Väestönsuojien ilmanvaihdon koe
Jo vuonna 1935 alettiin selvittää millä edellytyksillä väestönsuojassa voidaan oleskella niin kauan kuin kaasuvaara kestää. Oli määriteltävä ja tutkittava ne vaatimukset, jotka suojalle on asetettava, jotta väestölle turvattaisiin mahdollisimman terveellinen ja siedettävä pidempiaikainen oleskelu suojassa.
Ensimmäinen asia oli selvittää, mitenkä ilma voidaan säilyttää sellaisena, että sitä vaaratta voidaan hengittää. Työ piti tehdä kokeellisesti sekä teoreettisesti. Lisäksi oli määriteltävä olosuhteet, joiden vallitessa ihminen voi säilyttää harkinta- ja työskentelykykynsä suljetussa väestönsuojassa. Vasta kun nämä on ratkaistu, voidaan päätellä teknillisesti, että taloudellisesti hyväksyttävä menettelytapa, ilman hengityskelpoisena pysymiseksi.
Happipitoisuus
Jokainen yksilö kuluttaa happea, luovuttaa hiilihappoa CO2 ja kosteutta sekä säteilee lämpöä. Tämän lisäksi jokaisesta henkilöstä erittyy yksilöllisiä hajuja. Silloisten selvitysten mukaan alin happipitoisuus, jossa ihminen on jonkun aikaa voinut oleskella oli 8 %. Yleensä ollaan tultu siihen tulokseen, että ilmassa pitäisi olla 12-15 tilavuusprosenttia happea, jotta se olisi sovelias pitkäaikaiseen hengittämiseen.
Kokeiden avulla on todettu, että jos ihmiseltä vaaditaan kevyttä jatkuvaa ruumiillista työtä, on happipitoisuuden oltava vähintään 17 %.
Hiilihappopitoisuus
Ensimmäisen maailmansodan aikana useamman kerran on todettu, että 5-10 % hiilihappoa sisältävä ilma lyhyissä jaksoissa ei saanut aikaan mitään vahinkoa. Kokeiden avulla on todettu, että paikallaan oleva miehistö voi tuntikausia vaaratta hengittää 3-4 % hiilihappoa sisältävää ilmaa. Tämä on erittäin tärkeä huomio väestönsuojien ilmanvaihdon suunnittelua varten. Asettamalla raja 2 %:iin, CO2 -pitoisuuden ei ole havaittu vuorokausienkaan oleskelun aikana vaikuttavan mitenkään henkilöiden toimintakykyyn.
Kosteus
Kosteudelle voidaan antaa korkein raja-arvo. Jos ilmassa on 44 g/m3 kosteutta, on tilanne ihmiselle ajanpitkään miltei sietämätön. Suhteellisen kosteuden sanotaan tällöin olevan 100 % ja se saavutetaan 37 C0 lämmössä. Koska todellinen kosteus on riippuvainen ilman lämpötilasta, on lämpötilalla määrätty raja-arvo joka on 30 C0. Täysikasvuisen ihmisen hapenkulutus täydellisessä levossa on keskimäärin 300 cm3/h painokiloa kohti. Hiilihapon eritys olisi vastaavasti 250 cm3/h painokiloa kohti.
Näitä arvoja käyttäen saamme, että 70 kg painava henkilö kuluttaisi tunnissa 21 l happea ja samanaikaisesti erittäisi hiilihappoa 17,5 l.
Yhteenvetona voidaan mainita, että lepäävän ihmisen hapentarve on vain 0,18 l/min, istuvan 0,25 l/min, kävelevän 0,5 l/min, kevyesti työskentelevän 0,8 l/min ja marssivan 0,9 l/min.
Yleensä on todettu, että suhde samassa ajassa eritetyn hiilihapon ja hapenkulutuksen välillä on 0,9, jota lukua laskelmissa voidaan pitää tarpeeksi tarkkana.
Keskimääräiseksi lämpösäteilyksi levossa olevalle henkilölle on määritelty 75 isoa kaloria tunnissa.
Kosteuserityksestä on vai harvoja tietoja käytettävissä. Täysikasvuisen henkilön on todettu erittävän levossa ollessaan noin 40 g vesihöyryä tunnissa.
Kokeet
Edellä esitettyjä perusarvoja lähdettiin selvittää vuonna 1935 viidellä eri kokeella. Kokeet suoritettiin hermeettisesti suljetussa 10 m3 suuruisessa painekattilassa ja asuinrakennukseen rakennetussa tiivistetyssä väestönsuojassa, jonka tilavuus oli 53 m3.
Kokeet painekattilassa
Koe 1
Painekattilaan suljettiin 10 täysikasvuista 22-59 vuotiasta miestä, jonka ilmatilavuus oli 9,25 m3. Kokeen alkuhetkistä lähtien CO2 – pitoisuus alkoi kohota tasaisesti ja happipitoisuus aleni samassa suhteessa. Tunnin kuluttua CO2- pitoisuus oli kohonnut 2%:iin ja 2,5 tunnin kuluttua 4,7 %:iin. Tällöin oli jokainen henkilö erittänyt 0,29 l/min CO2.
Happipitoisuus aleni normaali tasosta (21%) 2,5 tunnissa 15,4 %:iin, jolloin jokainen suojassa olija oli kuluttanut 0,32 l/min. happea. Hiilihapon ja hapen suhteeksi tuli näin ollen 0,9.
Tunnin kuluttua lämpötila oli kohonnut 28 C0:een ja pysyi tasaisena kokeen loppuun asti. Suhteellinen kosteus kohosi kokeen aikana 65%:sta 95 %:iin.
Jokaisen kokeeseen osallistuneen tila oli suunnilleen samanlainen kokeen jokaisessa kohdassa. Ensimmäisen tunnin aikana oli oleskelu suurin piirtein miellyttävä, jollei otat laskuun voimakasta hikoamista, joka johtui lämmön ja kosteuden lisääntymisestä. Tämän jälkeen alkoi hengitysliikkeet lisääntyä ja 2,5 tunnin kuluttua olivat kaksinkertaistuneet. Kokeen loppuaikana oleskelu oli epämiellyttävää, mutta kuitenkin siedettävää. Päänsärkyä tai muita vaivoja ei esiintynyt. Kun kokeen tarkkailija kokeen loputtua astui painekattilaan, sulki nopeasti oven perässään, hän tunsi aluksi voimakasta raittiin ilman tarvetta, mutta saattoi kuitenkin jäädä sinne ilman suurempia ponnistuksia.
Koe 2
Painekattilaan suljettiin 10 henkilöä kuten kokeessa 1. Kattilaa pidettiin suljettuna tunnin ajan, jolloin kokeen kulku vastasi täydellisesti koetta 1. Tunnin kuluttua asetettiin käyntiin tuuletin, jonka teho oli 350 l/min, joka vastasi ilmamääränä 35 l/min. henkeä kohti. Paine säännösteltiin erikoisen säätöventtiilin avulla.
Tunnin kuluttua tuulettimen käynnistämishetkestä oli hiilihappopitoisuus alentunut 2%:sta 0,7 %:iin, jolloin lopetettiin tuulettimen käyttö. CO2- pitoisuus lähti välittömästi nousuun. Kukin henkilö eritti hiilihappoa 0,29-0,3 l/min. Hapenkulutus todettiin pysyvän samoissa rajoissa kuin ensimmäisessä kokeessa.
koe 3
Koe suoritettiin samalla henkilömäärällä kuin edelliset. Heti oven sulkemisen jälkeen käynnistettiin tuuletin, jonka teho oli nyt vain 120-130 l/min. joten henkilöä kohti tuuletettiin 12-13 l/min. raitista ilmaa. Koe kesti hieman yli 2 tuntia. Hiilihappopitoisuus alkoi kohota ja saavutti se arvon 2% 1h ja 45 minuutissa ja pysyi siinnä. Tästä ilmenee, että tuuletettaessa 12-13 l/min. henkeä kohti hiilihappopitoisuus ei pääse nousemaan 2% suuremmaksi. Kosteus- ja lämpökäyrät kulkivat samoin kuin kokeissa 1 ja 2.
Kokeet väestönsuojassa
Koe 4
Väestönsuojaan, jonka tilavuus oli 53 m3 suljettiin 53 henkilöä, 42 naista ja 11 miestä, koehenkilöiden ikä vaihteli 18-60 välillä. Todelliseksi ilmatilavuudeksi jäi 49,5 m3, koska ihmisten viemä tilavuus vähennettiin kokonaistilavuudesta.
CO2 – pitoisuus ei kohonnut kokeen aikana laskelmien mukaan, vaan pysytteli koko ajan oletettujen arvojen alapuolella. Tämä johtui ehkä siitä, että väestönsuoja ei ollut aivan hermeettisen tiivis, joten tapahtui koko ajan vähäistä ilmanvaihtoa ja kun naisten osuus oli näinkin iso.
Kokeen loputtua 2 h 22 min kuluttua CO2 –pitoisuus oli 4%, joten jokainen koehenkilö oli luovuttanut keskimäärin 0,27 l/min hiilihappoa.
O2 -pitoisuus oli alentunut 15,5%:iin, jolloin jokainen oli luovuttanut keskimäärin 0,27 i/min hiilihappoa.
Kosteuspitoisuus kohosi yli 90 %:n. Olosuhteet väestönsuojassa kehittyivät yhdenmukaisesti painekattilakokeiden kanssa. Huolimatta kokeen loppupuolella vallinneesta korkeasta CO2 -pitoisuudesta sekä alhaisesta happimäärästä, oleskelu väestönsuojassa oli täysin siedettävää, jälkikäteen ei tullut minkäänlaisia oireita.
Koe 5
Koe suoritettiin samalla henkilömäärällä kuin edellinen. CO2- pitoisuuden kohottua 1 h ja 20 min. kuluttua alkamishetkestä 2,3 %:iin, käytettiin tuuletin, jonka teho oli 350 l/min eli 6,6 litraa minuutissa henkeä kohti. Tämä vähäinen tuuletus sai aikaan, että CO2 -pitoisuus kohosi enää vain hitaasti, samalla kun happimäärä aleni hitaasti. Alkamishetkestä 1 h 45 min kuluttua käynnistettiin lisäksi tuuletin, jonka teho oli 500 l/min. Lisätty tuuletus oli 16 l/min. henkeä kohti, jolloin CO2 –pitoisuus alkoi laskea. Koe kulki kuten painekattilakokeessa.
Oletetaan, että suojassa on tilavuutta 1 m3 henkilöä kohti ja CO2- pitoisuus ei saa nousta 2 % suuremmaksi, saadaan riittäväksi tuuletukseksi 13 l/min. henkeä kohti.
Yhteenvetona kokeista voidaan todeta, että siedettävien olosuhteiden ja kevyen ruumiillisen työn edellytyksinä kahden vuorokauden oleskelun aikana väestönsuojassa edellytetään vaatimukset;
- happipitoisuuden alin raja on 17%,
- hiilidioksidipitoisuus korkeintaan 2,5% ,
- lämpötila korkeintaan +25 c, jolloin todellinen kosteus ei ole haitallinen.
On hyvin vaikeata saada järjestettyä kokeessa todellista tilannetta, joka vastaisi suojautumista maanalaisessa suojakammiossa ilmahyökkäyksen aikana. Kiihtyneen ja jännittyneen ihmisen elintoiminta ovat vilkkaampaa kuin rauhallisen ihmisen. Tutkimuksen perusteella määriteltiin kiihtyneen yksilön hapenkulutuksen yhtä suureksi kuin kävelevän henkilön 0,7 l/min, jolloin pysytään varmemmalla puolen laskelmissa. Tällöin hiilihapon luovutus olisi 0,67 l/min.
Ihminen luovuttaa normaalissa huonelämmössä + 180 C kosteutta 30 g/h ja lämmön säteily on 75 kal/h. Nämä ovat sellaisia arvoja, joiden tarkastaminen on vaikeata, sen tähden tyydymme tässäkin otaksumaan.
Väestönsuojassa suoritetuista kokeista taas huomaamme, että jos on huolehdittu jatkuvasti tarpeellisesta ilmanparannuksesta, pysyy myös lämpötila ja todellinen kosteus suunnilleen vakiona. Tästä voimme päätellä, että myös kosteuden eritys ja lämmönsäätely pysyvät vakioina.