Loppuvuodesta 2021 valmistuneen Puurakentamisen terveysvaikutukset -tutkimuksen mukaan puinen koulurakennus on erinomainen opiskeluympäristö koululaisilleen. Tutkimuksessa verrattiin Kuhmon Tuupalan puukoulua verrokkikouluun. Tulosten perusteella puukoulu on melutasoltaan alhainen, ilmankosteuden vaihtelu on siellä tutkimuksen verrokkikoulua vähäisempää, samoin kuin koululaisten stressaantuneisuuskin. Ero stressaantuneisuudessa on ajoittain tilastollisesti merkittävää.

Teksti: Pekka Kilpeläinen ja Veijo Sutinen
Read the article in English: The Tuupala wood school study: noise and student stress levels were low

Artikkeli jatkuu mainoksen jälkeen

Tuupalan puukoulu Kuhmossa on ensimmäinen CLT-massiivipuuelementeistä rakennettu koulu. Jo rakennustöiden aikana siihen kävi tutustumassa noin 1700 vierailijaa, ja valmiiseen kouluun kahdessa vuodessa ennen pandemian puhkeamista ehti tutustua yli 1500 vierailijaa. Koulu palkittiin 2018 valtakunnallisella Puupalkinnolla vuoden puurakennuksena.

Rakennuksen edelläkävijäluonteen, puupintojen runsaan määrän ja niiden vähäisen käsittelyn – sisäseinät on ainoastaan vahattu ja ulkopinnat käsitelty värittömällä suoja-aineella – vuoksi se on myös erinomainen tutkimuskohde puun vaikutuksien selvittämiseksi rakennuksen sisäolosuhteisiin. Omassa tutkimuksessamme halusimme selvittää laajasti koulun fysikaalisia, mikrobiologisia ja kemiallisia ominaisuuksia sekä koululaisten kokemaa stressiä.

Tutkimukseen valitsimme verrokkikouluiksi puukoulun vieressä sijaitsevan, 1950-luvulta peräisin olevan Tuupalan kivikoulun ja 2012 valmistuneen Vaalan yhtenäiskoulun, jonka ovat suunnitelleet samat arkkitehdit (Antti Karsikas, Karsikas Oy, ja alt Arkkitehdit Oy) kuin Tuupalan puukoulun. Yhtenäiskoulu sijaitsee myös samankaltaisessa ympäristössä kuin puukoulu: maalaistaajama suhteellisen metsäisen maiseman keskellä ilman teollisuuden läheisyyttä.

Ilmankosteuden vaihtelu ja melutaso pienempää puukoulussa

Vertailimme koulujen fysikaalisia olosuhteita jatkuvatoimisella sensoriseurannalla helmikuusta 2020 saman vuoden marraskuuhun. Kaikissa kolmessa koulussa seuranta tehtiin neljässä huonetilassa. Selkein ero koulujen välillä havaittiin sisäilman kosteuden vaihtelussa. Vertailu tässä tehtiin vierekkäin olevien Tuupalan puukoulun ja kivikoulun välillä, jolloin ulkoilman kosteus oli molemmilla sama, ja viikonloppujen aikana, jolloin rakennuksessa olevat henkilöt eivät vaikuttaneet ilmankosteuteen. Ilmanvaihdon tehokkuus oli rakennuksissa säädetty jo alkujaan samanlaiseksi, ja hyvin lähellä toisiaan olevan ilmanvaihdon tehokkuuden näki myös hiilidioksidin ulostuulettumisnopeudessa välituntien aikana.

Seurantajaksolla oli kaikkiaan 41 viikonloppua. Näistä 39 oli sellaisia, joissa korkeimman ja pienimmän ilmankosteuden ero oli pienempi puukoulussa kuin kivikoulussa (kuva 1). Keskimäärin ero oli 0,24 g/m³. Koulujen ilmanvaihdon lämmöntalteenoton mekanismi on erilainen. Puukoulussa se on pyöriväkennoinen ja yläkoulussa nestekiertoinen (erillisissä tulo- ja poistokanavissa olevien kennojen välillä kiertää glykolineste). Pyörivän kennon pintaan voi tietyissä oloissa tiivistyä kosteutta, ja ulosmenevästä ilmasta pieni osa palaa kennon pyöriessä sisään, mikä voi osaltaan tasata hieman kosteuden vaihtelua.

Sensoriseuranta järjestettiin tehostettuna lokakuussa. Silloin yhteen luokkahuoneeseen sekä puukoulussa että Vaalan verrokkikoulussa asetettiin lisäsensorit niin, että luokkahuonetta seurattiin kaikkiaan neljällä sensoripakalla, ja näistä kolmessa uudessa oli mukana myös äänenvoimakkuuden mittaus. Tässä tutkimuksessa koko kuukauden koulupäivien aikainen melutaso keskiarvoistettuna oli Kuhmossa 5,0 desibeliä matalampi (arvot 47,9 ja 52,9 dB) kuin Vaalassa. Tämä ero on pienempi, 1,0 dB, jos tarkastellaan keskiäänitasoja (tehollisia keskiarvoja), jotka painottavat korkeampia äänenvoimakkuuksia, mikä merkitsee, että taustamelu on Tuupalassa alhaisempi, mutta myös luokan ”työskentelyäänissä” oli eroa.

Desibeli on logaritminen suure, eli 5 desibelin ero on jo huomattava. Eroa äänenvoimakkuuksissa voi selittää osaltaan Tuupalan koulun lattiamatto sekä puupintojen hyvä akustiikka. Seinien vahvuus ei ole selittävä tekijä vaan päinvastoin: käytävämelu – silloin kun sitä on – kantautuu Tuupalassa selvästi luokkiin. Vaalan osalta ilmanvaihdosta tuleva ääni on hieman suurempi, mikä havaitaan yöaikaisista tuloksista. Lopuksi on syytä toistaa, että melua seurattiin vain yhdessä luokassa molemmissa kouluissa.

Stressiä tutkittiin kortisoli- ja älysormusmittauksin

Koululaisten stressiä seurattiin kahdella tavoin. Isoilla ryhmillä mitattiin syljen kortisolia, joka on spesifinen stressin merkkiaine ja kertoo hypotalamuksen, aivolisäkkeen ja lisämunuaisien kuorikerroksen vapauttamien stressihormonien kautta välittyvästä vasteesta. Pienemmillä ryhmillä seurattiin Moodmetric-älysormuksella ihon elektrodermaalista aktiivisuutta (≈ sähkönjohtavuutta), joka kertoo sympaattisen hermoston aktiivisuudesta ja sen kautta välittyvästä stressivasteesta. Kyseessä on sama vastereitti, joka saa aikaan adrenaliinin erittymisen ”taistele tai pakene” -tilanteissa. Stressaannuttavat tilanteet ja päivät saattavat näkyä voimakkaina kortisolin pitoisuuden kohoamisina. Poikkeuksellisen voimakas stressitilanne saattaa pitää kortisolin määrän koholla 1–2 seuraavaa päivää, mutta yleensä ”stressipiikit” tasaantuvat seuraavaan päivään mennessä yölevon aikana.

Kun kortisolia mitattiin syljestä, näytteenotto voitiin tehdä luokissa omatoimisesti tutkijoiden neuvojen ja tutkintajaksoja edeltäneen harjoittelun mukaisesti. Tutkimuksessa oli mukana Kuhmosta oppilaita neljästä luokasta (tutkimuksen alkaessa neljäsluokkalaisia) ja Vaalasta kolmesta luokasta (luokka-asteet 3–5). Kuhmosta osallistui kaikkiaan 52 koululaista, Vaalasta 37. Sylkinäytteitä kerättiin viikon ajan helmikuussa sekä lokakuussa syyslomaa edeltänyt ja sitä seurannut viikko. Näyte annettiin kerran koulupäivässä samaan aikaan. Mikäli osallistuja oli kaikkina tutkimuspäivinä koulussa, hän antoi yhteensä 15 näytettä. Kaikkiaan sylkinäytteitä kerättiin noin 1300.

Tuupalan puukoulun ja Vaalan yhtenäiskoulun koululaisten kortisolipitoisuuksien välillä oli tilastollisesti merkitsevä ero syyslomaa edeltävän viikon aikana (p < 0,05, kuva 2). Tilastollisen merkittävyyden saavuttaminen saattoi johtua siitä, että tuolloin oli vähiten hajontaa aiheuttavia korkeita stressipiikkejä, eli periaatteessa oli tilanne, jossa tavallinen koulupäivä ympäristöineen selvimmin näkyy tuloksissa. On hyvä huomata, että samansuuntainen ero, vaikka ei tilastollisesti merkitsevänä, oli olemassa lähes koko seuranta-ajan.

Yllättäen tilastollisesti merkitsevä ero kortisolipitoisuuksissa oli myös syyslomaa edeltävän ja sitä seuraavan viikon välillä molemmissa kouluissa. Syytä on vaikea tietää varmuudella: joko lapset olivat syysloman jälkeen aktiivisia ja puuhasivat innostuneesti kaikenlaista pienoiseen väsymykseen asti tai heidän vuorokausirytminsä oli syysloman aikana kääntynyt pitkään aamunukkumiseen. Rytmin kääntämisen takaisin varhaiseen aamuheräämiseen tiedetään olevan stressaavaa. Myös talviaikaan siirtyminen oli mittausviikkojen välissä: Vaalassa syysloman alkaessa, Kuhmossa syysloman päättyessä. Se on lisännyt tarvetta aikaistaa heräämistä aamulla.

Älysormusseurannassa oli mukana pienemmät ryhmät, Kuhmosta 9 henkilöä ja Vaalasta 12. Älysormusseuranta näytti tilastollisesti suuntaa-antavan eron (p < 0.1) koulujen välillä syyslomaa edeltävällä viikolla virittyneisyydessä (~ stressaantuneisuudessa), vaikka seurattu ryhmä oli pieni. Kuhmossa koululaiset olivat tässäkin mittauksessa vähemmän stressaantuneita. Kun verrattiin keskenään älysormusseurannan ja kortisolimittauksien keskiarvojen päivittäisiä muutoksia, tulokset olivat yllättävän samankaltaisia, mikä tukee niiden merkittävyyttä. Erittäin kiinnostavaa tämä on siksi, että nämä kaksi tekijää tosiaan kertovat kahden erillisen stressivastereitin aktiivisuudesta.

Pohdintaa

On mahdotonta sanoa varmuudella, miksi Kuhmossa koululaiset olivat vähemmän stressaantuneita kuin Vaalassa syyslomaa edeltävällä viikolla. Seurantaa tehtiin kolmessa luokassa, joten kyse ei voi olla erilaisesta lukujärjestyksestä tai yksittäistä luokkaa rasittaneesta tapahtumasta. Hyvä ehdotus selittämään säännöllistä eroa kahdessa hyvin samankaltaisessa rauhallisessa maalaisympäristössä olevassa koulussa on jokin ero jokapäiväisessä kouluympäristössä tai sen rutiineissa.

Tuupalan koulu on puinen ja saattaa olla myös huomattavan hiljainen verrattuna Vaalan kouluun. Koulurakennus on tärkeä osa koulupäivän ympäristöä. On tavallista, että henkilöryhmillä kontrolloimattomassa jokapäiväisessä elämässä tehtävissä tutkimuksissa vaikutusten syitä on vaikea tunnistaa. Samankaltaisia seurantoja tulee varmasti lähivuosina lisää Suomessa ja ulkomaillakin. Jos ne näyttävät – tai niistä suurin osa näyttää – samansuuntaisen tuloksen, varmentuu aikoinaan myös meidän tulostemme merkitys.

Miksi sitten lyhytaikaisen oleskelun puuhuoneessa on todettu useissa tutkimuksissa alentavan verenpainetta tai sydämenlyöntien tiheyttä ja kasvattavan sykevälivaihtelua? Tähän on esitetty useita vaihtoehtoja. Samat selitykset pätevät säännöllisen oleskelun suhteen. Ilmankosteuden ja lämpötilan vaihtelun tasaantuminen voi tuntua henkilöistä miellyttävämmältä, puusta haihtuvilla yhdisteillä saattaa olla positiivia vaikutuksia, puupinnoilla on hyvä akustiikka, ja ne ainakin tuoreina vähentävät bakteerien ja homeiden kasvua. Puu tuntuu koskettaessa miellyttävän lämpimältä, samoin sen väri mielletään miellyttäväksi ja lämpimäksi. Viime aikoina yhä enemmän on keskusteluun noussut nimenomaan puun ulkonäön miellyttävyys ja luonnollisuus. Silloin kaikin puolin miellyttävä ympäristö saisi rakennuksessa olevan viihtymään ja rauhoittumaan.

Oma tutkimuksemme on kiinnostava päänavaus ja osoittaa, että stressin päivittäinen seuraaminen on mahdollista koulussa alakouluikäistenkin kanssa. Paljon tutkittavaa jää edelleen. Kuinka puupinnan käsittely ja pinnan ikääntyminen vaikuttavat puun ominaisuuksiin? Millä tavoin puusta saa sen parhaimmat vaikutukset esille eri ympäristöissä? Itse jatkamme aiheen parissa vetämämme eurooppalaisen verkoston kanssa ERA-Net ForestValue-ohjelman rahoittamassa hankkeessa.

TEKIJÄT

Tutkimuksen rahoittajat olivat Suomen Metsäsäätiö ja Manner-Suomen maaseuturahasto Kainuun ELY-keskuksen kautta. Tutkimuksen toteutti Oulun yliopiston Mittaustekniikan yksikkö Kajaanin yliopistokeskuksesta, jossa myös artikkelin kirjoittajat FT Pekka Kilpeläinen ja TkL Veijo Sutinen työskentelevät – Kilpeläinen tutkimuspäällikkönä ja Sutinen laboratorioinsinöörinä. Tutkimus on ensimmäinen Suomessa tehty, jossa tavoitteena on ollut seurata pidempiaikaisen puurakennuksessa oleskelun vaikutuksia henkilöihin.