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
Tekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tekoaly-paljastaa-sydanpotilaan-komplikaatioriskin.aspxTekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskin
Impulssi 1/2018https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2018.aspxImpulssi 1/2018
Mallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mallinnuksen-ja-simuloinnin-hyodyntaminen-uusissa-voimalaitoskonsepteissa.aspxMallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissa
Optinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Optinen-isotooppispektroskopia-kehittynyt-merkittavasti.aspxOptinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteesta
VTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Fabry-Perot-interferometriteknologia.aspxVTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaa
Tuotteita jätteestä – muovipitoinen orgaaninen jäte otetaan käyttöönhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuotteita-jätteestä.aspxTuotteita jätteestä – muovipitoinen orgaaninen jäte otetaan käyttöön
Ledikalvot taipuvat kansanlampusta lentokoneisiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ledikalvot-taipuvat-kansanlampusta-lentokoneisiin.aspxLedikalvot taipuvat kansanlampusta lentokoneisiin
Puukuitu haastaa muovin kauppakasseissahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puukuitu-haastaa-muovin-kauppakasseissa.aspxPuukuitu haastaa muovin kauppakasseissa
Asuinmukavuus ja energiatehokkuus mahtuvat samaan kotiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Asuinmukavuus-ja-energiatehokkuus-mahtuvat-samaan-kotiin.aspxAsuinmukavuus ja energiatehokkuus mahtuvat samaan kotiin
Kvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmällehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kvanttinormaaleita-uudistuvalle-SI-jarjestelmalle.aspxKvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmälle
Sopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sopiiko-elinkaariarviointi-poliittisen-päätöksenteon-tueksi.aspxSopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?
S-ryhmä uskoo monikanavamalliinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/S-ryhma-uskoo-monikanavamalliin.aspxS-ryhmä uskoo monikanavamalliin
Turbiinisiivillä miljoonien säästöihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Turbiinisiivet-saastavat-miljoonia.aspxTurbiinisiivillä miljoonien säästöihin
Hienokemia tarvitsee biopohjaisia aromaattejahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Hienokemia-tarvitsee-biopohjaisia-aromaatteja.aspxHienokemia tarvitsee biopohjaisia aromaatteja
Kyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamistahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuus-vaatii-muutakin-kuin-teknologiaosaamista.aspxKyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamista
Autonomiset järjestelmät yleistyvät teollisuudessa nopeastihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Autonomiset-jarjestelmat-yleistyvat-teollisuudessa-nopeasti.aspxAutonomiset järjestelmät yleistyvät teollisuudessa nopeasti
Enemmän kuin pelkkää piitähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Enemman-kuin-pelkkaa-piita.aspxEnemmän kuin pelkkää piitä
Liiketoimintaa liikenteeseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Liiketoimintaa-liikenteeseen.aspxLiiketoimintaa liikenteeseen
Panimolaboratorio – Paremman oluen puolestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Panimolaboratorio-paremman-oluen-puolesta.aspxPanimolaboratorio – Paremman oluen puolesta
Huoltoapua astronauteillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Huoltoapua-astronauteille.aspxHuoltoapua astronauteille
Vanha ydintutkimusreaktori poistetaan käytöstä – uusi ydinturvallisuustalo rakenteillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/FiR-1-tutkimusreaktori-poistetaan-kaytosta.aspxVanha ydintutkimusreaktori poistetaan käytöstä – uusi ydinturvallisuustalo rakenteilla
Elintarvikkeet muutoksessahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Elintarvikkeet-muutoksessa.aspxElintarvikkeet muutoksessa
Matti Apunen: Ratkaisun ytimessähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ratkaisun-ytimessa.aspxMatti Apunen: Ratkaisun ytimessä
Ydinjätehuollon uranuurtaja Posivahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ydinjätehuollon-uranuurtaja-Posiva.aspxYdinjätehuollon uranuurtaja Posiva
Energiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiavarastojen-kysynta-kasvaa-vauhdilla.aspxEnergiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdilla
Kyberturvallisuuden puolesta monella rintamallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuuden-puolesta-monella-rintamalla.aspxKyberturvallisuuden puolesta monella rintamalla
Automaatiolla älykkyyttä liikenteeseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Automaatiolla-alykkyytta-liikenteeseen.aspxAutomaatiolla älykkyyttä liikenteeseen
Hybridimenetelmillä uusia ratkaisuja metallien kierrätykseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/hybridimenetelmilla-uusia-ratkaisuja-metallien-kierratykseen.aspxHybridimenetelmillä uusia ratkaisuja metallien kierrätykseen
Painettu teknologia kutsuu muotoilijoitahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Painettu-teknologia-kutsuu-muotoilijoita.aspxPainettu teknologia kutsuu muotoilijoita
Petri Kalliokoski: Tekoäly siirtyy sanoista tekoihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Petri-Kalliokoski-Tekoaly-siirtyy-sanoista-tekoihin.aspxPetri Kalliokoski: Tekoäly siirtyy sanoista tekoihin
Ilman hiilidioksidista raaka-aine polttoaineisiin, kemikaaleihin ja ruokaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ilman-hiilidioksidista-raaka-aine-polttoaineisiin-kemikaaleihin-ja-ruokaan.aspxIlman hiilidioksidista raaka-aine polttoaineisiin, kemikaaleihin ja ruokaan
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
Kitka ja kasvihuonepäästöt kuriin materiaalien digitoinnillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kitka-ja-kasvihuonepaastot-kuriin-materiaalien-digitoinnilla.aspxKitka ja kasvihuonepäästöt kuriin materiaalien digitoinnilla
Ketterä ja nopea Ponssehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kettera-ja-nopea-Ponsse.aspxKetterä ja nopea Ponsse
Mediatuotannossa ja asumispalveluissa valmistaudutaan 5G-verkkoonhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mediatuotannossa-ja-asumispalveluissa-valmistaudutaan-5G-verkkoon.aspxMediatuotannossa ja asumispalveluissa valmistaudutaan 5G-verkkoon
Robottiautojen esiinmarssihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Robottiautojen-esiinmarssi.aspxRobottiautojen esiinmarssi
Teollinen 3D-tulostus nousukiidossahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollinen-3D-tulostus-nousukiidossa.aspxTeollinen 3D-tulostus nousukiidossa
Kalasatamasta älykkään energian mallialuehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kalasatamasta-alykkaan-energian-mallialue.aspxKalasatamasta älykkään energian mallialue
Kaivostoiminnasta kestävää ja hyväksyttäväähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaivostoiminnasta-kestavaa-ja-hyvaksyttavaa.aspxKaivostoiminnasta kestävää ja hyväksyttävää
Kännykällä mielenrauhaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kannykalla-mielenrauhaa.aspxKännykällä mielenrauhaa
Energiaratkaisut ja 2050-tavoitteethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiaratkaisut-ja-2050-tavoitteet.aspxEnergiaratkaisut ja 2050-tavoitteet
Impulssi 2/2014https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2014.aspxImpulssi 2/2014
Impulssi 1/2014https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2014.aspxImpulssi 1/2014
Impulssi 1/2016https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2016.aspxImpulssi 1/2016
Uusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uusi-agenda-tehostaa-tutkimusinfran-käyttöä.aspxUusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöä
Kovaakin kovempi vientituotehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kovaakin-kovempi-vientituote.aspxKovaakin kovempi vientituote
Impulssi 1/2017https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2017.aspxImpulssi 1/2017
Impulssi 1/2015https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2015.aspxImpulssi 1/2015
Oma osaaminen yhteiseksi hyväksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Oma-osaaminen-yhteiseksi-hyvaksi.aspxOma osaaminen yhteiseksi hyväksi