Miksi saunasta loppuu happi? Kiusaavatko ionit? Tukehtuuko löylyissä hiilidioksidiin?

Saunan ilmanlaadulla spekulointi on saunojien klassisia harrastuksia. Eikä suotta, sillä ilman laadulla on suora yhteys saunakokemuksen miellyttävyyteen. Moni on joutunut vierailemaan saunassa, josta on viidessä minuutissa pakko poistua jonkin muun kuin löylyn kuumuuden takia.

”Saunasta loppui happi” on eräs toteamus huonoksi koetusta saunailmasta. Saunatutkimuksen näkökulmasta tämän väitteen merkitys on huonosti tunnettu. Harvempi on kuullut toisesta ilmanlaatutekijästä, ioneista, joiden merkitystä on historiassa jopa tutkittu. Tämä postaus setvii näitä myyttejä.

Lopputuloksena väitän, että hapella ei ole kovinkaan suurta merkitystä saunailman koetun laadun kanssa tyypillisissä saunomisoloissa. Sen sijaan hiilidioksidi on todennäköisin ilmanpilaaja huonosti ilmastoidussa löylyhuoneessa. Ionien kohdalla tarina loppuu spekulaatioon, mutta itse en usko niiden merkityksen olevan erityisen suuri. Fakta on se, että kaikkia tekijöitä on tutkittu aivan liian vähän, jos ollenkaan, kysymyksiin vastaamiseksi, erityisesti olosuhteiden yhdistäminen saunakokemuksiin on jäänyt tekemätä. Näin totesin myös saunaolosuhteiden suomalaisia suosituksia kommentoineessa artikkelissa.

Siinä saunassa ei happi lopu

Ihminen tarvitsee ilmassa olevaa happea keuhkoihinsa jatkuvin henkäyksin. Kerrataan saunafysiikkaa. Päivän aikana aikuinen haukkoo keuhkoihinsa ilmaa yli 10.000 litraa ilmaa. Kaasua vaihtuu minuutissa 6-8 litraa. Kerralla 21 % happea sisältävä ilma vaihtuu keuhkoissa 15 prosenttiseksi, eli tuottaa 5 % hiilidioksidia tilalle. Kymmenessä minuutissa happea kuluu siis noin 3,5 l. Jos nyt kuvitellaan saunan kooksi kompakti 5 m3, niin tässä kuutiossa on teoriassa happea lähes kahdeksi päiväksi!

Hengitysilman happipitoisuuden pitäisi kuitenkin olla yli 17 % tai vointimme heikentyy. Tämänkin tason saavuttamiseen yhden henkilön hapen kulutuksella kuvitteellisessa minisaunassa 1h 45 min. Aika pitkät löylyt. Todellisuudessa ihminen kykenee tulemaan toimeen 17%:ia pienemmällä happimäärällä ilman tajunnan menetystä.

Pitää tietysti muistaa, että saunassa on myös kuuma. Hengitys tihenee pulssin noustessa, keuhkojen toiminta voi muuttua tehottomammaksi kosteuden tai kuivuuden vaikutuksesta. Hyvällä hapenottokyvyllä ankarassa rasituksessa voi hapenkulutus jopa nelinkertaistua, mutta tällöinkin yhdelle hengelle riittäisi happea yli 25 minuutiksi, kahdelle erityisen hapenottokykyiselle hiihtäjälle yli kymmeneksi minuutiksi. Edelleen, happitason lasku ei tuntuisi itsessään vielä mitenkään dramaattisesti.

Näiden teoreettisten laskelmien valossa ei hapen loppuminen esimerkiksi sähkösaunasta vaikuta uskottavalle selitykselle ilman koettuun ahdistuvuuteen. Lisäksi, jos saunassa on minkäänlainen ilmanvaihto, ei ilman happimäärän pitäisi päästä laskemaan huonolle tasolle koskaan.

Eräs mahdollinen olosuhde heikolle hapelle saunasta löytyy. Saunan fysiikkaa käsitelleessä artikkelissa huomautin myös kosteuden syrjäyttävän happea. Löylyä pitää kuitenkin lappaa ankarasti ennen kuin tämä vaikutus syntyy. Ilman oheneminen vaikuttaa hengitystiheyteen, mutta ei lisää sinänsä automaattisesti hapen tarvetta.

Suuri tuntematon saunailmanlaatutekijä – hiilidioksidi

Hapen loppumisen sijaan huonosti ilmastoituvia saunoja vaivaa todennäköisemmin liiallinen hiilidioksidi. Ilman hiilidioksidipitoisuuden hyvänä määränä pidetään alle 600 ppm eli 0,06%. Jos aiemman esimerkin mukaiseen pikkusaunaan hengitellään parikin minuuttia, niin tämä raja ylittyy nopeasti. Toisaalta jopa 10x määrä hiilidioksidia raja-arvoon nähden voi olla siedettävä – tosin epämiellyttävä kokemus.

Koska saunominen lisää hapen kulutusta, se lisää myös hiilidioksidin tuotantoa. Jos hiilidioksidin tuotanto nelinkertaistuisi kahdella saunojalla, ylitettäisiin 6000 ppm noin kymmenessä minuutissa.

Asiaa selventää seuraava amatöörifyysikon mallinnusyritys hengitysilman hapen ja hiilidioksidin raja-arvojen lähestymisestä pienessä, ilmatiiviissä 5 m3 saunassa, jossa kaksi saunojaa kuluttaa happea 3x vuorokauden keskimääräisen  minuuttikulutuksen verran. Hapen ja hiilidioksidin vertailutulos alla olevassa kuvassa.

Suuntaa-antava arvio hengitysilman hapen ja hiilidioksidin raja-arvojen lähentymisestä suljetussa tilassa
Suuntaa-antava arvio hengitysilman hapen ja hiilidioksidin raja-arvojen lähentymisestä suljetussa tilassa

Lopputulos on se, että hiilidioksidin raja-arvo (tässä 6000 ppm) saavutetaan kymmenessä minuutissa kun taas happea riittää vähintään kahdeksi tunniksi (raja-arvo 15% happipitoisuus). Oletettiin, että saunominen tapahtuu merenpinnan tasolla ja vuorokauden hapen kokonaiskulutus on aikuisella n. 550 litraa. Happea kuluu ja hiilidioksidia syntyy yhtä paljon, reilu litra minuutissa.

Lisää todisteita hiilidioksidin syyllisyydelle

Koska allekirjoittaneen fysiikan ja fysiologian opinnoista on kulunut jo pidempi tovi, joten kysyin asiaa Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitokselta. Yliopistotutkija Tom Kuusela kommentoi laskelmiani seuraavasti:

”Käytännössä normaaleissa sisätiloissa, joiksi myös lasken saunan, hapen loppuminen ei ole koskaan mikään ongelma. Mutta hiilidioksidipitoisuuden nousu on todellakin ensiarvoisen tärkeä tekijä, sillä jo vähäinenkin pitoisuuden nousu aiheuttaa väsymystä, vireystilan heikkenemistä ja jopa tajuttomuutta.

Tilanteissa, jossa ympäröivä atmosfääri on täysin eli esimerkiksi avaruusasema, hapen riittävyys ei ole tärkein tekijä, vaan hiilidioksidin kerääminen pois. Jos se ei onnistu, aseman ilman menee kelvottomaksi muutamassa tunnissa, vaikka happea olisi kuinka paljon”

Tiede on puhunut. Happi, huono läppä. Entäs ne ionit?

Ionit – näkymätön uhka?

Olen useampaan otteeseen maininnut ionit kirjoituksissani. Ionit ovat metka yksityiskohta suomalaisen saunatutkimuksen historiassa. Tiettävästi niitä ei ole tutkittu muuallakaan päin maailmaa tässä kontekstissa. Ioneiden tarina menee suunnilleen näin.

Ilmassa on luonnostaan jonkinmoinen jakauma positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita ioneja. Monet ympäristötekijät, niin luontaiset muodostelmat kuin rakennetut ympäristöt, vaikuttavat ionijakaumaan. Jo 60-luvulla tehtyjen tutkimusten mukaan negatiivisten ionien ollessa enemmistönä ilma koetaan raikkaana ja virkistävänä. Positiivisten ionien ylivalta taas tekee ilmasta raskaan ja väsyttävän.

Ionien ilosanoma on tunnettu erityisesti Yhdysvalloissa jo vuosikymmeniä. Viime vuosikymmeninä on kehitetty ionisaattoreita, joilla ilmaan on voitu tuottaa näitä ihania negatiivisia ioneja. Valitettavasti sivutuotteena on syntynyt useimmiten myös ei-toivottua otsonia.

Oma käsitykseni on se, että suomalainen tutkijat, mukaan lukien  Niilo H. Teeri (Lappeenranta) ja Gunnar Graeffe (Tampere) innostuivat amerikkalaisten ionitutkimuksista. Graeffen tutkimusryhmä on ainoa, joka sai aikaiseksi ioneista tieteellisen tutkimuksen tunnusmerkit täyttävän julkaisun. Graeffen tutkimuksissa aikanaan mukana ollut, edelleen viimeistä vuotta ennen eläkettä Tampereella työskentelevä laboratorioinsinööri Heimo Ihalainen kertoo, että tätä työtä motivoi sekä saunan ymmärtäminen että uusien tutkimusmenetelmien oppiminen. Ionimittausten tekeminen edellytti useampia mittausteknisiä edistysaskeleita ja mittalaitteiden valmistamista itse. Heidän tekemiensä tutkimusten tulokset kiteytyvät seuraavaan Sauna-lehdessä 2/1987 esitettyyn kuvaajaan:

Ilmastin Sauna-lehdessä 1987 julkaisema vertailukuva Graeffen tutkimuksen tuloksista. Vasemmalla sähkökiuas, oikealla savukiuas.
Ilmastin Sauna-lehdessä 1987 julkaisema vertailukuva Graeffen tutkimuksen tuloksista. Vasemmalla sähkökiuas, oikealla savukiuas.

Tämä kuva kertoo, että sähkösaunassa on aivan liiaksi positiivisia ioneita. Tämä voisi selittää monien sähkösaunojen ahdistavaa sisäilmaa. Positiivisia ioneita muodostuu erityisesti saunan lämmitessä, eli oletettavasti hehkuvista sähkövastuksista, joita sähkökiukaan lämmittämiseen käytetään. Ihalaisen mukaan hehkuva metalli sieppaa ilmasta elektroneja. Savusaunassa tilanne on sen sijaan lähes päinvastainen. Negatiivisia ioneita on parhaimmillaan reilusti enemmän.

Sauna-lehden kuva on Ilmasti Oy:n Veikko Ilmastin reproduktio vuoden 1976 julkaisusta. Veikko markkinoi 80-luvulla ionisaattoria, vastalääkettä sähkösaunan positiivisille ioneille. Hänen mukaansa se kumosi sähkösaunan huonon ioni-tasapainon tuottamalla runsaasti negatiivisia ioneita. Heimo Ihalainen tiesi kertoa, että ionisaattorit vaikuttivat ehkä hengitysilmaan toivotulla tavalla, mutta sivuvaikutuksina saivat huonetilojen seinät tarttumaan itseensä ilmasta kaiken mahdollisen epäpuhtauden, mikä ei ollut toivottua. Kuulostaako savusaunalle?

Yhden jatkuvalämmitteisen puukiukaan tutkimustulos ei Ilmastin selontekoon mahtunut. Tämän kuvan olen jäljentänyt Graeffen tutkimusryhmän vuoden 1976 tutkimusjulkaisuista. Sen tuloksia voi kuvailla niin, että jatkuvalämmitteisellä kiukaalla lämmitetty sauna näytti tuottavan lähtökohtaisesti positiivisen ioni-tasapainon, joka löylyä heitettäessä kuitenkin tasoittuu. Ionivirtojen absoluuttinen taso jatkuvalämmitteisessä puusaunassa oli kuitenkin samaa tasoa ideaalina pidetyn savusaunan kanssa (negatiivinen potenssi -14; vrt. sähkö- ja savukuvissa -13).

ionit ja jatkuvalämmitteinen puukiuas
Kuva jatkuvalämmitteisen puukiukaan vaikutuksesta saunailmaan. Graeffe et al. 1976 alkuperäisjulkaisusta

Jos asia kiinnostaa enemmän, olen digitoinut Graeffen ja kumppaneiden artikkelin iloksenne:

Lataa Graeffe et al. 1976 PDF tästä

Mitäs niistä ioneista?

Saunojen ionitutkimuksia ei ole tehty sitten 70-luvun ja tuolloinkin ne jäivät valitettavan rajallisiksi. Graeffen julkaisu raportoi tuloksensa vaillinaisesti ja päätti raporttinsa lupaukseen jatkotutkimuksista. Heimo Ihalainen kertoi myös, että saunatutkimukset jäivät aikoinaan tähän. Ilman sähköisiä ominaisuuksia Tampereella tutkittiin kyllä myöhemminkin ja tänäkin päivänä meteorologit mittailevat ioneita. Esimerkiksi CERN:sta tavoittamani Helsingin yliopiston professori Mikko Sipilä kertoi käyttävänsä erilaisia ilman ionimittareita ja massaspektrometreja omassa työssään. Kotisaunahifistille nämä 60-400 tuhannen euron laitteet taitavat olla liian kalliita.

Graeffen ionitutkimuksesta ei voi tehdä vahvoja yleistyksiä testien muuten kontrolloimattomaan luonteeseen nähden. Ainoastaan kourallinen saunoja oli mukana julkaistuissa tutkimuksissa eikä ole dokumentaatiota millaisia testatut sähkökiukaat tarkalleen olivat. Sähkökiukaita on sittemmin kehitetty ja jatkuvalämmitteisten puukiukaiden käyttöä edelleen jatkettu. Erityisesti savusaunaharrastajien joukosta löytyy monia ankarasti metallin kiukaaseen yhdistämistä vastustavia ihmisiä. Perinteen lisäksi yksi argumentti ovat ionit. Kaikki toimivat yhtä paljon uskon – tai sen puutteen – varassa, sillä parempaa tietoa ei ole tarjolla.

Graeffe esitti kiuaskivien lämpötilaa (ja mahdollisesti määrää) yhdeksi negatiivisia/positiivisia ioneita selittäväksi tekijäksi, mutta tämä on valitettavasti edelleen mysteeri. Ottaen huomioon löylyn heiton järjestelmällisen vaikutuksen ionitasapainoon kaikenlaisissa saunoissa, tämä tuntuu oikean suuntaiselle kysymykselle.

Itse suhtaudun ioneihin varauksella.

Kaiken lukemani jälkeen eivät happi tahi ionit minua saunassa pelota. Kysymys ei ole siitä, etteikö ioneilla olisi yhteyttä saunan ilmanlaatuun. Kysymys on se, miten suuri merkitys niillä on osana kokonaisuutta.

Haluaisin nähdä tulevaisuudessa kauniin yhtälön siitä, mikä on erilaisten ionikonsentraatioiden merkitys saunakokemukselle suhteessa muihin saunan ilmanlaatutekijöihin, joihin edellisessä saunailmakirjoituksessa viittasin. Ionien lisäksi olisi kiinnostavaa myös se, ettei missään saunaolosuhteissa pääse syntymään otsonia, joka on myös hengitysilmaa pilaava substanssi. Professori Sipilä ei uskonut, että sähkökiukaan energia määrät riittäisivät synnyttämään otsonia.

Asian voisi helposti tutkimalla selvittää, mahdollisesti ionisaattoria hyödyntäen – mikäli olisi olemassa löylykokemuksen arviointiin sopiva mittari sekä resursseja tutkimuksen suorittamiseen. Nykyisellään lähtisin huonon ilman tapauksessa ensi sijassa miettimään ilmanvaihdon parantamista kiukaan vaihdon sijaan. Näistä ratkaisuista voit lukea mielipiteeni painovoimaisen sekä koneellisen ilmavaihdon kohdalla.

Jälkisanat

Minun on pitänyt kirjoittaa tämä artikkeli jo pitkään, mutta se on aina pysynyt epämukavuusalueellani. Koin kuitenkin lopulta tärkeämmäksi tuoda näkemykseni esille, vaikka tiedän sen olevan kritiikille altis. Jos jollakin on tarkempaa tietoa, niin otan kaiken palautteen ilolla vastaan!

Kiitokset Tom Kuuselalle, Mikko Sipilälle ja Heimo Ihalaiselle haastatteluista.

Lisää lukemista aihepiiristä:

Saunastandardit ja löylyvakiot – Lämmön ja ilmanvaihdon suosituksia

http://www.engineeringtoolbox.com/pollution-concentration-rooms-d_692.html

http://classroom.synonym.com/minimum-oxygen-concentration-human-breathing-15546.html

http://health.howstuffworks.com/human-body/systems/respiratory/question98.htm

2 kommenttia artikkeliin ”Miksi saunasta loppuu happi? Kiusaavatko ionit? Tukehtuuko löylyissä hiilidioksidiin?

  1. Hienoa että joku on tätä pienoista mysteeriä selventänyt lisää. Mutta aiheesta löytyy toki ihan tieteellistä tutkimusta - pitää vaan osata etsiä aivan eri suunnasta ja alalta. Ihmeellistä kyllä, ilmastontutkimus antaa mielenkiintoisen näkökulman eri tavoin varautuneiden ionien vaikutuksesta mielialaan. Aiheesta lisää mm. New York Timesin artikkelista:

    http://www.nytimes.com/1981/10/06/science/ions-created-by-winds-may-prompt-changes-in-emotional-states.html

    Vastaa
    1. Hei Jarmo,

      Kiitos mielenkiintoisesta linkistä! Tarkoitukseni ei ollut väittää, etteikö ionitutkimukselle löytyisi laajempaa tieteellistä perustetta. Kyllähän suomalaisetkin innostuivat ioneista nimenomaan 60-luvun kansainvälisten tutkimusten takia. Saunan tutkiminen tosin ei Suomessakaan ollut pääasia.

      Ionien käyttäminen saunakokemuksen selitystekijänä edellyttäisi kuitenkin kahta tutkimusnäyttöä, joita ei mielestäni ole annettu:

      1. Kausaaliyhteys ioneista psykofyysiseen kokemukseen ja sen voimakkuus
      2. Ionien luotettava ja toistettava yhteys saunaolosuhteisiin

      Eräs kiinnostava kuulemani selitys Graffen tutkimuksille liittyy kiuaskivien keskinäisiin eroihin. Alkuperäisjulkaisussakin nähdään ionikonstraation muuttuvan löylyä heitettäessä, ehkä ionien lähde onkin (osittain) kivissä?

      Tykkää Saunologiasta Facebooksissa

      Vastaa

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

Kuka Lassi A Liikkanen?

Saunologi ja saunan suunnittelun tutkimusmatkalainen. Työkseni suunnittelen parempia digitaalisia palveluita sekä tutkin ja opetan Aalto-yliopiston dosenttina.