaa kohtaa. Käytännössä toimivin kokonaisuus on katkeamaton yhteys tuloaukosta poistoaukkoon.
Venttiilien sijoittelu rakennuksessa
Painovoimaisen ilmanvaihdon venttiilien sijoitus perustuu siihen, mitä kussakin huoneessa tapahtuu ja miten ilma pääsee kulkemaan tilasta toiseen. Oleskelutiloihin järjestetään yleensä tuloilman reitti, kun taas kosteissa tiloissa korostuu poistoaukkojen tehtävä. Venttiilien paikat eivät ole kaikissa taloissa samoja, sillä huonejako, rakenteet ja ilmanvaihdon suunnitteluratkaisut vaikuttavat kokonaisuuteen. Kun tulo- ja poistoaukot palvelevat tilojen käyttöä, ilmavirta voi kulkea tarkoituksenmukaisesti asunnon läpi.
Tuloilma oleskelutiloihin
Korvausilmaventtiilien sijoittaminen aloitetaan huoneista, joissa oleskellaan pitkään, kuten makuuhuoneista ja olohuoneesta. Tuloaukon paikan tulee sopia huoneen käyttöön: esimerkiksi sängyn, työpisteen ja istumapaikkojen sijainti vaikuttaa siihen, missä ilmavirta tuntuu vähiten häiritsevältä.
Kun arvioit paikkaa, huomioi neljä asiaa:
- Huoneen käyttö: Makuuhuoneessa nukkumispaikat ja olohuoneessa tavalliset oleskelualueet ohjaavat tuloaukon sijoituksen arviointia, jotta sisään tuleva ilma ei osu suoraan käyttäjiin.
- Ilmavirran suunta: Tuloilma kannattaa suunnata niin, että se sekoittuu huoneilmaan eikä jää kylmänä virtauksena kulkemaan suoraan sängyn tai sohvan kohdalle.
- Siirtymäreitti: Huoneesta ilman tulee päästä edelleen kohti poistoa. Ovien ja huoneiden välisten kulkureittien toimivuus vaikuttaa siihen, voiko ilma vaihtua myös oven ollessa kiinni.
- Rakennuksen ratkaisut: Ikkunoiden sijainti, ulkoseinien rakenne ja olemassa olevat ilmanvaihtokanavat rajaavat mahdollisia paikkoja. Vanhan talon ratkaisuja ei voi päätellä pelkästään huoneen käyttötarkoituksesta.
Tuloaukon sijoitus ja suunta arvioidaan osana koko asunnon ilmankulkua, ei irrallisena yksityiskohtana. Jos huoneessa on useita ovia tai poikkeava pohjaratkaisu, myös yhteys viereisiin tiloihin vaikuttaa siihen, mistä ilma voi jatkaa eteenpäin.
Painovoimaisessa ilmanvaihdossa hyvä sijoitus sovittaa yhteen huoneen käytön, miellyttävän oleskelun ja toimivan siirtymäreitin. Tarkka ratkaisu määräytyy rakennuksen suunnitelmien ja rakenteiden mukaan.
Poisto kosteista tiloista
Poistoilmaventtiilien sijoittaminen kosteisiin tiloihin liittyy siihen, missä peseytymisestä syntyvä kosteus ja hajut tavallisesti muodostuvat. Pesutiloissa poistoaukko sijoitetaan yleensä siten, että huoneilma pääsee kulkeutumaan sitä kohti; wc:ssä poiston tehtävänä on puolestaan auttaa poistamaan tilassa syntyviä hajuja. Aukon paikka ja yhteys ilmanvaihtokanavaan tai hormiin ratkaistaan rakennuksen suunnittelussa.
Ilmavirran kokonaisuus kulkee periaatteessa oleskelutiloista kohti poistoa. Tämä edellyttää, että ilma pääsee siirtymään huoneiden välillä ja edelleen pesutilaan tai wc:hen. Jos oven ollessa suljettuna siirtymäreitti katkeaa, poisto ei välttämättä palvele huonetta suunnitellulla tavalla. Siksi aukon sijaintia tarkastellaan yhdessä ovien, väliseinien ja muiden huoneiden järjestyksen kanssa.
Pesutilan kalusteet ja suihkun sijainti vaikuttavat siihen, miten ilma virtaa huoneessa. Wc:ssä taas tilan koko, oven paikka ja mahdollinen yhteys pesuhuoneeseen ovat osa kokonaisratkaisua. Yhtä kaikille rakennuksille sopivaa sijoituskohtaa ei ole, sillä vanhan talon hormit ja myöhemmät muutokset voivat poiketa uuden rakennuksen suunnitelmasta.
Käytännössä toimiva ratkaisu yhdistää poistoaukon kosteiden tai hajua tuottavien tilojen tarpeisiin ja esteettömän reitin muista huoneista. Tarkka sijoitus perustuu rakennuskohtaiseen suunnitteluun, joten paikkoja arvioidaan osana koko ilmanvaihtojärjestelmää.
Olosuhteet ja järjestelmän toimivuus
Painovoimaisen ilmanvaihdon ilmavirta reagoi sekä ulko- ja sisälämpötilaan että tuulen suuntaan ja voimakkuuteen. Myös rakennuksen vaipan tiiviys vaikuttaa siihen, mistä korvausilma pääsee sisään ja miten se kulkee huoneiden läpi. Siksi sama rakennus voi toimia eri tavoin pakkaspäivänä, kesähelteellä ja tuulisella säällä. Olosuhteiden tarkastelu auttaa ymmärtämään, miksi ilmavirtojen suunta tai voimakkuus ei pysy vakiona.
Vuodenaikojen vaihtelu
Painovoimaisen ilmanvaihdon toiminta muuttuu, kun sisä- ja ulkoilman lämpötilaero sekä tuuliolosuhteet vaihtuvat. Alla olevat lämpötilat ovat esimerkkejä paine-erojen muodostumiseen vaikuttavista olosuhteista, eivät lupaus tietystä ilmavirrasta. Rakennuksen korkeus, hormien ominaisuudet ja tuulen suunta vaikuttavat samalla reittiin.
| Olosuhde | Lämpötilaero ja paine-erot | Mahdollinen vaikutus ilmavirtaan |
|---|---|---|
| Talvi: sisällä +20 °C, ulkona −10 °C | 30 °C:n lämpötilaero voi voimistaa sisä- ja ulkoilman tiheyseroista syntyvää paine-eroa. | Poistohormin virtaus voi voimistua; korvausilmaa tulee rakennukseen avoimia reittejä pitkin. |
| Kesä: sisällä +22 °C, ulkona +20 °C | 2 °C:n lämpötilaero tuottaa heikomman lämpötilaeron kuin talven esimerkissä. | Ilmavirta voi heikentyä, pysähtyä tai paikallisesti kääntyä, jos muiden paine-erojen vaikutus muuttuu. |
| Tuulinen sää, ulkona +5 °C | Tuulenpuoleisen ja suojanpuoleisen julkisivun paineet eroavat; lämpötilaero vaikuttaa samanaikaisesti. | Virtaus voi voimistua tai muuttua hormeissa ja aukoissa tuulen suunnan mukaan. |
| Tyyni sää, ulkona +5 °C | Tuulen aiheuttama paine-ero on vähäinen, mutta lämpötilaero voi yhä vaikuttaa. | Ilmavirta määräytyy pääosin lämpötilaeron ja rakennuksen reittien perusteella. |
Taulukon lämpötilat kuvaavat yksittäisiä tilanteita, eivät ilmanvaihdon mitoitusarvoja. Tuulisena päivänä julkisivujen paine-erot voivat olla lämpötilaeron rinnalla ratkaisevia, ja tuulen suunnan vaihtuessa myös vaikutus voi muuttua. Vuodenajan perusteella ei siksi voi päätellä, että ilma liikkuisi aina samalla voimakkuudella tai samaan suuntaan.
Rakennuksen tiiviys
Rakennuksen vaipan tiiviys määrittää, kuinka helposti ulkoilma pääsee sisälle hallitsemattomista raoista. Tiiviissä talossa satunnaisia vuotoreittejä on vähän, joten korvausilman saanti riippuu enemmän tarkoitukseen tehdyistä aukoista ja niiden yhteydestä ilmanvaihdon reittiin. Vanhan talon rakenteiden ikääntyminen tai myöhempi tiivistäminen voi muuttaa näitä reittejä, vaikka hormit pysyisivät ennallaan.
Suunniteltu tuloaukko on eri asia kuin vuotokohta ikkunan karmissa, seinän läpiviennissä tai yläpohjan liitoksessa. Aukon sijainti ja yhteys huonetilaan ovat tiedossa, mutta vuotokohdasta tulevan ilman määrä ja suunta vaihtelevat ulkoisten paineiden mukaan. Ilma voi myös kulkea rakenteiden sisällä eikä välttämättä saavu huoneeseen käyttökelpoisena korvausilmana.
Avoin ikkuna muodostaa uuden, usein suuren virtausreitin. Kun ikkuna avataan, ilman sisääntulo voi siirtyä esimerkiksi suunnitellusta tuloaukosta ikkunan kautta sisään, ja huoneiden väliset paine-erot voivat muuttua. Jos avaus on rakennuksen eri puolella kuin poistoreitti, tuuli voi synnyttää suoran läpivirtauksen; tällöin osa ilmasta saattaa kulkea huoneiden ohi. Vaikutus riippuu avauskohdasta, tuulesta ja siitä, mitkä sisäovet ovat auki.
Ilmanvaihdon toimivuuden arvioinnissa kannattaa tarkastella koko ketjua: ulkoilman sisääntuloa, kulkua huoneiden välillä ja poistumista hormiin. Käytännössä tarkoituksenmukaiset, tunnetut reitit tekevät ilmavirtojen seurannasta selkeämpää kuin satunnaisiin vuotoihin tai yhteen avoimeen ikkunaan luottaminen.
Yleiset väärinkäsitykset ja tarkistettavat asiat
Painovoimaisen ilmanvaihdon säätöä ei voi päätellä yhden venttiilin asennosta tai yksittäisen huoneen tuntemuksista. Toimivuuteen vaikuttavat samanaikaisesti aukkojen kunto, huoneiden väliset kulkureitit ja rakennuksen käyttö. Myös lämpötila, tuuli ja vuodenaika muuttavat ilmavirtaa, joten eri päivinä tehdyt havainnot voivat poiketa toisistaan. Tarkista ensin koko ilmanvaihdon järjestely ja arvioi sen jälkeen, tarvitaanko muutoksia yksittäiseen huoneeseen vai useampaan osaan.
Venttiilejä ei pidä tukkia summittain
Aukon sulkeminen voi muuttaa ilmavirtaa kyseisessä kohdassa, mutta se ei säädä koko ilmanvaihtoa luotettavasti. Ennen muutoksia käy läpi järjestelmän osat samassa järjestyksessä.
- Tarkista tuloaukot huone kerrallaan: varmista, etteivät verhot, kalusteet, pöly tai irrotettava suodatin estä ilman kulkua aukon kohdalla.
- Katso siirtymäreitit huoneiden välillä. Suljetut väliovet tai oven alareunan tukkeutuminen voivat estää ilman kulun, vaikka venttiilit olisivat avoinna.
- Tarkasta poistoaukot ja näkyvät kanavien tai hormien osat. Huomioi lika, irronneet osat ja se, onko aukko peitetty esimerkiksi remontin yhteydessä.
- Merkitse havaintojen yhteyteen, olivatko ikkunat kiinni vai auki ja millainen sää vallitsi; muuten eri ajankohtien ilmavirtoja on vaikea verrata.
- Kirjaa, missä huoneissa ongelma tuntuu ja milloin. Yksi poikkeava havainto ei vielä osoita, että juuri kyseisen huoneen aukkoa pitäisi sulkea.
Yksittäisen aukon tukkiminen voi ohjata ilman kulkua toisaalle ennakoimattomasti, eikä se korjaa mahdollista puutetta muualla. Jos useassa huoneessa esiintyy samanaikaisesti tunkkaisuutta, vetoa tai hajujen kulkeutumista, arvioi tuloaukot, siirtymäreitit ja poistot yhtenä kokonaisuutena. Sama koskee tilannetta, jossa ovien käyttö tai remontti on muuttanut huoneiden välisiä yhteyksiä. Muuta asetuksia vasta, kun havaintojen perusteella on selvää, mitä kohtaa säätö koskee.
Ilmavirta ei ole aina samanlainen
Ilmavirta voi vaihdella saman kodin sisällä eri päivinä ilman, että venttiileissä on tapahtunut muutosta. Lämpötilan vaihtelu, tuuli ja vuodenaika vaikuttavat järjestelmän toimintaan, ja myös asukkaiden toiminta muuttaa olosuhteita: ikkunoiden avaaminen, ovien pitäminen kiinni sekä ruoanlaitto ja peseytyminen muuttavat hetkellistä ilmanvaihdon tarvetta. Siksi havainto kannattaa suhteuttaa siihen, milloin ja missä olosuhteissa se tehtiin. Yksi huonekohtainen säätö ei välttämättä riitä, jos poikkeama näkyy useassa tilassa tai ongelma siirtyy huoneesta toiseen. Arvioi järjestely kokonaisuutena myös silloin, kun käytössä on vain tiettyihin aikoihin liittyvä haitta, kuten aamuisin tunkkaiselta tuntuva makuuhuone tai toistuvasti muualle kulkeutuva ruoan haju. Tarkastele samalla, ovatko huoneiden ovet tavallisesti auki vai kiinni ja onko ikkunoiden käyttö muuttunut. Kokonaisarvio on tarpeen myös remontin, uuden tiivistyksen tai huoneiden käyttötarkoituksen muutoksen jälkeen, sillä aiemmat olosuhteet eivät silloin välttämättä enää vastaa nykyistä käyttöä. Vertaa havaintoja useampana ajankohtana ja kirjaa ylös huone, sää sekä ikkunoiden ja ovien tila. Jos ilmavirran suunta tai voimakkuus vaihtelee selvästi huoneesta toiseen, älä päättele syytä yhden venttiilin perusteella, vaan selvitä reitit ja aukot yhdessä. Käytännössä luotettavin lähtökohta on seurata koko järjestelmää eri käyttötilanteissa ennen yksittäisiä muutoksia.