Valitut palat tekniikan kehittymisestä Osa 4: Ilmanvaihto
Börje Hagner
Painovoimainen ilmanvaihto = vetää ovista ja ikkunoista
Ikiaikainen rakennusten ilmanvaihtomenetelmä on ollut painovoimainen tuuletus eli ilma liikkuu, jos sen lämpötila poikkeaa ulkolämpötilasta tai tuuli aiheuttaa paine-eroja rakennuksen ulkovaippaan. Hatarat rakenteet, ovet ja ikkunat ja tulisijojen käyttö mahdollistivat ilmanvaihdon. Kehitettiin myös katolle asennettavia erityisiä poistoilmakatoksia, tuuliroottoreita ja kääntyviä poistopiipun sadehattuja, jotka saivat aikaan alipaineen ja siten ilmanvaihdon – kunhan vain tuuli.
Tehostettua puhallusta ja kohdepoistoja
Pelkkä satunnainen raoista tuleva ilmanvaihto ei kaikkialle ole riittänyt. Metallien valmistamisessa tarvittiin tehokasta puhallusta, jotta sulatusliekin lämpötila nousisi riittävän korkeaksi. Palkeen keksiminen mahdollisti 5 500 vuotta sitten pronssikauden, josta alkoikin metallurgian ja kaikenlaisten metallituotteiden laaja kehittyminen.
Jo nuotiosta nähtiin, että kuuma savukaasu nousee ylös. Suuriin keittiöihin, kuten linnojen keittopaikoille, tarvittiin savun ja käryn kokoavia huuvia, joista haitalliset epäpuhtaudet saatiin ulos. Samankaltaista tarvetta oli metallipajoissa ahjon päällä. Avotakatkin olivat eräänlaisia nuotiopaikkoja, joiden päällä oli huuva, josta johti piippu ulos. Näistä alkeellisista poistohuuvista voi sanoa alkaneen pitkä tie hyvin monenlaisiin ja erikoistuneisiin kohdepoistoihin, puhalluksiin, vetokaappeihin ja kone- ja työpistekotelointeihin. Myös ulospuhallettavan epäpuhtaan ilman käsittelyyn on viimeisen sadan vuoden aikana kehitetty kymmeniä erilaisia puhdistuslaitteistoja.
Kaivoksissa ei avattavia ikkunoita
Metallien ja hiilen kysyntää ei 1500-luvulla enää pystytty hoitamaan avolouhoksilla, vaan oli mentävä maan alle. Aika pian havaittiin, että ilman mekaanista ilmanvaihtoa ei pärjätä. Malleja puhaltimelle saattoivat tarjota vesipyörät, joista kehitettiin keskipakoispuhaltimet. Puusta rakennettuja suorasiipisiä huonohyöty-suhteisia puhaltimia pyöritettiin lihasvoimalla. Niistä on monia puupiirroskuvia 1600-luvulta. Näin kitkuteltiin eteenpäin 1700-luvulle. Englantilainen Newcomen kehitti silloin kaivosvesien pumppaamiseen alkeellisen höyrykoneen, jota Watt paranteli niin, että höyrykoneesta tuli vakiolaite kaivoksiin. Pian eli 1700-luvun lopulla keksittiin, että höyrykoneen avulla voitaisiin pyörittää myös puhaltimia. Tästä avautuikin ankara kehitys, sillä kaivokset kasvoivat ja ilmanvaihdon tarve oli pullonkaulana.
Pakko parantaa energiataloutta
1850-luvulle tultaessa puhaltimien koko kasvoi ja tehtiin jo juoksupyörältään kuusimetrisiä suorasiipisiä keskipakoispuhaltimia. Puhaltimien ja pumppujen energiantarve oli suuri ja laitteet olivat kalliita. Tämä heilutti kaivosten kannattavuutta. Oli pakko kehittää koon lisäksi hyöty-suhdetta eli parempia puhallinmalleja. Suoria siipiä alettiin taivuttaa. Laivoista saatettiin keksiä, että ruuvilla voisi saada ilmankin liikkeelle, ja ruuvipuhaltimesta kehkeytyi sekavirtauspuhallin. Laivojen kattiloihin asennettiin koneellisia puhaltimia parantamaan vetoa. Saranoiduilla läpillä varustettuja lamellipuhaltimiakin tehtiin. Syntyi iso rumpupuhallin, josta myöhemmin tuli paljon pienempänä versiona vakiolaite huoneilmastointilaitteisiin. Potkuripuhallin saatiin aikaan yllättävän myöhään eli 1800-luvun lopulla. Sen käyttö levisi sähköistyksen mukana nopeasti kotitalouksiin ja toimipaikoille katto- ja pöytätuulettimeksi ja teollisuuteen seinäpuhaltimeksi.
1800-luvun jälkeen puhaltimien ominaisuuksia kuten paineen ja ilmavirran suhdetta, puhaltimien kytkentää sarjaan tai rinnan, tehon tarvetta, äänitasoa, liitäntätapoja kanavistoon ja säätötapoja on paranneltu aste asteelta. Lentokoneiden potkurit ja tuulitunnelit toivat kaivattua tarkempaa lisätietoa. Paine-eroon perustuvat mikromanometrit ja siipipyöräanemometrit oli käytössä jo 1800-luvun puolella ilmavirran mittaamiseksi. Puhallinlait saatiin tarkennettua ja voitiin laatia puhallinkohtaisia toimintakäyrästöjä.
Poistoilmaan imua lämmittämisellä
Mekaaniset puhaltimet tarvitsivat käyttövoimaa, jonka teollisuudessa, kaivoksissa ja laivoissa antoi höyrykone. Höyrykoneilla voitiin pyörittää valta-akselia ja siihen liitettyjä hihnakäyttöjä, tai kone voitiin kytkeä suoraan puhaltimen akselille. Edellytyksenä oli tietysti höyrykattilan ja höyryputkiston olemassaolo. Tällaiset kuitenkin puuttuivat useimmiten muun muassa konttoritaloista, kirkoista, sairaaloista ym. julkisista rakennuksista. Tai ainakin höyryverkoston käyttö koettiin hankalaksi ja jopa vaaralliseksi. Niinpä Englannissa keksittiin tehostaa kesä- ja välikausien ilmanvaihtoa lämmittämällä poistoilmaa kaupunkikaasulla: poistokanavat johdettiin yhteiseen poistopiippuun, jossa oli avoliekki lämmittämässä ilmaa. Yhdysvalloissa käytettiin tarkoitukseen myös höyrypatteria. Toki kaivoksissakin oli käytetty avotulen pitämistä poistokuilussa, mutta se johti muutamissa tapauksissa täystuhoon metaanipäästön syttyessä hallitsemattomasti. Suomeen ehdittiin rakentaa muutama poistoilman lämmittämiseen perustuva ilmanvaihtolaitos.
Puhaltimet suuriruhtinaskuntaankin
Suomessa koneellisen ilmanvaihdon ensimmäisiä käyttäjiä oli teollisuus. Varmuudella tiedetään, että Tampereen Pellavatehdas käytti yleisilmanvaihtoon ikkuna-aukkoon asennettua potkuripuhallinta jo 1890-luvulla. Tultaessa 1900-luvulle ja sähköistyksen edetessä työstökoneitten nopeudet kasvoivat ja purun ja pölynpoistoa oli tehostettava. Suomessa Mercantile Oy aloitti puhaltimien ja purunerotinsyklonien valmistuksen 1920-luvulla. Paperitehtaatkin tarvitsivat tehokasta ilmanvaihtoa, paitsi konesalien kosteuden poistoon myös itse koneen kuivainosaan. Svenska Fläktfabriken perusti 1930-luvulla tytärfirman Suomeen nimenomaan paperikoneiden huuvien ja niiden ilmanvaihtolaitteiden valmistamiseksi ja asentamiseksi. Huuvan päälle vesikatolle tehtiin lämmöntalteenottoyksikkö, jossa levylämmönsiirtimen ja vesisuihkujen avulla otettiin lämpöä tuloilmaan ja tehdasvesiin.
Yleisilmanvaihtoa kiinteistöihin
Siviilipuolella kiinnostuttiin koneellisesta ilmanvaihdosta. Alettiin asentaa huippu-imureita tuuliroottoreiden sijaan. Hallien ja varastojen lämmittämiseen hankittiin seinälle asennettavia kiertoilmalämmittimiä. Näissä saattoi olla ulkoilmanottoa varten käsin käytettävä sulkupelti, joten ne huolehtivat myös ilmanvaihdosta. 1930-luvulla alkoi Suomessa vähitellen myös varsinaisten tuloilmakoneiden käyttö. Tosin esimerkiksi asuinkerrostalojen poistoilmanvaihdosta huolehti painovoima 1950-luvulle ja sen jälkeen vähitellen ns. yhteiskanavapuhaltimet pitkälle 1990-luvulle saakka. Ulkoilmaa saatiin ikkunaraoista, ulkoilmaventtiilistä tai ikkunaan integroiduista rakoventtiileistä. Kaikki nämä tavat aiheuttivat paikallista vetoa ja ulkoilman suodattaminenkin on uskon varassa painovoimaisessa ilmanvaihdossa. Tuloilmaventtiilin asentaminen lämpöpatterin oheen on pienentänyt kylmävetoa.
Tutustu aiempiin osiin:
Osa 1: Lämmitys
Osa 2: Kantovedestä kraanaveteen
Osa 3: Muovin valtakausi alkoi
Osa 5: IV – Betonikammiokoneista valmiisiin paketteihin
Kuva Tiia Javanainen, Purotie Desing