Sign In
Uutta tietoa huipputeknologiasta ja sen hyödyntämisestä, tietoa tulevaisuuden ratkaisuista ja palveluista päätöksenteon tueksi ja liiketoiminnan kehittämiseen. Kohdistettu VTT:n kumppaneille, asiakkaille sekä huipputeknologiasta ja sen sovelluksista kiinnostuneille.
Julkaisu tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta

​​​​​​​​​

Lämpöaistimus on monen tekijän summa

 Leena Koskenlaakso | 30.11.2015

​Sisälämpötila, jota roteva mies pitää sopivana, saa vähemmän lihasmassaa omaavan naisen hytisemään. VTT:n Human Thermal Model -laskentatyökalun avulla voidaan laskea, mitä vaikutuksia ihmisen yksilöllisillä ominaisuuksilla on lämpöaistimukseen ja mikä on rakennuksen käyttäjän todellinen lämpöviihtyvyys.

Ihmiset viettävät yli 90 prosenttia ajastaan sisätiloissa, joten sisäympäristön laadulla on väliä. Siihen vaikuttavat vallitseva lämpötila, sisäilman laatu, valaistus sekä akustiikka.

– Sisäilman laadussa on otettu harppauksia eteenpäin, ja tänä päivänä rakennusten ilmanvaihto saadaan toimimaan todellisen tarpeen mukaisesti ja energiatehokkaasti. Mutta eniten valituksia tulee lämpötiloista, kertoo johtava tutkija Pekka Tuomaala VTT:ltä. 

– Kiinteistön ylläpitäjille tehdyn kansainvälisen tutkimuksen mukaan yli 90 prosentissa rakennuksista valitetaan joko liian korkeasta tai liian alhaisesta lämpötilasta. Tämä kertoo siitä, että lämpötilatasot eivät ole hallussa, Tuomaala sanoo.

Moni asia vaikuttaa lämpöaistimukseen

Ihmisen lämpöaistimukseen vaikuttaa eniten tilan lämpötilataso. Sen lisäksi lämpöaistimukseen vaikuttavat ilman virtausnopeus ja suhteellinen kosteus. 

Tilasuureiden rinnalla lämpöaistimukseen vaikuttaa keskeisesti se, kuinka paljon ihminen itse tuottaa lämpöä elintoimintojen ja aineenvaihdunnan tuloksena. Tähän taas vaikuttaa hänen yksilöllinen anatomiansa eli eri kudostyyppien määrät hänen kehossaan. Yksilöllisen kehon koostumuksen ohella lämmöntuottoon vaikuttaa tietenkin myös ihmisen aktiivisuustaso – eli istuuko, käveleekö, jumppaako vai nukkuuko hän. Tärkeässä osassa ihmisen lämpötasapainon ja -aistimuksen kannalta on myös vaatetuksen lämmöneristävyys.

Tuntuuko lämpötila sopivalta?

– Rakennusalan standardeissa puhutaan lämpöaistimuksesta. Lämpöaistimusindeksi saadaan esimerkiksi kysymällä ihmisiltä heidän omia tuntemuksiaan vallitsevista lämpöolosuhteista standardin mukaisella skaalalla (-3 on kylmä, -2 viileä, -1 hieman viileä, 0 neutraali, +1 hieman lämmin, +2 lämmin ja +3 kuuma), Tuomaala selittää.

– Lämpöviihtyvyyden laskentamenetelmänä on 1970-luvulta lähtien käytetty Povl Ole Fangerin PMV (Predicted Mean Vote) -menetelmää. Fangerin lämpöviihtyvyysmallissa on kuitenkin muutamia perusrajoitteita. Se ei tee yksilöiden välillä mitään eroa, eikä se huomioi ihmisen oman lämmönsäätelyjärjestelmän vaikutusta. Siksi lämpöaistimusta ja -viihtyvyyttä arvioitaessa tulisikin ottaa huomioon ihmisen fysiologiset lämmönsäätelymekanismit ja luontainen kyky sopeutua muuttuviin ympäristöolosuhteisiin.


VTT:n Human Thermal Model -laskentatyökalu

Termisillä ihmismalleilla voidaan mallintaa ihmisen lämpöfysiologista ja -fysikaalista toimintaa ja lämmönsäätelyjärjestelmää. Riikka Holopaisen väitöskirjatyössä vuodelta 2012 on esitelty ensimmäinen sovellus, jossa terminen ihmismalli on liitetty dynaamiseen rakennuksen energialaskentaohjelmaan. Sovelluksen nimi on Human Thermal Model (HTM). 

– Tällä laskentatyökalulla voidaan meidän laskentasimulaatioympäristössämme laskea tilan käyttäytymistä ja ihmisen lämpödynaamista käyttäytymistä samassa laskentaympäristössä. Siten saamme huomioitua ihmisen ja tilan lämpö- ja kosteusteknisen vuorovaikutuksen aidosti ja oikeasti, Tuomaala kertoo. 

Laskentatyökaluja, joissa otetaan huomioon sekä tilan että ihmisen lämpödynaaminen käyttäytyminen, löytyy maailmasta vain alle viisi kappaletta.

 

Suurempi rasvaprosentti saa naiset palelemaan

HTM-sovellukseen on mallinnettu kaksi osiota. Anatomiamalli kuvaa 16:tta ihmisen kehon eri osaa (käsi, kyynärvarsi, olkavarsi, jalkaterä, sääri, reisi, kaula, pää, lantio ja torso) sekä näiden kudoskerroksia (esimerkiksi raajoissa luu-, lihas-, rasva- ja ihokudos). Fysiologiamallista löytyvät ihmisen lämmönsäätelymekanismit, kuten verenkierto, hikoilu ja vilunväristykset. 

Kun tarkasteltavaa tilaa koskevat tiedot sekä ihmisen yksilölliset anatomia- ja fysiologia­tiedot annetaan laskentasovellukselle, saadaan tuloksena eri kehon osien kudosten lämpötilat. Antamalla nämä tiedot Zhang Huin kehittämään menetelmään päästään käsiksi yksilöllisiin lämpöaistimuksiin. 

Kehon yksilölliseen koostumukseen – ja tätä kautta lämmön tuottoon – vaikuttavat ihmisen sukupuoli, ikä, pituus, paino ja lihaksikkuus.

– Jos ihmisen painoindeksi on 25, mikä on ylipainon raja, miehillä on rasvaa keskimäärin 20 prosenttia kehon painosta ja naisilla keskimäärin 30 prosenttia. Rasva on energiavarasto, joka tuottaa lämpöä 0,004 wattia rasvakiloa kohti. Lihas taas tuottaa nukkuessakin lämpöä noin yhden watin kilogrammaa kohti, Tuomaala sanoo.

– Miehillä on keskimäärin 5–15 kiloa enemmän lihasmassaa kuin naisilla, ja koska lihas tuottaa noin tuhatkertaisen määrän lämpöä suhteessa rasvakudokseen, miehille riittää alhaisempi lämpötila.

Pieni vallankumous

Pekka Tuomaala ja hänen kollegansa ovat tehneet HTM-sovelluksella vertailulaskelmia kuudella henkilöllä, joista puolet oli miehiä ja puolet naisia. Kaikille valittiin sama toimisto­työntekijän aktiivisuustaso, ja kaikilla oli tyypillinen toimistotyöntekijän vaatetus. Vertailulaskelmiin valittiin kehon koostumuksia tilastollisista ääripäistä. Painoindeksit vaihtelivat 20:sta 30:een, ja rasvaprosentit olivat 10:n ja 50:n välillä.

– Kun teimme näille henkilöille lämpöaistimusanalyysin laskentatyökalullamme, tulokset saivat minut ensin tutkijana epäilemään omia silmiäni. Lihaksikkaalle miehelle optimaaliseksi lämpötilaksi saatiin 20,7 astetta, mutta ei-lihaksikkaalle miehelle 24,4 astetta. Ja lihaksikkaan miehen ja vähälihaksisen naisen lämpötilatoiveissa oli peräti kuuden asteen ero. Tämän ihmisten yksilöllisistä kehon koostumuksista lähtevän ilmiön tunnistaminen on pieni vallankumous. 

Vastaavanlaisia tuloksia on saatu Sveitsissä 2006–2009 tehdyssä kenttätutkimuksessa, jossa tutkittiin Lausannessa sijaitsevan toimisto­rakennuksen työntekijöiden lämpöaistimuksia ja lämpöviihtyvyyttä. 

– Suomessa yleisesti käytetty 21,5 asteen mitoituslämpötila osoittautui liian kylmäksi osalle työntekijöistä, sopivaksi suurelle osalle ja liian korkeaksi osalle. Yksilöiden välillä oli suuruusluokaltaan viiden asteen erot optimaalisissa lämpötilatasoissa. Tutkimuksesta on raportoitu David Daumin ja kumppanien artikkelissa Building and Environment -lehdessä vuonna 2011.

Seinäjoen keskussairaalassa meneillään olevassa, Tekesin rahoittamassa Evicures-projektissa on myös saatu samansuuntaisia, lämpöaistimusten yksilöllisistä eroista kertovia tuloksia.

Kenelle rakennuksia suunnitellaan?

Koska erot yksilöllisissä lämpöaistimuksissa ja lämpöviihtyvyydessä ovat ällistyttävän suuria, Tuomaalan mielestä Suomessa tulisi miettiä, kenelle rakennuksia oikein suunnitellaan. 

– Sisäympäristön nykyisen laatuluokituksen ja meidän tutkimustulostemme välillä on ristiriitaa. Ainakin suunnittelu- ja mitoituskriteeristöjä pitäisi harkita kriittisesti, hän sanoo.

Lämpötilan tarkasta säädöstä hyödyttäisiin myös rahallisesti. 

– Suomessa maksetaan palkkoja 100 miljardia euroa vuodessa. Kansainväliset tutkijat ovat todenneet, että jos lämpötilaa voidaan yksilöllisten lämpöolosuhteiden saavuttamiseksi säätää +/- 3 astetta, olisi mahdollista säästää 3–7 prosenttia työvoimakustannuksista. Sisälämpötila vaikuttaa työn tuottavuuteen. Ja jos sisäolosuhteet ovat hyvät, kiinteistön arvo ja käyttöaste voivat viimeaikaisten selvitysten mukaan nousta 10 prosentilla, Tuomaala perustelee. 

Lisätietoja
VTT, johtava tutkija Pekka Tuomaala, puh. 0407201724, pekka.tuomaala (at) vtt.fi 

www.vtt.fi


 

​​IMP_pekka_tuomaala.jpg

Erot ihmisten yksilöllisissä lämpöaistimuksissa ja lämpöviihtyvyydessä ovat niin suuria, että Suomessa tulisi miettiä, kenelle rakennukset suunnitellaan, toteaa Pekka Tuomaala.

 

 

Impulssihttp://www.vtt.fi/ImpulssiImpulssi
Impulssi 1/2017http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2017.aspxImpulssi 1/2017
Hulevedet puhtaiksi Leca-sorallahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Hulevedet-puhtaiksi-Leca-soralla.aspxHulevedet puhtaiksi Leca-soralla
Mitä kuuluu Australiaan?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mita-kuuluu-Australiaan.aspxMitä kuuluu Australiaan?
Elintarvikkeet muutoksessahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Elintarvikkeet-muutoksessa.aspxElintarvikkeet muutoksessa
VTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Fabry-Perot-interferometriteknologia.aspxVTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaa
Suomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomalaispyörät-pyörivät-myös-tulevaisuudessa.aspxSuomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessa
Idean jyvistä isoihin innovaatioihinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Idean-jyvista-isoihin-innovaatioihin.aspxIdean jyvistä isoihin innovaatioihin
Wärtsilän Jaakko Eskola: Menestymme vain innovoinnilla ja uusiutumisellahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Wärtsilän-Jaakko-Eskolaä-Menestymme-vain-innovoinnilla-ja-uusiutumisella.aspxWärtsilän Jaakko Eskola: Menestymme vain innovoinnilla ja uusiutumisella
IPR edellä ulkomaillehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/IPR-edella-ulkomaille.aspxIPR edellä ulkomaille
Kaikki katseet uudistumiseenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaikki-katseet-uudistumiseen.aspxKaikki katseet uudistumiseen
Muutosjohtamisen luova voimahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Muutosjohtamisen-luova-voima.aspxMuutosjohtamisen luova voima
Täydellinen arktisten ratkaisujen pilottiympäristöhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Taydellinen-arktisten-ratkaisujen-pilottiymparisto.aspxTäydellinen arktisten ratkaisujen pilottiympäristö
Teollinen 3D-tulostus nousukiidossahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollinen-3D-tulostus-nousukiidossa.aspxTeollinen 3D-tulostus nousukiidossa
Uusia ratkaisuja kaupunkitulvien ehkäisyynhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uusia-ratkaisuja-kaupunkitulvien-ehkaisyyn.aspxUusia ratkaisuja kaupunkitulvien ehkäisyyn
Tulevaisuuden sensorihttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-sensori.aspxTulevaisuuden sensori
Salofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Salofa-tuo-pikatestit-terveyden-ja-ympariston-seurantaan.aspxSalofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaan
SMACC – älyä koneisiinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/SMACC-alya-koneisiin.aspxSMACC – älyä koneisiin
Voiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voiko-alykkaiden-kaupunkien-suorituskykya-mitata.aspxVoiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?
Ydinjätehuollon uranuurtaja Posivahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ydinjätehuollon-uranuurtaja-Posiva.aspxYdinjätehuollon uranuurtaja Posiva
Mallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mallinnuksen-ja-simuloinnin-hyodyntaminen-uusissa-voimalaitoskonsepteissa.aspxMallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissa
Kolmiulotteinen virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus – Kohti uusia maailmojahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kolmiulotteinen-virtuaalitodellisuus-ja-lisätty-todellisuus-Kohti-uusia-maailmoja.aspxKolmiulotteinen virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus – Kohti uusia maailmoja
Voimaa potkurikehitykseenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voimaa-potkurikehitykseen.aspxVoimaa potkurikehitykseen
Robotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Robotiikka-–-monien-mahdollisuuksien-tekniikkaa.aspxRobotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaa
Uudenlaista liiketoimintaa selluloosastahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uudenlaista-liiketoimintaa-selluloosasta.aspxUudenlaista liiketoimintaa selluloosasta
Kaura on kysyttyä tavaraa maailmallahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaura-on-kysyttya-tavaraa-maailmalla.aspxKaura on kysyttyä tavaraa maailmalla
Tulevaisuuden uudet selluloosatuotteet ja niiden sovelluksethttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-uudet-selluloosatuotteet-ja-niiden-sovellukset.aspxTulevaisuuden uudet selluloosatuotteet ja niiden sovellukset
Infinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Infinited-Fiber-tuo-muutoksen-tekstiiliteollisuuteen.aspxInfinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteen
Painettu teknologia kutsuu muotoilijoitahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Painettu-teknologia-kutsuu-muotoilijoita.aspxPainettu teknologia kutsuu muotoilijoita
Intohimo siivittää tutkimustahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/intohimo-siivittaa-tutkimusta.aspxIntohimo siivittää tutkimusta
Onko tulevaisuudessa jätevettä?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Onko-tulevaisuudessa-jatevetta.aspxOnko tulevaisuudessa jätevettä?
Yhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yhteisöllisiä-asumisratkaisuja-Suomesta-Namibiaan.aspxYhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaan
Hienokemia tarvitsee biopohjaisia aromaattejahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Hienokemia-tarvitsee-biopohjaisia-aromaatteja.aspxHienokemia tarvitsee biopohjaisia aromaatteja
Puolustusvoimat hakee etumatkaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puolustusvoimat-hakee-etumatkaa.aspxPuolustusvoimat hakee etumatkaa
Impulssi 1/2015http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2015.aspxImpulssi 1/2015
Impulssi 1/2016http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2016.aspxImpulssi 1/2016
For Industry veturina Suomen valmistavalle teollisuudellehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/For-Industry-veturina-Suomen-valmistavalle-teollisuudelle.aspxFor Industry veturina Suomen valmistavalle teollisuudelle
Impulssi 1/2014http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2014.aspxImpulssi 1/2014
Impulssi 2/2016http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2016.aspxImpulssi 2/2016
Impulssi 2/2015http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2015.aspxImpulssi 2/2015
Kansainvälinen yrittäjyys ei toteudu hetkessä vaan siihen kasvetaanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kansainvälinen-yrittäjyys-ei-toteudu-hetkessä-vaan-siihen-kasvetaan.aspxKansainvälinen yrittäjyys ei toteudu hetkessä vaan siihen kasvetaan
Bisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sauli-Tormala-Kasvua-kansainvalisilta-kentilta.aspxBisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltä
Lämpöaistimus on monen tekijän summahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Lampoaistimus-on-monen-tekijan-summa.aspxLämpöaistimus on monen tekijän summa
VTT:n nuoret tutkijat tekevät tulevaisuuttahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Nuoret-tutkijat-tekevat-tulevaisuutta.aspxVTT:n nuoret tutkijat tekevät tulevaisuutta
Suomi suuntaa vähähiiliseen älyliikenteeseenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomi-suuntaa-vahahiiliseen-alyliikenteeseen.aspxSuomi suuntaa vähähiiliseen älyliikenteeseen
ChemSheet-innovaatioilla tietä uusille ratkaisuillehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Chemsheet-innovaatioilla-tietä-uusille-ratkaisuille.aspxChemSheet-innovaatioilla tietä uusille ratkaisuille
Puukuitu haastaa muovin kauppakasseissahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puukuitu-haastaa-muovin-kauppakasseissa.aspxPuukuitu haastaa muovin kauppakasseissa
Kvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmällehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kvanttinormaaleita-uudistuvalle-SI-jarjestelmalle.aspxKvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmälle
Impulssi 2/2014http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2014.aspxImpulssi 2/2014
Enemmän kuin pelkkää piitähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Enemman-kuin-pelkkaa-piita.aspxEnemmän kuin pelkkää piitä