Miten ilma vaihtuu sisätiloissa? Uusi ohjelma mallintaa sen paljon aiempaa nopeammin – ilman supertietokonetta

Aalto-yliopiston apulaisprofessori Ville Vuorinen on kehittänyt kollegojensa kanssa reilun vuoden ohjelmaa, jolla voidaan aiempaa nopeammin ja helpommin mallintaa sisäilmavirtauksia. Hanke sai keväällä 2020 Suomen Akatemian erityisrahoituksen COVID-19-haussa.

Nyt noin tuhannen koodirivin pituinen avoimen koodin ohjelma alkaa olla viimeistelyjä vaille valmis. Ohjelma on toteutettu niin, että se pystyy tekemään raskaimmatkin mallinnukset kolmessa päivässä.

”Tyypillisillä virtaussimulointiohjelmistoilla supertietokoneeltakin kuluisi samaan helposti kymmenkertainen aika”, sanoo Vuorinen, joka on koronaepidemian aikaan tehnyt mallinnuksia juuri supertietokoneella.

”Meidän ohjelmamme käyttöön riittää pöytäkone ja siihen pelimaailmasta tuttu tehokas näytönohjain eli grafiikkaa näytölle piirtävä kortti, joka maksaa pari tuhatta euroa.”

Tiedetty – muttei tiedostettu

Kun ihminen hengittää, laulaa ja puhuu, hengitysteistä siirtyy ilmaan hiilidioksidia sekä aerosoleja. Ne ovat pieniä hiukkasia, jotka voivat kantaa mukanaan taudinaiheuttajia, kuten koronaviruksia. Ilman vaihtuminen pienentää hiilidioksidipitoisuutta – ja samalla aerosolien määrää.

”Sisäilman hiilidioksidipitoisuuden voi myös kuka tahansa mitata helposti taskukokoisella hiilidioksidimittarilla”, Vuorinen muistuttaa.

Uudella ohjelmalla voidaan mallintaa esimerkiksi ilmanvaihtojärjestelmien, tuuletuksen, ihmisten, seinien ja huonekalujen vaikutusta sisäilmavirtauksiin ja tilan hiilidioksidipitoisuuteen. Mitä vaaleampi mallinnuksen näyttämä ilmavirta on, sitä pienempi hiilidioksidipitoisuus ja raikkaampi ilma – ja sitä vähemmän siinä on myös taudinaiheuttajia kantavia aerosolihiukkasia.

”Mallinnukset näyttävät hyvin, miten huoneeseen syntyy helposti mustia katvealueita, joissa ilma on tunkkaista. Sermin yhdellä puolella voi olla raikasta ilmaa, toisella hiilidioksidipitoisuus hyvinkin korkea”, Vuorinen sanoo.

”Se on toki tiedetty jo aiemmin – muttei silti tiedostettu riittävän hyvin.”

Matlabilla toteutettu ohjelma julkaistaan näillä näkymin joulukuun alussa. Vuorisen mukaan se palvelee aluksi erityisesti tutkijoita. Jatkossa ohjelmaa on tarkoitus kehittää niin, että sitä voivat hyödyntää myös esimerkiksi julkisten tilojen suunnittelusta vastaavat asiantuntijat. 

Monitieteellisessä tutkimuksessa ovat mukana myös Aalto-yliopiston professori Mikko Alavan tutkimusryhmä.