Sisekliima

Hoone sisekliima (indoor climate) on ruumis oleva keskkonna tegurite koosmõju. Sisekliima peamiseks kvaliteedinäitajaks on hubasus (comfort), (mugavus), inimese hea enesetunne. Hubasus on suhteline, mõned hubasuse mõjurid on küll mõõdetavad, nagu temperatuur, suhteline niiskus, gaasi koostis, müra valjus jms, kuid nende toime sõltub inimesest. Sisekliima mõjurid võidakse jagada soojuslikeks, keemilisteks, füüsikalisteks, optilisteks ja inimesest tulenevateks. õhutemperatuur, operatiivtemperatuur (õhu- ja piirdepindade temperatuuri koosmõju), õhuniiskus, õhu liikumiskiirus. õhu koostis (gaaside, aerosoolide, tolmu, hallituseoste jmt kontsentratsioon ning omadused), ebameeldivad lõhnad (hais). ruumi ehituslik kuju, ruumi akustika, müra, õhu ionisatsioon, ruumi väljad (staatiline ja vahelduvelektriväli jm elektromagnetkiirgused). valgustus (intensiivsus, värvus, räigus), vaateväli, ümbruse ja esemete värvus. tegevuse intensiivsus, vaimne või füüsiline töö, üldine psüühiline ja füüsiline seisund, tervislik seisund, riietus, vanus, sugu. Tähtsamad sisekliima tegurid, mis inimest oluliselt mõjutavad ja mida sageli mõõdetakse ning reguleeritakse on õhutemperatuur, õhu suhteline niiskus ja süsinikdioksiidi sisaldus. Olulisim sisekliima parameeter on ruumi õhutemperatuur. Ruumi õhutempera­tuuriga kohaneb soojavereline elusorganism, seega ka inimene termoregulatsiooni abil. Optimaalse õhutemperatuuri juures on termoregulatsioon minimaalne. Soojusliku mugavuse indeks (Preddicted Mean Vote ehk PMV) on inimeste tõenäoline soojusliku mugavustunde hinnang. PMV määratakse suure inimrühma keskmise hinnanguna ruumi soojuslikule mugavusele seitsme astmega väärtuste vahemikus +3 kuni −3 järgmiselt. Kuum +3, soe +2, kergelt soe +1, mugav 0, kergelt jahe −1, jahe −2, külm −3. Ruumid on kolme klassi soojusliku mugavuse nõuete täitmise järgi A – PMV +–0,2; B – PMV +–0,5; C – PMV +–0,7. Optimaalne temperatuur on selline temperatuur, mis rahuldab enamikku (95%) inimesi teatud riietuse ja kehalise aktiivsuse juures. Õhutemperatuur ruumis peab olema ligilähedaselt võrdne füsioloogiliselt optimaalsele ja looma inimesele hubase soojustunde ja tagama tervise ning töövõime. Optimaalse temperatuuri väärtus sõltub kehalise töö raskusest, riietusest ja inimese subjektiivsest vajadustest. Riietuse soojustakistust (soojapidavust) mõõdetakse ühikuga clo. 1clo=0,155 m2*K/W. Näiteks kerges riietuses istuva inimese jaoks on optimaalne temperatuurivahemik 22…25 °C. Mida raskem on kehaline tegevus ja/või mida paksemad on riided, seda madalam on inimese jaoks optimaalne õhutemperatuur. Erinevate hoonete sisekliima tegurite ja vajaliku õhuvahetuse normväärtused vastavalt soojusliku mugavuse klassile (PMV) on esitatud standardis tabelis 2. Näiteks eluruumi normtemperatuuriks talvel peaks olema A klass – 22 +–1,0 °C; B klass – 22 +–2,0 °C; C klass – 22 +–3,0 °C. Üle 22 °C välistemperatuuri korral võib A ja B klassi hoonetes ruumi temperatuur ületada normi 5 K võrra kuni viie tunni jooksul ööpäevas. C-klassi hoonetes seda olukorda ei normita. Operatiivtemperatuur on selline teoreetiline ühtlane temperatuur piiratud alal, milles elusorganism vahetab kiirguse ja konvektsiooni teel samasuguse soojushulga ajaühikus kui tegelikus olukorras mitteühtlases ruumis. Operatiivtemperatuur arvestab lisaks termomeetriga mõõdetavale temperatuurile veel ümbritseva keskkonna kiirgust ja õhu liikumist (konvektsiooni). Operatiivtemperatuuriga ligikaudu sarnane mõiste on tajutav temperatuur, mis arvestab temperatuuri kõrval veel õhu liikumiskiirust. Operatiivtemperatuur arvutatakse kiirgustemperatuuri ja õhutemperatuuri aritmeetilise keskmisena. Kiirgustemperatuuri T t i {\displaystyle {T_{ti}}} , K valem on; T k i = T m k 4 + c v 0 , 5 ( T m k − T k k ) 4 {\displaystyle {T_{ki}}={\sqrt[{4}]{{T_{mk}}^{4}+cv^{0,5}(T_{mk}-T_{kk})}}} kus T m k {\displaystyle {T_{mk}}} on musta kera sisetemperatuur, K, T k k {\displaystyle {T_{kk}}} – ümbritseva õhu temperatuur, K, v {\displaystyle {v}} – õhu liikumiskiirus, m/s, c {\displaystyle {c}} – konvektiivset ja kiirgussoojusülekannet arvestav tegur , c {\displaystyle {c}} =0,247·109 Füsioloogiliselt optimaalne (neutraalne) temperatuur on selline, kus loom või lind tunneb end hästi ja ainevahetus ning termoregulatsioon on minimaalsed. Seejuures loomade ja lindude toodang on maksimaalne antud söötmistaseme juures, aga kui temperatuur on madalam või kõrgem füsioloogiliseselt optimaalsest, siis toodang väheneb ja söödakulu toodanguühiku kohta suureneb. Füsioloogiliselt optimaalse temperatuuri tagamiseks loomapidamisruumis või lindlas on vaja teha lisakulutusi. Ruumi on vaja kütta või jahutada. Majanduslikult optimaalne temperatuur on selline optimaalsest erinev temperatuur, mille korral toodangu vähenemine on korvatud sisekliima tagamiseks tehtavate kulutuste kokkuhoiuga. Seega majanduslikult optimaalne temperatuur sõltub välisõhu temperatuurist, hoone soojapidavusest, sööda ja toodangu hinnast. Ruumi temperatuuriregulaator peab arvestama toodangu (piim, liha, munad) ja söödakulu sõltuvust temperatuurist (joonis 3) ning toimima reaalajas vastavalt sööda ja toodangu turuhinnale. Elusorganismile (inimene, loom) on oluline suhteline õhuniiskus. See mõjutab ka hoone piirete seisundit ja soojusjuhtivust. Ruumiõhu suhteline niiskus peab olema selline, mis ei kahjusta inimese (looma) tervist, väldib veeauru kondenseerumist piiretele, ei tekita niiskuskahjustusi ega mikroorganismide kasvu, rahuldab tehnoloogilistele protsessidele esitatud nõudeid. Õhuniiskus mõjutab oluliselt organismi soojusvahetust keskkonnaga. Inimesele optimaalne suhteline õhuniiskus on 40…60%. Standard soovitab ruumi siseõhu suhteliseks niiskuseks talvel 25…40% ja suvel 30…70%. Hubasuse nõudeid silmas pidades ei tohi õhu suhteline niiskus ületada 70%, suhtelise niiskuse alumine piir ei ole nii täpselt määratletav kui ülemine piir ning see võib sõltuvalt õhutemperatuurist olla 30% või isegi 20%. Niiskem õhk soodustab madala õhutemperatuuri korral organismi ülejahtumist (külmetumist), kõrge temperatuuri puhul aga ülesoojenemist (kuumarabandust), sest niiske õhk on suurema soojusmahtuvusega, juhib paremini soojust ja samuti ei soodusta vee aurustamist keha pinnalt. Niiske õhk on kergem kui kuiv õhk, kuna veeauru moolmass m = 18 kg/mol on väiksem kuiva õhu moolmassist m = 29 kg/mol. Kuiva õhku talutakse paremini. Ruumides reguleeritakse õhuniiskust ruumi õhuta­misega, ventileerimisega või õhu konditsioneerimisega. Õhu liikumiskiirusel on oluline osa hubasustunde kujundamisel. Õhu liikumine põhjustab kehalt ümbritsevasse õhku konvektiivse soojusülekande. Mida suurem on õhu liikumiskiirus, seda suurem on soojusülekanne. Soojusülekanne võib toimuda kehalt keskkonda (kui keskkonna temperatuur on madalam keha pinnatemperatuurist) või keskkonnast kehale (kui keskkonna temperatuur on kõrgem keha pinnatemperatuurist, näiteks saunas). Tõmbustunne tekib nahal keskmisest tugevama soojusülekande tõttu. Tõmbustunde tekkimine on isikupärane. Ruumiõhuga liiguvad kaasa ka muud kliimakomponendid: tolm (oluline elu- ja olmeruumide ruumikliima mõjur), suits (oluline mõjur tööstusrajoonide ja linnade ning mõningate tootmisruumide õhus) ning tootmisprotsessis ja looduses tekkivad gaasid. Inimese aktiivne tegevus ruumis suurendab märgatavalt mainitud kliimakomponentide liikumist. Ruumides tekib süsinikdioksiid (CO2 ehk süsihappegaas) inimese kopsudest väljahingatavast õhust, küünalde, sigareti või gaasipliidi põlemisel. Kerget tööd tegev keskmine inimene eritab süsinikdioksiidi 20 l/h, raskel tööl on see arv oluliselt suurem. Standardi tabelis 6 on esitatud mõnede kahjulike ainete suurimad lubatud kontsentratsioonid ruumiõhus, sealhulgas süsinikdioksiid, vingugaas, osoon jt. Tolm halvendab kliimat, töö- ja olmetingimusi. Tolmu püsimine õhus oleneb peamiselt kübemete mõõtmeist, massist ja kujust. Tolmu ohtlikkus sõltub tema hulgast, disperssusest, elektrilaengust, keemilisest koostisest, kübemete pinnale adsorbeerunud kahjulikest ainetest ja mikroobidest. Hingamiselundeis võib peatuda 40…80% sissehingatud tolmust. Kuivas ruumiõhus levivad veel tolmulestad ja niiskuskahjustuse korral hallitus. Tolm kahjustab nahka, silmi ja hingamiselundeid ning tekitab allergiat, mürgistust, kiiritustõbe. Radioaktiivne gaas radoon tekib pinnases oleva raadiumi lagunemisel ja kandub sealt ruumi. Standard lubab elu-, puhke- ja tööruumides radooni kuni 200 Bq/m3 ja gammakiirgust kuni 0,5 mikroSv/h. Müra võib häirida juba väikese võimsuse juures, vaata mürareostus. Soojaverelised organismid (inimesed, loomad ja linnud) annavad oma elutegevuse tulemusena keskkonda soojusenergiat, mis tekib ainevahetuses nende tarbitud söögist (söödast). Ümbritseva keskkonna soodsa temperatuuri korral on organismist eritunud soojusenergia ajaühikus väiksem kui madala temperatuuri puhul. Ebasoodsa keskkonnatemperatuuri korral peab organism kulutama täiendavat energiat, et säilitada kehatemperatuur. Soojaverelised organismid annavad elutegevuses tekkinud jääksoojuse ümbritsevasse keskkonda vaba- ja peitsoojusena. Vabasoojuseritus on soojuse ülekanne organismilt keskkonda konvektsiooni, soojusjuhtivuse ja -kiirguse teel. Vabasoojuseritus on organismilt keskkonda suunduv soojusvoog, ühikuks J/s ehk W. Vabasoojuseritus väheneb keskkonnatemperatuuri tõustes ja muutub nulliks kui keskkonna temperatuur saab võrdseks organismi pinnatemperatuuriga. See soojusvoog võib-olla ka keskkonnast organismile, kui keskkonna temperatuur on kõrgem keha pinna temperatuurist (kõrbes, saunas). Vabasoojuseks nimetatakse ka ruumi lisanduvat soojust kokku: näiteks inimestelt, valgustusest, päikesekiirgusest jne, mida võiks aga nimetada lisasoojuseks. Seega, lisasoojuseritus koosneb inimeste vabasoojuseritusest, valgustuselt, seadmetelt ja päikesekiirgusest tekkivast soojusest. Peitsoojuseritus on soojuse äraandmine organismilt keskkonda veeauru kujul. Soojavereline elusorganism eritab veeauru väljahingatava õhuga ja higistamisel. Higistamisel väljub higi difuusselt läbi naha pooride ja aurub keha pinnalt. Intensiivse higistamise korral ei jõua higi kõik auruks muutuda ja naha pinnale tekivad higitilgad. Ühe kilogrammi vee aurustumiseks kulub 20 °C juures ligikaudu 2450 kJ soojusenergiat (aurustumissoojus). Vee aurustumiskiirus sõltub õhu liikumiskiirusest ja suhtelisest niiskusest. Mida kuivem on õhk, seda suurem on aurumine. Seetõttu ongi kuiva kuuma õhku kergem taluda kui niisket kuuma õhku. Märg keha tuule käes külmetab enam kui tuulevaikses õhus. Peitsoojuseritus 3 (joonis 5) kasvab koos keskkonnatemperatuuri tõusuga. Vee aurumine kehast (peitsoojuseritus) on see mehhanism, mis võimaldab organismil ellu jääda keskkonnas, mille temperatuur on kõrgem keha temperatuurist. Kogusoojuseritus on vaba- ja peitsoojuserituse summa. Sisekliima analüüsimisel ning kütte-ventilatsiooni­süsteemide projekteerimisel on vaja teada elusorganismidelt ajaühikus erituva soojuse, niiskuse ja gaasi CO2 koguseid. Inimese vabasoojuserituse erineva töökoormuse ja keskkonnatemperatuuri juures võib leida standardi lisast J. Et Eestis puuduvad ametlikult kinnitatud normid loomadele ja lindudele, võiks meil kasutada Rahvusvahelise Põllumajandusinseneride Komisjoni (Commission Internationale du Geine Rural, CIGR) soovitatud norme . Need on koostatud mitmete Euroopa riikide teadlaste tööde põhjal. Hubase sisekliima tagamiseks tuleb hoonetes ruume kütta, õhutada, ventileerida või õhku konditsioneerida (soojendada, jahutada, kuivatada, niisutada). Küte Keskküte Soojussõlm Ventilatsioon Abel, Enno, Voll, Hendrik. Hoonete energiatarve ja sisekliima, Tallinn: OÜ Presshouse kirjastus, 249 lk. Liiske, Matti. Sisekliima, Tartu: Eesti Põllumajandusülikooli kirjastus, 2002. 188 lk. "Voll, H TTÜ" (PDF). Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 19. aprill 2017. Vaadatud 18. aprillil 2017. Sisekliima, Eesti standard, EVS 839:2003 Eesti standardikeskus. Seppänen, Olli, Seppänen, Matti. Hoone sisekliima kujundamine, Tallinn: Koolibri kirjastus, 1998. 269 lk. Hoonete kütte projekteerimine, Eesti standard, EVS 839:2003 Eesti standardikeskus. Commission Internationale du Genie Rural (International Commission of Agricultural Engineering). Report of Working Group on Climatization of Animal Houses. Scottisch Farm Building Investigation Unit, Scottapress, Aberdeen, 1984, 72 p. Seppänen, Olli, Seppänen, Matti.Hoone sisekliima kujundamine. E-kataloog ESTER Liiske, Matti. Sisekliima. E-kataloog ESTER Abel, Enno, Voll, Hendrik. Hoonete energiatarve ja sisekliima. E-kataloog ESTER