Lämpö, vesi ja ilmanvaihto 1950-luvun kouluissa
Jukka Sainio
Nykyaikaisen lvi-tekniikan merkittävät edistysaskeleet, kuten vesikeskuslämmitys, laajenevat kunnalliset vesi- ja viemäriverkostot, vesivessat sekä uunilämmityksestä eriytynyt ilmanvaihto, ajoittuvat 1900-luvun ensimmäisille vuosikymmenille. Vuosisadan puolivälissä olivat talotekniikan osa-alueet kehittyneet perusperiaatteiltaan nykykäytäntöjen mukaisiksi. Tämän jälkeen kehitys lämmitystekniikassa on ollut laitteiden, materiaalien, säätötekniikan sekä lämmönjako- ja tuotantomuotojen kehitystä. Vesi- ja viemärilaitteistojen verkostojärjestelmät vakiintuivat nykymuotoonsa jo 1930-luvulla. Sen jälkeen materiaalivalikoima ja vesikalusteet ovat runsastuneet ja kehittyneet. Painovoimaisen ilmanvaihtotekniikan voi laskea alkaneen 1900-luvun alussa, jolloin se muodostui omaksi, lämmityksestä riippumattomaksi talotekniikan alaksi. Ilmanvaihtotekniikka muuttui muutamassa vuosikymmenessä painovoimaisesta koneelliseksi: painovoimainen ilmanvaihto vallitsi 1950-luvulla, 1960-luku oli koneellisen poistoilmanvaihdon kautta ja 1970-luvulla alkoi koneellisen ilmanvaihdon kausi.
Talotekniikan ensimmäiset normaaliohjeet 1954
Syksyllä 2012 tuli kuluneeksi sata vuotta lämpö-, vesi- ja ilmanvaihtotekniikan opetuksen aloittamisesta. Helsingin teknillisen korkeakoulun saniteettitekniikan ylimääräisen lehtorin virkaan nimitettiin Berliinin teknillisessä korkeakoulussa lämmitys- ja ilmanvaihtotekniikkaa opiskellut diplomi-insinööri Emil Keso[1]. Nykyaikaisen lvi-tekniikan pioneerit Suomessa ovat Keson kouluttamia.
Emil Keso kirjoitti Teknillisen käsikirjan 3. painokseen (1929) laajat artikkelit otsikoilla ”Lämmitys” ja ”Ilmanvaihto”[2]. Artikkelit olivat oppikirjamaisia ja sisälsivät aikakautensa edistyksellisintä tietoa suunnittelijoille ja urakoitsijoille. Ne olivat lähes ainoat suomenkieliset ohjeistukset talotekniikan alkuvuosina.
Insinööriväki, erityisesti suunnittelijat, ovat aina tarvinneet ohjeistusta ja mieluiten selkokielisiä ohjeita ja määräyksiä toimintansa tueksi ja ohjenuoraksi. Tästä tietoisena Kulkulaitosten ja yleisten töiden ministeriön asettama Asuntotutkimustoimikunta myönsi vuonna 1952 tutkimusmäärärahan Lämpö- ja Vesijohtoteknikkojen Yhdistys Ry:n käytettäväksi asuinrakennusten keskuslämmitys- ja ilmanvaihtolaitteiden normaalimääräysten laatimista varten [3]. Normaalimääräyskomitea julkaisi 1954 Lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteiden suunnittelun normaaliohjeet. Ohjekirjasesta ilmestyi muutettu ja korjattu uusintapainos 1966.
Normaaliohjeista suunnittelijat saivat toivomansa selkänojan toiminnalleen. Ohjeiden mukaisesti toimien rakennuksen talotekniikka oli lähtökohtaisesti oikein ja hyväksyttävästi suunniteltu ja siten valvovien viranomaisten ja tilaajan hyväksyttävissä.
Normaaliohjeet ja 1970-luvulla ilmestyneet Suomen rakentamismääräyskokoelman lvi-tekniikkaa koskevat osat esittävät järjestelmien ja niiden toiminnan minimitason, josta käytännössä on usein muodostunut myös maksimitaso. Suunnittelu tapahtuu ”määräykset edellä”, vaikka hyvä lopputulos ei välttämättä aina näin toteudu.
Normaaliohjeiden lämmitystekniikkaa käsittelevät luvut esittelevät seikkaperäisesti lämmitystarpeen laskennan, eri paikkakuntien ulkolämpötilojen mitoitusarvot ja tavoitteelliset sisälämpötilat. Samoin ohjeistetaan k-arvon (nykyisen U-arvon) laskenta rakenteille. Normaaliohjeiden C-osassa ”Ilmanvaihto” käsitellään mm. ilmanvaihtolaiteiden valinta, ilmankäsittely ja ilmanvaihdon suuruus sekä mitoitusohjeet painovoimaiselle ja koneelliselle ilmanvaihdolle. Koneellisen ilmanvaihdon ohjeistus mahtuu kirjasen muutamille sivuille ja kohdistuu myymälöihin ja autosuojiin. Ohjeissa todetaan erityisesti sairaaloiden, toimistorakennusten ja teollisuustilojen ilmanvaihdon edellyttävän koneellistamista.
Seuraavassa on vertailtu Normaaliohjeiden ensimmäisen (1954) ja toisen painoksen (1966) sekä Suomen rakentamismääräyskokoelman D2-osan (Rakennusten ilmanvaihto, 1978) ohjeistuksia koulurakennuksen mitoitusilmamääristä[4]. Ilmanvaihdon suuruus määrätään joko huoneen käyttötarkoituksen, henkilöluvun, lattiapinta-alan tai huoneen tilavuuden perusteella.
Vesi ja viemäritekniikan suunnittelua ja urakointia ohjasi 1970-luvun puoliväliin asti Suomen kunnallisteknisen liiton julkaisema Rakennusten vesijohdot ja viemärit (RVV-kirja), jonka ensimmäinen painos ilmestyi 1959.
1950-luvun koulujen lämmitys
Ennen 1950-lukua rakennetuissa kyläkouluissa ja opettajien asunnoissa sekä asuntoloissa oli usein vielä uunilämmitys. Uudet koulut varustettiin vesikeskuslämmityksellä. Uunilämmitteisten koulujen tarina on jatkunut kokoontumistaloina, asuntoina ja vapaa-ajan asuntoina aina näihin päiviin asti.
Uusien koulujen lämmityslaitosten pääpiirteet olivat:
- kiinteän polttoaineen kattila tai öljykattila
- vesi lämmönsiirtoaineena (osin myös höyry 1960-luvulle)
- menoveden manuaalinen lämpötilan säätö ulkoilman lämpötilan mukaan
- pumppukiertoinen lämmitysverkosto
- avoimet paisunta-astiat ullakolla
Rakennusten kattilahuone rakennettiin kellarikerrokseen arkkitehdin osoittamaan paikkaan. Suunnittelussa tuli huomioida tasaisen lämmönsiirron kannalta keskeinen sijainti, savupiipun paikka ja erityisesti kiinteän polttoaineen, kuten puun ja koksin, kuljetusreitit ja varastointi. Koksin, kivihiilen ja antrasiitin käyttö korvasi osittain puun polttoaineena 1930-luvulta alkaen. Kiinteät polttoaineet korvautuivat 1950-luvulla öljykattiloilla. Näissä kuitenkin usein vielä varauduttiin kiinteän polttoaineen käyttöön. Öljysäiliöt sijoitettiin joko rakennukseen tai maahan.
Helsingissä kaukolämpö käynnistyi vuonna 1953 höyryllä ja 1957 vedellä. Espoon Tapiolassa kaukolämmön jakelu alkoi 1955. Kaukolämpöön siirtyminen oli ripeää, ja viimeistään kattilaremontin uhatessa liittyminen kaukolämpöverkostoon toteutui. Kaukolämpö laajeni suuriin kaupunkeihin seuraavina vuosikymmeninä, mutta pienillä paikkakunnilla ja maaseudulla öljykattiloilla on vieläkin merkittävä osuus koulujen lämmityksessä. Myös puu eri muodoissaan (hake ja pelletti) on edelleen merkittävä lämmitysenergian lähde.
Normaalisti lämmönluovuttajina koulurakennuksissa toimivat ikkunoiden alle sijoitetut patterit. Patterit olivat jo 1950-luvulla teräslevypattereita. Patterit olivat joko tasomaisia, lievästi poimutettuja tai jakeista muodostettuja liitepattereita. Valuraudasta valmistetut patterit olivat 1930-luvun höyrylämmityksen aikakaudella yleisiä. Vuosisadan puolenvälin jälkeen niiden valmistus pääosin loppui. Ne toimivat edelleen pitkäikäisten lämmitysjärjestelmien luotettavina osina.
Lämpöpattereiden käyttöikä on osoittautunut mallista ja materiaalista riippumatta hyvin pitkäksi. Lähes sata vuotta vanhoja pattereita on edelleen käytössä. Julkisten arvorakennusten restaurointi- ja korjausremonteissa pyritään jopa 1920-luvulla asennetut patterit säilyttämään käytössä.
Pattereiden asentaminen ikkunoiden alle on kylmässä ilmastossamme hyvä ratkaisumalli, erityisesti painovoimaisen ilmanvaihdon yhteydessä. Korvausilma tulee vuotoina ikkunan raoista ja lämpenee patterin vaikutuksesta. 1950-luvun kouluissa vakiopaikoilla istuneet oppilaat kärsivät ikkunan viereen sijoitetuissa pulpeteissa vuoroin kuumina hehkuvista pattereista, vuoroin kylmävedosta ja keväisestä auringonpaahteesta ikkunoiden kautta. Patteriverkoston mitoituslämpötilat olivat paikkakunnan mitoitusulkolämpötilassa (esim. Helsinki -27 °C, Rovaniemi -37 °C) menovesi 90 / paluuvesi 70 °C. Pattereita säädettiin käsikäyttöisillä venttiileillä, joiden säätötarkkuus oli ”auki – kiinni”- tasoa. Termostaattiset patteriventtiilit tulivat koulurakennuksiin 1970-luvulla.
Lämpöputkien asennustavaksi muodostui 1950-luvulla pinta-asennus. Lämpöputkien nousulinjat asennettiin ulkoseinien sisäpinnalle toisin kuin vesikeskuslämmityksen alkuvuosina, jolloin ne pääsääntöisesti asennettiin ulkoseinärakenteeseen. Patteritkin sijaitsivat tällöin ulkoseinän syvennyksissä. Massiivirakenteista ohuempiin ulkoseinärakenteisiin siirryttäessä siirtyivät patteritkin seinäpinnalle. Lämpöjohtojen runkoputkien eristeenä käytettiin asbestipahvia ja asbestieristemassaa. Lämpökattiloita eristettiin myös asbestimassalla. Asbestin haitallisuus paljastui 1970-luvulla.
Lattialämmitys oli marginaalinen vaihtoehto patterilämmitykselle asuinrakennuksissa ja oppilaitosrakennuksissa. Tapiolan 1950-luvulla valmistuneet asuinrakennukset liitettiin alueen kaukolämpöverkkoon, ja suureen osaan rakennuksista asennettiin lattialämmitys. 1950-luvulla lattialämmitys perustui lattiarakenteeseen asennettujen teräsputkien huonekohtaisiin kiertopiireihin. Piirien säätö oli huoneittain manuaalinen, piirissä kiertävän veden lämpötila ulkoilman mitoituslämpötilassa oli 50/40 °C. Nykyaikaisen lattialämmityksen kiertoveden mitoituslämpötilat ovat matalampia.
Lattialämmityksen ongelma on säädön hitaus. Rakenteeseen varautunut lämpö poistuu hitaasti ulkoilman lämmetessä, ja ulkoilman lämpötilan laskiessa sisälämpötila nousee myöhässä. Kouluihin asennetut lattialämmitysjärjestelmät poistuivat näistä syistä. Koulurakennuksissa kärsittiin myös lämpimän tai jopa kuuman lattian aiheuttamasta jalkojen hikoamisesta.
1950-luvun koulujen vesi- ja viemärilaitteet
1950-luvulla rakennetut uudet koulut liitettiin kaupungeissa ja taajamissa vesi- ja viemäriverkostoihin ja sitä kautta puhdistuslaitoksiin. Haja-asutusalueilla on kaivovedellä ja saostuskaivoin toimivia kyläkouluja päästy liittämään 2000-luvulla toimintansa aloittaneiden vesiosuuskuntien vesi- ja viemäriverkostoihin tai vähintäänkin jätevesien puhdistus- ja saostuslaitteistoja on parannettu.
Koululuokat varustettiin pesualtailla. Altaita käytettiin liitutaulun pesuun tarkoitetun sienen kasteluun ja piirustustuntien vesivärikäyttöön. Liikuntasalin pukuhuoneiden yhteydessä sijaitsevien pesuhuoneiden suihkut oli varustettu vain sulkuventtiilillä. Opettaja sääti veden lämpötilan ja määrän keskeisesti ikkunallisesta ”valvontakopista”.
WC-tilat oli varustettu pesualtailla ja WC-laitteilla. Laitteet valittiin huomioiden niiden kova kulutus. Hanat olivat yksinkertaisia kaksiotehanoja. Lämpimän käyttöveden runsaan käytön aiheuttamaa energiankulutusta ei 1950-luvulla juurikaan pystytty säätelemään.
Koulukäytävien peruskalustukseen kuuluivat keraamiset ja myöhemmin teräksiset juoma-altaat. Niiden asentaminen on myöhemmin lopetettu. Myös palopostikaapit kuuluivat peruskalustukseen.
Eduskunta määräsi 1943 kaikki kansakoulut tarjoamaan oppilaille lämpimän aterian ilmaiseksi vuoteen 1948mennessä. Maksuttoman kouluruokailun katsotaankin alkaneen vuonna 1948 [5]. Tämä edellytti koulukeittiöiden varustamista paitsi koneellisesti tehostetulla ilmanvaihdolla myös toiminnan edellyttämillä vesi- ja viemärilaitteistoilla.
1950-luvun koulujen ilmanvaihto
1940- ja 1950-luvuilla uudet koulut varustettiin pääsääntöisesti painovoimaisella ilmanvaihdolla. Painovoimainen ilmanvaihto perustuu lämpötilaeroihin sisä- ja ulkoilman välillä. Mitä suurempi lämpötilaero on, sitä paremmin järjestelmä toimii. Tuuli vaikuttaa sisä- ja ulkoilman väliseen paine-eroon, joka tehostaa ilman poistumista. Ilma vaihtuu myös ulkoseinien rakennerakojen kautta tuulen aiheuttaman ali- ja ylipaineen vuoksi rakennuksen eri sivuilla. Koulunkäynti 1950-luvulla ajoittui syyskuun ja toukokuun väliseen aikaan, jolloin sisä- ja ulkolämpötilaerot, lämpimiä kevätkuukausia lukuun ottamatta, olivat riittävän suuria synnyttämään hormeissa vetoa ja siten lisäämään ilmanvaihtoa. On erityisesti huomattava, että ilma vaihtui viikon jokaisena päivänä ja päivän jokaisena tuntina.
Painovoimainen ilmanvaihto täytti koulutoiminnan vaatimukset lähes 50-vuotisella toimintakaudellaan. Syitä on useita. Koulurakennukset olivat selkeitä, pitkälti painovoimaisen ilmanvaihdon ehdoilla ja sen ympärille rakennettuja. Koulut olivat useampikerroksisia. Luokkahuoneet olivat säännönmukaisesti päällekkäin, joten niitten hormit pystyttiin luontevasti rakentamaan vesikatolla piippuun päätyviksi ryhmiksi. Piippuun sijoitettiin päällekkäisten kerrosten vastaavien tilojen hormit. Pystyhormeista tuli korkeita ja varsinkin alemmista kerroksista hyvin vetäviä. Jokainen ilmastoitava tila varustettiin omalla hormilla vesikatolle asti. Näin tuli aina toimia painovoimaisen ilmanvaihdon ollessa kyseessä.
Poistohormit rakennettiin muurattuina, lämpöä varaavina massiivisina rakenteina. Tämä esti tehokkaasti takaisinvedon eli hormin toimimisen väärin päin, kun tilassa syntyi alipainetta. Hormit varustettiin valurautaisilla poistoilmasäleiköillä, poistoventtiilit mitoitettiin väljiksi. Säleiköstä roikkuvalla ketjulla voitiin ilmavirtaa karkeasti säätää, sulkea tai avata tarvittaessa. Säätö perustui säleikön takasäleiden asentoihin. Hyvä kokemusperäinen ohje oli asentaa lämmityspatteri kaikkiin ilmanvaihtohormeilla varustettuihin tiloihin. Tämä osaltaan esti kiusallista painovoimaiseen ilmanvaihtoon liittyvää takaisinvetoa.
Toimiakseen hyvin tuli hormien olla riittävän suuria, suoria ja vain loivilla suunnan muutoksilla toteutettuja. 1954 normaaliohjeissa on hormien ja säleikköjen mitoitusohjeet. Poistoilmakanavan mitoituksen yleisohje oli: ”Kansakoulujen painovoimailmanvaihtolaitoksia suunniteltaessa lasketaan kanavan vähimmäispoikkipinnaksi 22,5 cm² oppilasta kohti tai 15 cm² lattiapinnan neliömetriä kohti.” [6] Tämä merkitsi 25 oppilaan luokassa n. 25 x 25 cm kokoista hormia.
Painovoimainen ilmanvaihto vaatii toimiakseen myös korvausilmaa. Korvausilmajärjestelyistä koulujen osalta ei normaaliohjeista löydy mainintaa. Sen sijaan asuinhuoneisiin määriteltiin avattavan ikkunan lisäksi 30 cm² korvausilmaventtiili säleikköineen. Kouluissa painovoimaisen ilmanvaihdon vaatiman korvausilman oletettiin tulevan luokkatiloihin pääasiallisesti ikkunarakojen kautta. Tasaisesti, tiivistämättömien ikkunarakojen kautta luokkiin virtaava korvausilma tuli käyttäjille vedottomammin kuin käyttämällä paikallista suurta korvausilmaventtiiliä. Lämpiminä kouluviikkoina luokkiin saatiin korvausilmaa ikkunoita avaamalla. Ikkunoiden tiivistäminen, jota myös tehtiin, pienensi ilmanvaihtuvuutta.
Painovoimaisen ilmanvaihdon riittävyys perustui myös 45 minuuttia kestäneeseen oppituntiin ja sen jälkeiseen 15 minuutin välituntiin. Välitunnilla luokka tuuletettiin tehokkaasti avaamalla tuuletusikkunat. Tuuletus oli järjestäjäoppilaiden velvollisuus. Koululaiset menivät välitunnin ajaksi ulos ”haukkaamaan happea”. Toki ilmanlaatu täpötäysissä luokissa oppitunnin lopuilla ylitti nykymääräysten mukaiset ilmanlaadun mittareiden raja-arvot. Yhtä huonosta sisäilmasta kärsivät samaan aikaan myös oppilaiden vanhemmat työpaikoillaan virastoissa ja tehdasrakennuksissa. Nykykäytännöillä – pitkät oppitunnit ja välitunnit sisällä – ei painovoimaisella ilmanvaihdolla pärjättäisi.
Lähes kaikki koulun tilat, kuten luokkahuoneet, opettajien huoneet, kansliat, liikuntatilat, WC-tilat ja pesutilat, varustettiin painovoimaisella ilmanvaihdolla. Varsinaisia korvausilmaventtiileitä asennettiin harvoin, tällöin kattilahuoneisiin (kattilan palamisilma), varastoihin ja vastaaviin. Koulukeittiöitä varustettiin kuitenkin koneellisella poistoilmanvaihdolla jo 1940-luvulta alkaen. Ilmanvaihdon poistoilmalaitteina keittiöissä toimivat yksinkertaiset seinäpuhaltimet ja parhaimmillaan huippuimurit vesikatoilla.
Näin varustetuissa kouluissa monet ikäluokat kävivät kansakoulunsa ja myöhemmin peruskoulunsa 2000-luvulle asti, jolloin koulujen ilmanvaihto koneellistettiin. Koulujen sisäilmaongelmat ovat tämän jälkeen kasvaneet 2010-luvulta alkaen lähes hallitsemattomaksi ja merkittäväksi yhteiskunnalliseksi ongelmaksi. Syy-yhteyksien selvitystyö on edelleen kesken.
Lähes kaikki koulun tilat, kuten luokkahuoneet, opettajien huoneet, kansliat, liikuntatilat, WC-tilat ja pesutilat, varustettiin painovoimaisella ilmanvaihdolla. Varsinaisia korvausilmaventtiileitä asennettiin harvoin, tällöin kattilahuoneisiin (kattilan palamisilma), varastoihin ja vastaaviin. Koulukeittiöitä varustettiin kuitenkin koneellisella poistoilmanvaihdolla jo 1940-luvulta alkaen. Ilmanvaihdon poistoilmalaitteina keittiöissä toimivat yksinkertaiset seinäpuhaltimet ja parhaimmillaan huippuimurit vesikatoilla.
Näin varustetuissa kouluissa monet ikäluokat kävivät kansakoulunsa ja myöhemmin peruskoulunsa 2000-luvulle asti, jolloin koulujen ilmanvaihto koneellistettiin. Koulujen sisäilmaongelmat ovat tämän jälkeen kasvaneet 2010-luvulta alkaen lähes hallitsemattomaksi ja merkittäväksi yhteiskunnalliseksi ongelmaksi. Syy-yhteyksien selvitystyö on edelleen kesken.
Kirjoittaja
Jukka Sainio, Insinööritoimisto Sainio.
Artikkeli on julkaistu 2017.
Kirjallisuutta
Hagner, Börje. 2016. Kun isoisä Fläktiltä pajatuhottimen osti. Suomen LVI-liitto ry, LVI-alan historiakooste 2016 http://www.sulvi.fi/lvi-alan historiakooste-2015/ (haettu 2016).
Lahti, Matti J. 1960. Kuinka Helsinkiä on rakennettu. Helsinki: Rakentajain kustannus Oy.
LVI-tarvikeluettelo 64, 1964. Hyvinkää: Lämpö-, vesi- ja ilmanvaihtoteknillinen keskusliitto ry.
Mäkiö, Erkki; Neuvonen, Petri; Sinkkilä, Jyrki; Tuunanen, Anna-Maija & Saarenpää, Jukka 1989. Kerrostalot 1940-1960. Helsinki: Rakennustieto Oy.
Varmt och vädrat. VVS-teknik i äldre byggnader, 2010. Göran Stålbom. Stockholm: Sveriges VVS Museum-SBUF-VVS Företagen.
Yleisluettelo Vesi- ja lämpöjohtotarvikkeita 1952. Helsinki.
Lähteet
Keso, Emil 1929. Lämmitys, Ilmanvaihto. Teoksessa Teknillinen käsikirja. Heiniö Sulo. Jyväskylä: K. J. Gummerus Oy.
Kukkonen, Esko 2014. Emil Keso, taitava LVI-alan opetuksen pioneeri. http://www.sulvi.fi/wp-content... (haettu 2016).
Lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteiden suunnittelun normaaliohjeet, 1955. Helsinki: Lämpö- ja vesijohtoteknillinen yhdistys ry. Värme- och sanitetstekniska föreningen i Finland.
Lämpö-, vesijohto sekä tuuletustekniikan käsikirja, 1959. Helsinki: Kustannus-Aitta Oy.
Viitteet
[1] Kukkonen 2014.
[2] Keso 1929, 617–625. Keso oli myös monien merkkirakennusten, kuten Eduskuntatalon ja Lasipalatsin lvi-suunnittelija.
[3] Tehtävän suoritti komitea. Puheenjohtaja oli lämpöteknillisten yhdistysten yhteistyövaliokunnan ehdotuksesta DI Jussi Saarto, joka myöhemmin seurasi Kesoa alan opettajana.
[4] Ohjeistuksia koulurakennuksen mitoitusilmamääristä: Normaaliohjeet, 1954 1. painos, 522 Oppilaitokset, sivu 35; Normaaliohjeet, 1966 2. painos, 522 Oppilaitokset, sivu 35; Suomen rakentamismääräyskokoelman osa D2 Rakennusten ilmanvaihto, 1978 Oppilaitokset ja kirjastot, sivu 5.
[5] 637/1943 Laki kansakoululaitoksen kustannuksista annetun lain muuttamisesta.
[6] Lämmitys ja ilmanvaihdon suunnittelun normaaliohjeet 1955. C. Ilmanvaihto 6. Painovoimaiset ilmanvaihtolaitokset 62 Julkiset rakennukset 621 Kansakoulut sivu 43.sivu 43.