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.

 

 

VTT Impulssihttps://www.vtt.fi/ImpulssiVTT Impulssi
Terveys ja hyvinvointihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Terveys-ja-hyvinvointi.aspxTerveys ja hyvinvointi
Älykäs teollisuushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Älykäs-teollisuus.aspxÄlykäs teollisuus
Palvelut PK-yrityksillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Palvelut-PK-yrityksille.aspxPalvelut PK-yrityksille
Kestävät ja älykkäät yhteisöthttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kestävät-ja-älykkäät-yhteisöt.aspxKestävät ja älykkäät yhteisöt
Digitaalinen maailmahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaalinen-maailma.aspxDigitaalinen maailma
Vähähiilinen energiahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Vähähiilinen-energia.aspxVähähiilinen energia
Liiketoiminnan kehittäminenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Liiketoiminnan-kehittäminen.aspxLiiketoiminnan kehittäminen
Biotalous ja kiertotaloushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Biotalous-ja-kiertotalous.aspxBiotalous ja kiertotalous
Impulssi 2/2018https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2018.aspxImpulssi 2/2018
Robotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Robotiikka-–-monien-mahdollisuuksien-tekniikkaa.aspxRobotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaa
Digitaaliset ekosysteemit valtaavat alaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaaliset-ekosysteemit-valtaavat-alaa.aspxDigitaaliset ekosysteemit valtaavat alaa
Jari Gustafsson: Vanhoja ja uusia työjuhtia taantuman voittamiseksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Jari-Gustafsson-Vanhoja-ja-uusia-taantuman-voittamiseksi.aspxJari Gustafsson: Vanhoja ja uusia työjuhtia taantuman voittamiseksi
Kalasatamasta älykkään energian mallialuehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kalasatamasta-alykkaan-energian-mallialue.aspxKalasatamasta älykkään energian mallialue
Riskienhallintaa mutkistuvassa maailmassahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Riskienhallintaa-mutkistuvassa-maailmassa.aspxRiskienhallintaa mutkistuvassa maailmassa
Suomi suuntaa vähähiiliseen älyliikenteeseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomi-suuntaa-vahahiiliseen-alyliikenteeseen.aspxSuomi suuntaa vähähiiliseen älyliikenteeseen
Teollinen internet haastaa Suomenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollinen-internet-haastaa-Suomen.aspxTeollinen internet haastaa Suomen
Digitalisaatio tasoittaa erojahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisaatio-tasoittaa-eroja.aspxDigitalisaatio tasoittaa eroja
Suomi on hyvä investointihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomi-on-hyva-investointi.aspxSuomi on hyvä investointi
Pekka Soinin Business Finland on yritysten ”kansainvälistymiskanava”https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Pekka-Soinin-Business-Finland-on-yritysten-kansainvalistymiskanava.aspxPekka Soinin Business Finland on yritysten ”kansainvälistymiskanava”
Pakkausmuovi vaihtuu puukuituunhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Pakkausmuovi-vaihtuu-puukuituun.aspxPakkausmuovi vaihtuu puukuituun
Puolustusvoimat hakee etumatkaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puolustusvoimat-hakee-etumatkaa.aspxPuolustusvoimat hakee etumatkaa
Tulevaisuuden arkkitehdit asiallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-arkkitehdit-asialla.aspxTulevaisuuden arkkitehdit asialla
Plasmakäsittely kirittää materiaalikehitystähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Plasmakasittely-kirittaa-materiaalikehitysta.aspxPlasmakäsittely kirittää materiaalikehitystä
Uudenlaista liiketoimintaa selluloosastahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uudenlaista-liiketoimintaa-selluloosasta.aspxUudenlaista liiketoimintaa selluloosasta
Kvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmällehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kvanttinormaaleita-uudistuvalle-SI-jarjestelmalle.aspxKvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmälle
Kohti potilaskeskeistä, yksilöllistä terveydenhuoltoahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kohti-potilaskeskeista-yksilollista-terveydenhuoltoa.aspxKohti potilaskeskeistä, yksilöllistä terveydenhuoltoa
Koppurasormin ja suurennuslasin avulla verkkopankkiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Koppurasormin-ja-suurennuslasin-avulla-verkkopankkiin.aspxKoppurasormin ja suurennuslasin avulla verkkopankkiin
Ihmisten jäljillähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ihmisten-jaljilla.aspxIhmisten jäljillä
Kyberturvallisuuden puolesta monella rintamallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuuden-puolesta-monella-rintamalla.aspxKyberturvallisuuden puolesta monella rintamalla
Menetelmiä parempaan päätöksentekoonhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Menetelmia-parempaan-paatoksentekoon.aspxMenetelmiä parempaan päätöksentekoon
Automaatio antaa paketille siivethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Automaatio-antaa-paketille-siivet.aspxAutomaatio antaa paketille siivet
Automaatiolla älykkyyttä liikenteeseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Automaatiolla-alykkyytta-liikenteeseen.aspxAutomaatiolla älykkyyttä liikenteeseen
IPR edellä ulkomaillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/IPR-edella-ulkomaille.aspxIPR edellä ulkomaille
Laitteet kämmenen kokoisiksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Laitteet-kammenen-kokoisiksi.aspxLaitteet kämmenen kokoisiksi
Mahdollisuus piilee haasteissahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mahdollisuus-piilee-haasteissa.aspxMahdollisuus piilee haasteissa
Pilottitehtaat jauhavat ideoista liiketoimintaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Pilottitehtaat-jauhavat-ideoista-liiketoimintaa.aspxPilottitehtaat jauhavat ideoista liiketoimintaa
Täydellinen arktisten ratkaisujen pilottiympäristöhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Taydellinen-arktisten-ratkaisujen-pilottiymparisto.aspxTäydellinen arktisten ratkaisujen pilottiympäristö
Teknologiahypestä asiakasymmärrykseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teknologiahypesta-asiakasymmarrykseen.aspxTeknologiahypestä asiakasymmärrykseen
Teollisuuden kyberturvallisuus paranee yhteistyöllähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollisuuden-kyberturvallisuus-paranee-yhteistyolla.aspxTeollisuuden kyberturvallisuus paranee yhteistyöllä
Uusia ratkaisuja kaupunkitulvien ehkäisyynhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uusia-ratkaisuja-kaupunkitulvien-ehkaisyyn.aspxUusia ratkaisuja kaupunkitulvien ehkäisyyn
Yrittäjien velvollisuus on etsiä kasvuahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yrittajien-velvollisuus-on-etsia-kasvua.aspxYrittäjien velvollisuus on etsiä kasvua
Impulssi 1/2014https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2014.aspxImpulssi 1/2014
Impulssi 2/2014https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2014.aspxImpulssi 2/2014
Impulssi 2/2017https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2017.aspxImpulssi 2/2017
Kone on inhimillisempihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kone-on-inhimillisempi.aspxKone on inhimillisempi
Maailmalla ei ole parempaa innovaatiomalliahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailmalla-ei-ole-parempaa-innovaatiomallia.aspxMaailmalla ei ole parempaa innovaatiomallia
Röntgenkuvantaminen uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Rontgen-kuvantaminen-uudelle-tasolle.aspxRöntgenkuvantaminen uudelle tasolle
Tuottoa sijoituksillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuottoa-sijoituksille.aspxTuottoa sijoituksille
Yhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yhteisöllisiä-asumisratkaisuja-Suomesta-Namibiaan.aspxYhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaan