Teema-artikkeli: Sisäilmakeksinnöt pitää tuotteistaa paremmin

Koronapandemian vuoksi sisäilmatutkijoiden tekemiset kiinnostavat kaikkia. Useita virusten leviämiseen liittyviä tutkimuksia on käynnissä. VTT:n tutkija Aimo Taipale muistuttaa, että pienhiukkasiin ja niiden torjuntaan liittyvä tutkimus on yhtä tärkeää. Ja erittäin tärkeää olisi tuotteistaa jo olemassa olevat sisäilmaan liittyvät keksinnöt kaupallisiksi innovaatioiksi.

Erikoistutkija Aimo Taipale työskentelee VTT:n puhdasilma­tekniikoiden eli Clean Air Solutions -tiimissä, joka keskittyy ilman kautta leviävien epäpuhtauksien hallintaan. 

Työn fokus on muuttunut vuosien myötä.

– Kysymys on siitä, mitä on yritetty suojella. Aluksi suojeltiin ilmanvaihtokoneita likaantumiselta. Viimeiset 15 vuotta on keskitytty terveyshaittojen torjuntaan. Keskeistä on ilman kautta leviävät epäpuhtaudet. On löydetty korrelaatio ilman hiukkaspitoisuudelle ja ihmisten terveydelle, ja se korrelaatio yritetään rikkoa puhdasilmaratkaisujen avulla, Aimo Taipale sanoo.

Taipale toteaa, että Suomessa korona­kuolemia on sattunut ensimmäisen pandemia­vuoden aikana noin 700, mutta pienhiukkasista johtuvia kuolemia on vuosittain keskimäärin 2000. 

– Toivon, että tulevaisuudessa huomio kiinnitetään tähän.

Koronapandemia on saanut median ja kansalaiset kysymään aiempaa enemmän sisä­ilmaston turvallisuudesta.

– Pandemia on näyttänyt, että ilman­vaihto ja suodattimet pitää ottaa tosissaan, ja ne pitää ottaa tosissaan vielä koronan jälkeenkin, Taipale toteaa.

– Työmme tavoitteena VTT:llä on pyrkiä alentamaan ihmiselle haitallisten aineiden, esimerkiksi koronavirusten, pitoisuutta hengitysilmassa teknisten ratkaisuiden kuten ilmanvaihdon ja suodatuksen avulla. Keskeinen suure meidän työssämme on altistuminen, joka kuvaa sitä, miten paljon epäpuhtauksia ihminen hengittää. Altistumisen määrä riippuu siitä, miten pitkän ajan ihminen hengittää tiettyä epäpuhtauspitoisuutta. Me haluamme vähentää altistumista, ja se puolestaan onnistuu alentamalla epäpuhtauksien pitoisuutta paremman ilmanvaihdon tai suodatuksen avulla.

VTT:llä on Tampereella laboratorio ilmansuodattimien, ilmanpuhdistimien ja suodatinmateriaalien tutkimiseen. 

– Meillä on hyvät valmiudet mitata erilaisten suodattimien, ilmanpuhdistimien ja vaikkapa maskeissa käytettävien materiaalien suodatustehokkuuksia erikokoisille hiukkasille. Olemme mukana myös käyttökohteissa toteutettavissa pilottihankkeissa kenttä­mittauksiin soveltuvalla kalustolla. Olemme toimittaneet mittausjärjestelmiä myös asiakkaidemme tuotekehityksen ja laadunvalvonnan tueksi. Muista työkaluista merkittävin on virtausmallinnus eli CFD, Computational Fluid Dynamics; meillä on valmiudet simuloida ilmanvaihdon ja huonetilan virtausten lisäksi yksittäisten pisaroiden liikkumista ja niiden koon muuttumista ilma­virtauksissa, Taipale kertoo.

Pisara kuivuu aerosoliksi

Sisäilmatutkijoilta odotetaan nyt pikaisia vastauksia, kuinka viruksen leviäminen katkaistaan. Iso osa vastauksia on jo valmiina, mutta myös uutta tutkimusta tarvitaan. 

– Kokonaisuuden hallintaan saaminen edellyttää koko ketjun tarkastelua lähteestä leviämisen kautta altistumiseen saakka. Virusten leviämisessä maski auttaa pienentämään sairastuneen henkilön ympäristöönsä tuottamaa virusmäärää, ilmanvaihto ja ilman­puhdistin alentaa pitoisuutta tilassa ja hengityksensuojain vähentää käyttäjänsä altistumista virukselle. Jos altistumisketjun saa katkaistua missä kohdassa tahansa ja millä keinolla tahansa, se on ihan yhtä arvokasta kuin jonkun muun kohdan ratkaisemiseksi tehtävä työ, Aimo Taipale sanoo.

Taipale muistuttaa, että VTT:n puhdasilmatekniikoiden tutkimustiimissä keskitytään tartuntojen leviämisessä lähinnä ilmavälitteisyyteen – muitakin reittejä on.  

– Ilmavälitteisyydellä tarkoitan sekä pisara- että aerosolitartuntoja. Pidän julkisuudessa esillä ollutta jakoa pisaroihin ja aerosoleihin keinotekoisena ja osin jopa harhaanjohtavana, sillä loppujen lopuksi sairastuneen henkilön hengittämällä tai yskimällä tuottama pisara sisältää kuivuttuaan aerosoliksi ihan yhtä paljon virusta kuin pisara, Taipale toteaa.

Taipaleen mukaan suurimmat pisarat kiinnittyvät inertian eli liikkeen jatkavuuden ja maan vetovoiman ansiosta nopeasti pinnoille, mutta toisaalta pisarat myös kuivuvat normaalissa sisäilmassa jopa sekunnin murto-osissa ja kuivat jäännöshiukkaset voivat pysyä ilmassa hyvinkin pitkiä aikoja. 

– Tämän olemme oppineet jo aiemmin kehittäessämme mittausmenetelmää kosteissa olosuhteissa toimivien kaasuturbiinien imuilman suodattimien tehokkuuden määrittämiseksi suolavesipisaroiden avulla, Aimo Taipale toteaa.

Taipaleen mukaan nyt tarvitaan tutkimusta, miten paljon ja minkä kokoista pisaraa sairastunut henkilö tuottaa ympäristöönsä, mihin pisarat kulkeutuvat ja miten paljon tartuttavaa virusta pisarat sisältävät. 

– Tätä olemme parhaillaan tutkimassa Business Finlandin rahoittamassa AIRCO-hankkeessa yhdessä Tampereen yliopiston aerosolifysiikan tutkimusryhmän ja THL:n kanssa. Olemme parhaillaan myös valmistelemassa koronaviruksen leviämisen vähentämiseen tähtäävää E3-yhteishanketta Tuotekehitys Oy Tamlinkin koordinoiman IAQe-sisäilmaekosysteemin kanssa, Taipale kertoo ja toteaa, että E3:ssa on mukana jo useita tutkimuslaitoksia ja yrityksiä, mutta mukaan on vielä mahdollista päästä. 

Epäpuhtauksien sisälähteitä enemmän

Koneellinen ilmanvaihto suodatuksineen on suunniteltu pysäyttämään ulkoilmasta tulevat, ihmisille haitalliset pienhiukkaset ennen niiden pääsyä sisätiloihin. Suodatuksen suorituskyky on parantunut: suodatinmateriaalit pystyvät nappaamaan entistä pienempiä hiukkasia haittaamatta suuresti tuloilmavirtaa.

Aimo Taipaleen mukaan suodatuksen seuraava laatuloikka voisi liittyä sähköisiin suodatusmenetelmiin, joita on jo käytössä joissakin kohteissa.

– Sähköisessä suodatuksessa ilmavirta ei aiheuta isoa painehäviötä ja sen suodatus- ja erotus­aste on tavallista suodatinta parempi.

Ulkoa tulevien epäpuhtauksien rinnalla sisälähteistä tulevilla epäpuhtauksilla on entistä suurempi merkitys sisäilmanlaadulle. Sisälähteitä ovat esimerkiksi rakennus- ja sisustusmateriaalit, home- ja kosteusvauriot ja tilojen käyttäjät. Sisälähteiden epäpuhtauksia varten voidaan tilaan järjestää ilmanvaihdon kohderatkaisu tai erillinen ilmanpuhdistin.

– Ilmanvaihdon ja ilmanpuhdistimien vaikutuksia vertailtaessa on tärkeä ymmärtää, että puhtaan ilman lähteellä ei ole merkitystä. Oleellista on, että saadaan puhdasta ilmaa oikeaan paikkaan ja riittävästi, Aimo Taipale sanoo. 

Uudisrakennuksissa puhdistimen ottaminen osaksi yleisilmanvaihtoa vaatii lisää ilmanvaihdon suunnittelijalta. Puhdistin vaatii oikeaa mitoitusta tilan ja tarpeen mukaan. On myös suunniteltava, minne likaisen ilman sisältämät patogeenit johdetaan kohdeilmanvaihtoratkaisuissa.

– Ongelmana on jo käytössä olevat rakennukset. Kuka sinne tuo puhdistimen: tilan vuokralainen vai esimerkiksi laitevalmistaja palveluna? Kenen vastuulla silloin on ratkaisun toimivuus, tarvittavat sisäilmaston mittaukset ja tarkkailu? 

Taipale toteaa, että erillispuhdistimien markkinoinnissa käytetyllä mikrobien suodatusprosentilla eli erotusasteella johdetaan kuluttajia joskus harhaan.

– Laitehankinnassa mikrobien suodatusprosentti on vasta osa tarvittavasta tiedosta. Yhtä tärkeää on, mikä on laitteen ilmavirta ja sen muodostama puhtaan ilman tuotto suhteutettuna tilaan, ja kolmantena täytyy tietää, mikä on virtauskuvio: mihin puhdas ilma kulkee ja mihin patogeenit. 

Jos puhdistimen kerrotaan pitävän sisä­ilman kunnossa 60 neliön alueella, täytyy tietää, millainen tila on kyseessä ja kuinka suuri on tilan ilmanvaihtuvuus ja käyttäjämäärä.

– Jos 60 neliön asuinhuoneisto tarvitsee yhden puhdistimen, ilmamääriin suhteutettuna 60 neliön luokkahuone tarvitsee kuusi puhdistinta saman vaikutuksen aikaansaamiseksi, Taipale sanoo.

Teknologiat pitää saada tuotteiksi

Suomalainen sisäilmatutkimus on monelta osin maailman huippuluokkaa. Aimo Taipale luettelee muun muassa aerosolit, ilmakehätutkimuksen, mittaustekniikan, suodattimet, suodatinmateriaalit ja ilmanpuhdistimet.

– Maailmalla arvostetaan myös sitä, että pienessä Suomessa alan tutkijat, yritykset ja julkinen hallinto tekevät hyvää yhteistyötä.

Pienhiukkasten ja virusten uhka ei saa sisä­ilmatutkijaa toivottomaksi. Tutkittua tietoa ja ratkaisuja on, mutta iso osa niistä on ottamatta laajasti käyttöön.  

– Erilaisten tuotteiden ja palveluiden saattaminen keksinnöistä kaupallisiksi innovaatioiksi on se, mitä minusta pitäisi nyt tehdä. Uusia keksintöjä ei siis lyhyellä tähtäimellä välttämättä tarvita, pääsisimme hyvin eteenpäin tuotteistamalla nykyisetkin keksinnöt. Pitkällä tähtäimellä uudet keksinnöt ovat toki tärkeitä, mutta ei ainakaan kannata jäädä odottamaan uusia keksintöjä vaan toimia heti olemassa olevien pohjalta.

Taipaleen mielestä tutkimus- ja tuote­kehitysrahoitusta pitäisi Suomessa suunnata enemmän tutkijoiden ja yritysten yhdessä toteuttaman pilotoinnin suuntaan, ehkä lyhyellä tähtäimellä jopa perustutkimuksen kustannuksella, jos rahasta on pulaa. 

– Me VTT:llä teemme asiakkaidemme kanssa pääasiassa soveltavaa tutkimusta, mutta joskus tuntuu että senkin kattavuus loppuu hieman kesken, kun ollaan suuntaamassa uusien tuotteiden kaupallistamiseen. Pilotointi on erinomainen tapa luoda yhteyk­siä asiakkaiden suuntaan, ja tutkijoiden mukanaolo tuo projekteihin uskottavuutta. Piloteista saadaan arvokasta oppia siitä, miten tuote toimii käytännössä ja miten se pitäisi markkinoida asiakkaille. Ja tätä pitäisi painottaa. Omalla kohdallani koen, että merkittävimmät opit olen saanut juuri erilaisten teknologioiden pilotointivaiheessa.

Teksti: Jaana Ahti-Virtanen