Ulkoilman aerosolihiukkasten kulkeutuminen sisäilmaan: Kirjallisuusselvitys ja tapaustutkimus

Abstract

Ilmassa leijuville aerosolihiukkasille altistumisen on havaittu aiheuttavan vuosittain miljoonia ennenaikaisia kuolemia sekä useita erilaisia sairauksia. Pienhiukkasista aiheutuvia terveysriskejä arvioitaessa keskitytään usein ulkoilman hiukkaspitoisuuksien tarkasteluun, mutta ihmiset viettävät yhä suuremman osan ajastaan sisätiloissa. Hiukkaspitoisuudet sisällä voivat nousta merkittäviksi ja joissain tapauksissa ylittää ulkoilman pitoisuudet moninkertaisesti, joten todellista altistusta arvioitaessa on välttämätöntä tarkastella myös sisäilmaa.

Tämän diplomityön keskeisenä tavoitteena oli tutkia erilaisten sisätilojen hiukkaspitoisuuksia sekä infiltraatiota eli ulkoilman hiukkasten kulkeutumista sisäilmaan. Sisätilojen aerosolien tyypillisiä ominaisuuksia sekä sisä- ja ulkoilman hiukkaspitoisuuksien välisiä yhteyksiä selvitettiin perehtymällä alan kirjallisuuteen. Kirjallisuusselvityksen avulla tutkittiin, mitkä ovat tärkeimpiä hiukkaslähteitä sisä- ja ulkoympäristöissä ja miten ulkoilman hiukkasten on havaittu vaikuttavan sisäilmaan, sekä mitkä tekijät selittävät erilaisten sisäympäristöjen välillä havaittuja eroja. Erityisesti työssä keskityttiin toimistorakennusten sisäilmaan.

Kirjallisuusselvityksen perusteella todettiin ulkoilman hiukkaspitoisuuden olevan pääasiallinen toimistorakennusten sisäilman pitoisuuteen vaikuttava tekijä. Muita hiukkaslähteitä sisällä voivat olla esimerkiksi tulostimet ja siivousaineet. Useimmissa toimistoissa hiukkaspitoisuudet ovat ulkoilman pitoisuuksia matalampia ja tehokkailla koneellisen ilmanvaihdon suodattimilla voidaan parantaa sisäilmanlaatua. Sisä- ja ulkoilman pitoisuuksien välistä yhteyttä kuvataan usein I/O-suhteella, joka vastaa sisäilman hiukkaspitoisuuden suhdetta ulkoilman hiukkaspitoisuuteen, mutta ei erottele sisällä syntyneitä ja ulkoa kulkeutuneita hiukkasia. Tarkemman kuvan hiukkasten kulkureitistä antaa infiltraatiokerroin, joka kertoo ulkoa sisälle kulkeutuneiden hiukkasten osuuden.

Kirjallisuusselvityksen lisäksi työssä tutkittiin ulkoilman hiukkasten kulkeutumista sisäilmaan kenttämittauksilla helsinkiläisessä toimistorakennuksessa. Mittausdatan perusteella selvitettiin eri parametrien kuten tuulen suunnan ja vuorokaudenajan vaikutusta sisä- ja ulkoilman hiukkaspitoisuuksiin. Kenttämittauksissa sisäilman hiukkaspitoisuuksien huomattiin korreloivan selkeästi ulkoilman pitoisuuksien kanssa. Hiukkaspitoisuuksien I/O-suhde vaihteli vuorokaudenajasta ja hiukkaskoosta riippuen ja pysyi lähes koko mittausjakson ajan alle yhdessä. Suurin I/O-suhde havaittiin 200 nm:n hiukkaskoossa, jossa I/O-suhteen mediaani mittausten aikana oli 0.33. Alle mikrometrin kokoisten hiukkasten massapitosuuden infiltraatiokertoimeksi saatiin 0.22 ja infiltraatiokertoimen huomattiin riippuvan voimakkaasti hiukkasten kokojakaumasta sekä tuulen suunnasta.

Työn mittaustulokset osoittavat, että ulkoilman hiukkaspitoisuus voi vaikuttaa sisäilman pitoisuuteen merkittävästi. Infiltraation voimakkuus kuitenkin riippuu monista tekijöistä, eikä kokonaiskuvaa sisäilman aerosoleista voida saada ilman suoria mittauksia sisäilmasta. Sisäilman aerosolitutkimukseen tulisikin tulevaisuudessa panostaa, jotta terveydelle haitallisille aerosoleille altistumista voitaisiin ymmärtää ja ehkäistä paremmin.