Painovoimainen ilmanvaihto perustuu luonnonlakeihin

Teksti ja valokuvat: Jari-Pekka Aarrekivi.

Elokuussa 2022 ilmestynyt teos Ilmakirja käsittelee meille raksilalaisille monin verroin asumisessa tuttua painovoimaista ilmanvaihtoa. Kirjan tekijöinä ovat toimineet arkkitehti Juulia Mikkola, diplomi-insinööri Leino Kuuluvainen ja arkkitehti Netta Böök. Kirjassa käydään läpi painovoimaisen ilmanvaihdon toimintaperiaatteita ja kerrotaan esimerkiksi sen parannus- sekä kunnostusmahdollisuuksista. Teos sisältää myös erittäin mielenkiintoisen historiaosion.

Teos on tehty pääasiassa ammattikäyttöön, mutta se antaa mielenkiintoisia yksityiskohtia kaikille. Kirja sisältää paljon lähteisiin perustuvia tutkimustuloksia, joten sitä voidaan pitää hyvinkin pätevänä teoksena painovoimaisen ilmanvaihdon parantamiseen. Kirjaan perehtyminen tuli ajankohtaiseksi Syrjäkatu 1:n ilmanvaihtoa ja erityisesti tuloilmaa selvitettäessä. Talon hirsirunko on siirretty 1929 Terijoelta Raksilaan ja se on kokenut erilaisia rakenteellisia muutoksia historiansa aikana. 

Painovoimaisen ilmanvaihdon toiminnan perusperiaate perustuu lämpötilaerojen kautta tulevaan hormivaikutukseen, tiloihin syntyviin painejakaumiin, lämpötiloja tasaaviin ilmavirtauksiin sekä tuuleen ja auringon säteilylämpöön. 

Painovoimaisessa ilmanvaihdossa ei koskaan voida saada täysin tasalaatuista sisäilmaa ympäri vuoden etenkin sääolosuhteiden vuoksi. Esimerkiksi kesällä ilmanvaihto toimii huonommin vähäisen lämpötilaeron takia. Painovoimainen ilmanvaihto ei sovellu hyvin suuriin tiloihin, joissa on paljon ihmisiä, mutta se on varsin toimiva ja kokonaisenergiatehokas ratkaisu edelleen nykypäivän asumisessa.

Syrjäkatu 1:n kaltaisissa hirsi- tai rankarakenteisissa taloissa painovoimainen ilmanvaihto on toimiva ja kokonaisenergiatehokas ratkaisu. Kuva Jari-Pekka Aarrekivi.
Syrjäkatu 1:n kaltaisissa hirsi- tai rankarakenteisissa taloissa painovoimainen ilmanvaihto on toimiva ja kokonaisenergiatehokas ratkaisu. Kuva Jari-Pekka Aarrekivi.

Hyvä sisäilma on monen asian summa

Kirjassa korostetaan, että sisäilman laatu ei yksin ratkea sillä, mitä enemmän ilma kiertää. Sisäilman olosuhteet riippuvat ulko- ja sisälämpötilan lisäksi ilmanvaihdon määrästä ja lisäämällä ilmavirtoja voi tämä vaikuttaa myös sisäilman kosteuteen ja vedon tunteeseen.

Mitä ekologisempi rakennuksen sisäpinta on, sen hengittävämpi talo on ja sitä myötä sisäilma parempaa. Jos talon sisäpinnat on pinnoitettu muovipohjaisilla ratkaisuilla, joita monet tapetit sisältävät, sisäilman kosteus nousee helposti liian korkeaksi. Tällöin kosteutta joudutaan poistamaan enemmän ilmanvaihdon avulla. 

Kirjassa esimerkiksi kerrotaan, että kahden hengen makuuhuoneessa, jossa hirsiseinät olivat paljaana ja seinät olivat täten pinnoitettua seinää hengittävämmät, seinäpinnat pystyivät mittausten perusteella sitomaan ihmisen hengityksestä vapautuvaa kosteutta ja estämään sisäilman kosteuden nousun haitallisen korkeaksi. 

Ilmanvaihtoa kannattaa testata

Keskustelu painovoimaisen ilmanvaihdon osalta pyörii monesti ilmavirtausten mukana leviävissä hajuissa. Kirjan mukaan painovoimaisen ilmanvaihdon aiheuttamat paine-erot ovat kuitenkin vähäisiä, eikä ilmanvaihto ime helposti sisään epäpuhtauksia rakenteista tai talon alustasta. Koneellisessa järjestelmässä tämä riski on monin verroin suurempi. Kuitenkin korkeissa tiloissa painejakauman aiheuttamaa hajuhaittaa voi ilmetä, elleivät huoneistojen ja porrashuoneen väliset ovet ole tiiviitä. Perinteisessäkin hirsitalossa korvausilma pitäisi olla hallittua, jolloin se ei tulisi tiloihin epäpuhtaita reittejä pitkin.

Kirjan mukaan ”jo toista sataa vuotta sitten vanha kansa varoitteli, että alapohjassa olevien vuotojen kautta rakennuksen sisään voi päästä virtaamaan maapohjasta haitallisia aineita. Tämä estettiin tekemällä rakenteiden alimmista lattioista erityisen tiiviitä, tuulettamalla ryömintätilaa sekä lisäämällä korvausilmareittejä, joista saatiin raitista ulkoilmaa.” Lähde: Huonerakenteiden oppi 1900–1908.

Milloin sitten ilmanvaihto toimii hyvin? Jos kylpyhuoneen peilin kosteus ei haihdu 15–30 minuutissa tai hyvin lingottu pyykki ei kuivu alle vuorokaudessa, voi ilmanvaihto olla puutteellinen. Hyvä nyrkkisääntö on kokeilla poistoilmaventtiilin edessä paperia. Jos hormi vetää hyvin, paperi jää venttiiliin kiinni. Esimerkiksi Syrjäkatu 1:ssä poistoilmaa kulkeutuu pönttöuunin tähtiventtiilin kautta. Tähtiventtiiliä voidaankin pitää painovoimaisen ilmanvaihdon valttikorttina. Ilma vaihtuu parhaiten, kun tähtiventtiili on auki ja alempi pelti kiinni. Muuratut savupiiput ovat painovoimaisessa ilmanvaihdossa lähes ehdoton edellytys. Niiden kunnosta kannattaa siis pitää huolta. 

Monesti voidaan myös aistia, että ilma on tunkkaista. Mikäli ilmanlaatu johtuu puutteellisesta tuloilmasta, kannattaa rakennuksessa tarkistaa mahdolliset tukitut venttiilit. 1970-luvun jälkipuolen energiakriisissä monia tuloilmalähteitä suljettiin sen tarkemmin vaikutuksia pohtimatta. Harmittavan usein myös uuneja on poistettu käytöstä, millä on vaikutusta poistoilmaan. Olisi myös tärkeää tunnistaa, millä järjestelmällä talon painovoimainen ilmanvaihto toimii. Vanhoissa puutaloissa riittävä tuloilman saatavuus on perustunut monesti siihen, että ilma vaihtuu ikkunoiden kautta. Tuuletusikkunoiden rooli painovoimaisessa ilmanvaihdossa on nykypäivänäkin keskeinen.

Pönttöuunin tähtiventtiiliä voidaan pitää painovoimaisen ilmanvaihdon valttikorttina. Ilma vaihtuu parhaiten, kun tähtiventtiili on auki ja alempi pelti kiinni. Muuratut savupiiput ovat painovoimaisessa ilmanvaihdossa lähes ehdoton edellytys. Kuva Jari-Pekka Aarrekivi.
Pönttöuunin tähtiventtiiliä voidaan pitää painovoimaisen ilmanvaihdon valttikorttina. Ilma vaihtuu parhaiten, kun tähtiventtiili on auki ja alempi pelti kiinni. Muuratut savupiiput ovat painovoimaisessa ilmanvaihdossa lähes ehdoton edellytys. Kuva Jari-Pekka Aarrekivi.
Hyvä nyrkkisääntö ilmanvaihdon riittävyyden kokeiluun on pitää poisto­ilma­venttii­lin edessä paperia. Jos ilma vaihtuu hyvin, paperi jää venttiiliin kiinni. Kuva Jari-Pekka Aarrekivi.
Hyvä nyrkkisääntö ilmanvaihdon riittävyyden kokeiluun on pitää poisto­ilma­venttii­lin edessä paperia. Jos ilma vaihtuu hyvin, paperi jää venttiiliin kiinni. Kuva Jari-Pekka Aarrekivi.

Energiatehokas ratkaisu

Nykyisen energiakriisin aikana painovoimainen ilmanvaihto on mitä parhain muoto ja sitä tulisikin vaalia. Järjestelmä ei vaadin lainkaan sähköä, on äänetön ja sillä voidaan pitää rakennus hyvässä kunnossa, vaikka se olisi käyttämättömänä vuosien ajan.

Kirjassa kerrotaan, että Tampereen teknillisessä yliopistossa on selvitetty energiankulutuksen ja ilmanvaihtojärjestelmän yhteyttä. Tutkijoiden yllätykseksi havaittiin, että ”painovoimaisen ilmanvaihdon rakennusten käytönaikainen kokonaisenergiankulutus oli keskimäärin pienempi kuin koneellisen ilmanvaihdon rakennusten, riippumatta koneellisen järjestelmän laadusta tai siitä, oliko järjestelmässä lämmön talteenottoa. Näin oli siitä huolimatta, että laskelmien mukaan kokonaisenergiankulutuksen olisi pitänyt olla pienempi sellaisessa rakennuksessa, jossa on lämmöntalteenotolla varustettu koneellinen ilmanvaihto.” 

Kirjaan kannattaa tutustua, jos talon painovoimainen ilmanvaihto kaipaa parantamista. Lähes 100-vuotiaiden talojen ilmanvaihtojärjestelmien muutoksissa tai tehostamisissa kannattaa aina kääntyä alan ammattilaisten puoleen ja tehdä esimerkiksi hormikartoitus sekä ilmamäärien mittaus. Yksistään kokemus vanhoista rakennuksista ei riitä, vaan ammattilaisen olisi tärkeää perehtyä kohteena olevaan rakennukseen ja sen rakennushistoriaan. 

Teoksesta saa hyvä käsityksen, mistä ilmanvaihdossa vanhoissa taloissa ylipäätään on kysymys ja mitä toimenpiteitä parempi sisäilma painovoimaisessa ilmanvaihdossa vaatii.

Erilaiset ilmavirrat

Tuloilma eli raitisilma eli korvausilma tarkoittaa huoneeseen johdettavaa ulkoilmaa, poistoilma taas huoneesta pois johdettavaa käytettyä ilmaa. Siirtoilmaksi kutsutaan huoneesta toiseen virtaavaa ilmaa esimerkiksi silloin, kun toisessa huoneessa on vain tuloilma-aukko ja toisessa vain poistohormi. Tällöin siirtoilma toimii toisen huoneen poistoilmana ja toisen tuloilmana.

Lähde: Ilmakirja, 2022.

Erilaiset ilmavirrat.
Erilaiset ilmavirrat. Lähde: Ilmakirja.

Painovoimaisen ilmanvaihdon toimintaperiaate

Kylmä ilma on raskaampaa kuin lämmin ja pyrkii siksi painumaan alaspäin, kun taas lämmin ilma pyrkii nousemaan ylöspäin. Kun lämmitetyn tilan ulkoseinälle tehdään tuloilma-aukko ja tilasta johdetaan vesikaton yläpuolelle poistohormi, tuloilma-aukosta alkaa virrata sisään viileämpää ulkoilmaa. Samalla huoneessa lämmennyt ilma poistuu hormia pitkin.

Lähde: Ilmakirja, 2022.

Painovoimaisen ilmanvaihdon toimintaperiaate.
Painovoimaisen ilmanvaihdon toimintaperiaate. Lähde: Ilmakirja.
Juulia Mikkola, Leino Kuuluvainen & Netta Böök: Ilmakirja. Moreeni, 2022. 352 sivua.
Juulia Mikkola, Leino Kuuluvainen & Netta Böök: Ilmakirja. Moreeni, 2022. 352 sivua.
RAKSILA