Dimensioneringarna av de två förbindarsystemen genomfördes till ett visst typelement vars utformning påverkar både bärförmåga för och belastning på förbindarna. Väggarean bestämdes till den största rekommenderade och med en höjd ungefär motsvarande en våning i ett bostadshus. Uppbyggnaden avgjordes så långt som möjligt av
exempelelementet i Bilaga 6 och därefter av minimikrav för förbindarsystemen. De två egenskaper hos typelementet som huvudsakligen påverkade dimensioneringen var ytterskivans och isoleringens tjocklek. Ytterskivans tjocklek är avgörande för dess vikt vilket påverkar dimensioneringen av typ D-ankare och SPA-bärankare som bär ytterskivans egentyngd. Eftersom det för ThermoPin inte finns några fördelar med en ytterskiva tjockare än minimikravet så länge den inte krävs för en längre förankringslängd antogs att ytterskivans tjocklek i exempelelementet avgjordes med hänsyn till
ytterskivans bärförmåga och inte till förbindarna. Därmed kan samma tjocklek för ytterskivan anses vara lämplig för typelementet. Isoleringens tjocklek avgör bland annat typ D-ankarens bärförmåga, SPA-bärankarnas bärförmåga med hänsyn till stålet samt
erforderlig höjd eller längd för samtliga förbindare. Det är rimligt att anta att isoleringens tjocklek avgjordes med hänsyn till väggens värmegenomgångskoefficient och därför är den lämplig till ett typelement för jämförelse.
För både ThermoPin-systemet och HALFEN:s bärankarsystem påverkades
dimensioneringen och efterföljande undersökningar av valet av förbindare. ThermoPin valdes enligt den längd som användes till exempelelementet i Bilaga 6 då det elementet har samma skikttjocklekar som typelementet. För typ D påverkar inte längden
bärförmågan förutsatt att den uppfyller minimikraven, vilket den gör. Vilket utförande av typ H-ankare som används är däremot viktigt då bärförmågan vid dragande belastning avgörs av förankringslängden vilket avgörs av förbindarens längd och plastringens placering. Förutsatt att dragande belastning blir dimensionerande kommer valet av minsta förankringslängd påverka antalet förbindare. I det fallet bör därmed förbindartypen för typ H väljas utifrån en ekonomisk analys av sambandet mellan ökad längd för varje förbindare och minskat totalt antal typ H-förbindare. Om tryckande belastning blir dimensionerande bör förankringslängden minimeras. Eftersom minsta förankringslängd blir avgörande finns det ur dimensioneringssynpunkt ingen anledning att ha olika förankringslängd i skivorna. En anledning till att de förbindare som användes i
exempelelementet har olika förankringslängd i skivorna kan vara att underlätta montage. Gällande HALFEN:s system gjordes ett val att använda två dubbelankare som stödjande ankare. Dessa hade kunnat ersättas med fyra enkelankare istället, denna variant
undersöktes dock ej närmare.
Enligt förteckningen från programvaran som användes vid dimensioneringen av HALFEN:s system orsakas den största delen av belastningen på byglarna av temperaturdeformation. Att temperaturdeformationen försummades vid de manuella dimensioneringarna anses därför vara en viktig felkälla och en anledning till skillnaden mellan resultateten från manuella beräkningar och andra metoder. Försummandet medförde att samtliga dimensioneringar som beaktar belastning vinkelrätt mot
ytterskivans plan blev missvisande och inte överensstämmer med verklig belastning. Den sammantagna bedömningen blev därmed att för att erhålla relevanta resultat från
manuella dimensioneringar måste temperatureffekter beaktas. Dock anses det inte att temperaturdeformation borde inkluderats i denna studies manuella dimensioneringar. De metoder för beräkning av temperaturdeformation som föreslås av HALFEN är finita element-analys eller manuell beräkning med Uteschers metod. Finita element-analys av bucklingen av ett sandwichelement kräver i princip specifik programvara och
användandet av sådan hade blivit alltför tidskrävande. Gällande Uteschers metod har inget material hittats som på ett fullgott sätt beskriver hur metoden används. För ThermoPin-systemet försummades även de kontroller som skulle göras i
bruksgränstillståndet. Till skillnad från temperaturdeformationerna finns ingen referens alls för hur avgörande dessa kontroller är för dimensioneringen av antalet typ H-förbindare.
Tidigare har nämnt att vissa problem uppstod vid genomförandet av den planerade metoden för att erhålla en referensritning av typelementet med ThermoPin-systemet. Referensritningen skulle initialt utföras med rekommenderad programvara och därefter av en kontakt hos förbindartillverkaren. Ingen av dessa metoder lyckades dock genomföras.
Ett alternativ hade varit att enbart utgå ifrån resultatet från den manuella dimensioneringen vid utvärdering av värmeledningsförmågan och
kostnadssammanställningen. På grund av temperaturdeformationens påverkan enligt HALFEN:s programvara och den markanta skillnaden mellan ritningen enligt den manuella dimensioneringen och exempelelementet ansågs dock resultatet från den manuella dimensioneringen inte vara tillräckligt tillförlitligt. Ett beslut togs då att genomföra den förenklade alternativa dimensioneringen av ThermoPin-systemet då metoden trots ett flertal felkällor ansågs ge ett mer realistiskt resultat än den manuella. Gällande den förenklade alternativa metoden är möjligheterna begränsade för optimering av den på grund av dess enkelhet. En möjlig förbättring är om ett annat element med liknande area som typelementet samt kända dimensioneringsförutsättningar hade använts som utgångspunkt. En sammantagen bedömning av metoden för dimensionering är att om programvara för dimensionering av båda systemen erhållits kunde den manuella
dimensioneringen alternativt exkluderats på grund av bristande tillförlitlighet i resultatet.
5.3.2 Värmeledningsförmåga
Överlag anses metoden som användes för att beräkna bärankarsystemens påverkan på värmeledningsförmågan för typelementet som fullgod. Den första aspekten av metoden är valet av programvara. Eftersom Flixo är utformat för tvådimensionell dimensionering är det inte optimalt för beräkning av punktformiga köldbryggor, dock anses den använda funktionen i programmet ha varit lämplig. Vid beräkning av ThermoPin anses eventuella vinster med modellering i ett tredimensionellt program vara marginella eftersom
placeringen av ThermoPin är relativt konsekvent längs med typelementet. Fördelarna med tredimensionell programvara hade varit fler vid modellering av HALFEN:s system eftersom det varierar mer längs med elementet. Insättning med korrekta avstånd kan vara fördelaktigt om samverkan mellan förbindarna inträffar enligt tidigare resonemang vid diskussion av resultatet. En annan fördel hade varit korrekt modellering av dubbelankare. Det mått på värmeledningsförmågan som Flixo producerade och som valdes för
jämförelsen var ekvivalent värmegenomgångskoefficient. Ett alternativt mått på påverkan av en punktformig köldbrygga är punktformig termisk transmittans som mäter påverkan på värmeflödet som köldbryggan har. Detta värde kan dock inte beräknas av Flixo och dessutom är en fördel med ekvivalent värmegenomgångskoefficient att det tar hänsyn till flera förbindare samtidigt. Eftersom båda förbindarsystemen innehåller flera typer av förbindare underlättas jämförelsen av ett sammantaget värde.
Under arbetet har det framkommit vissa effekter och perspektiv som inte har rymts inom detta arbete men som hade varit intressanta och relevanta att studera. När punktformiga köldbryggor studeras är inte enbart påverkan på värmegenomgångskoefficienten av intresse utan även om köldbryggan orsakar lokala minskningar av yttemperaturer. En studie av yttemperaturer vid förbindare i sandwichelement kunde gjort både teoretiskt genom beräkningar och simuleringar samt praktiskt genom termografering. En mindre undersökning som hade varit relevant vid analys av detta arbete hade varit att studera om förbindarna samverkar vilket påverkar värmeflödet genom varje förbindare. Samverkan hade enkelt kunnat undersökas genom att justera centrumavstånden för förbindarna i en Flixo-sektion. Om samverkan ej sker borde rimligtvis sambandet mellan
centrumavståndet och elementets ekvivalenta värmegenomgångskoefficient vara linjärt. Slutligen kunde energibesparingen vid användandet av ThermoPin-systemet jämfört med HALFEN:s system ytterligare mätas genom beräkning av minskad årsförbrukning av
energi per kvadratmeter. En sådan beräkning kunde vara relevant för en beställare som vill beräkna besparingen om ThermoPin-systemet används.
Det exempelelement som användes som utgångspunkt för bestämning av framför allt skikttjocklekar till det ansatta typelementet är framtaget av Torps Byggelement till Paradisskolan. Som tidigare nämnts skulle Paradisskolan certifieras enligt
passivhusstandard och exempelelementet är därmed utformat med hänsyn till de energibehovskrav som då gäller. Eftersom höga energibehovskrav gäller för passivhus finns det för sådana byggnader speciella incitament för att minimera
transmissionsförlusterna. Resultaten från denna studie pekar på att ersättandet av
traditionella förbindarsystem i rostfritt stål med ThermoPin-systemet är en effektiv åtgärd för att minska transmissionsförlusterna genom sandwichväggar. Det kan dock ytterligare studeras under vilka förutsättningar användandet av ThermoPin-systemet är den
effektivaste åtgärden för att minska förlusterna och uppnå till exempel de krav som gäller vid passivhuscertifiering.
5.3.3 Tillverkningsprocess
Sammantaget gav den valda metoden för utvärdering av tillverkningsprocessen relevanta men begränsade resultat. Det begränsade materialet berodde delvis på problem under genomförandet. Planen var att genomföra en muntlig intervju som utgick från de förberedda frågorna och som utvecklades med nya frågor utifrån de svar som erhölls. Motiveringen till att den metoden valdes var att teorin bakom tillverkningsprocessen inte ansågs tillräckligt omfattande för att förbereda heltäckande frågor. Anledningen till att ingen studie på plats under tillverkningen gjordes var tidsbegränsning. Att
intervjufrågorna istället besvarades kortfattat skriftligt medförde att följdfrågor och utveckling av underlaget försvårades. Vid den första kontakten med de tilltänkta intervjukandidaterna var dessa positiva till att medverka vid en muntlig intervju. Läget ändrades dock medan övriga delar av arbetet genomfördes vilket ledde till att de inte längre kunde medverka. Situationen kunde möjligtvis förbättrats om tid för intervjun bokats tidigare.
Vissa förändringar av metoden för utvärdering av tillverkningsprocessen kunde gjort inom ramen av detta examensarbete för att producera ett mer omfattande och precist resultat. Det huvudsakliga problemet var skillnaden mellan tillverkningsprocessen enligt leverantörerna av respektive bärankarsystem och den verkliga tillverkningsprocessen hos den intervjuade elementtillverkaren. Materialet från leverantörerna beskriver
tillverkningsprocessen men motiveringar till varför en viss process används eller beskrivningar av vilka processer som är vanliga i branschen är sparsamma. Ett exempel på bristande beskrivningar är HALFEN:s tre olika typer av förbindelsebyglar. Hur förbindelsebyglarna monteras beskrivs i leverantörens produktblad, dock finns ingen förklaring till varför det finns tre olika varianter då de fyller samma funktion och i stort har samma begränsningar. Eftersom intervjufrågorna utformades huvudsakligen utifrån det delvis bristfälliga materialet från leverantörerna upplevdes det som att de inte var anpassade efter den verkliga tillverkningen. För att åtgärda detta problem kunde studiebesök hos elementtillverkaren utförts där en eller flera produktionscykler för sandwichelement studerats. För optimalt resultat skulle det studerats hur båda systemen används och hanteras. Data skulle samlats in genom observationer under tillverkningen
samt intervjuer med tillverkaren. Genom detta förfarande kunde frågorna anpassats till den verkliga tillverkningen i högre grad.
Under arbetet har vissa aspekter identifierats som kan vara intressanta att studera i framtida undersökningar. För att kunna göra exakta jämförelser mellan systemen vid tillverkning och producera samband som kan användas för att förutse vilket system som kräver minst resurser vid tillverkning kan studier med tidtagning för olika moment göras. Ett moment som tidigare diskuterats är förborrning av isoleringen kontra användning av isolering som förbindarna kan stickas igenom när ThermoPin-systemet används. En studie på detta område kunde dels innehålla tester utförda under verkliga förhållande på om kraterbildning eller oönskade skador uppstår på olika isoleringstyper när förbindarna sticks igenom. Studien kunde även titta på tidsåtgången för borrning och undersöka hur mycket mer isoleringen kan kosta för att det ska vara lönsamt om borrning kan undvikas. Ett annat område att studera är när olika varianter av bärankare eller förbindelsebyglar från HALFEN:s system bör användas. Eftersom resultatet från detta examensarbete pekar på att isoleringsspillet ökar då HALFEN:s system används kan en undersökning
kvantifiera spillet och utforma metoder för att minimera det.
5.3.4 Kostnadsjämförelse
Överlag anses den använda metoden för kostnadssammanställning på ett fullgott sätt beakta kostnaderna för samtliga komponenter som ingår i respektive system och som gjuts in i typelementet. Inga relevanta komponenter som gjuts in har uppenbarligen försummats. Beräkningsmetoden kan anses vara enkel och innehåller få parametrar. En faktor som innehåller en viss osäkerhet är styckpriserna för komponenterna. För att priserna skulle vara lika de faktiska priser som tillverkaren av elementet får betala tillhandahölls de av Torps Byggelement AB. Priserna antas vara rabatterade i någon utsträckning men det är svårt att bedöma om priserna är lika rabatterade för de båda systemen. Om priserna inte är lika rabatterade är inte prisjämförelsen rättvisande. Ett alternativ hade varit att använda priser utan specifika rabatter då dessa priser kan anses vara jämförbara i högre grad. Nackdelen med en sådan metod är dock att prisskillnaden som erhålls inte är samma som den för elementtillverkaren och som i förlängningen påverkar byggkostnaden.
Vissa kostnader kopplade till respektive system som kan beaktas i framtida studier har tidigare identifierats inom arbetet, se rubrik 5.1.4. En direkt materialkostnad som
framkom under utvärderingen av tillverkningsprocessen var att elementtillverkaren ansåg att isoleringsspillet minskar då ThermoPin-systemet används jämfört med HALFEN:s system. Mängden spill kan kvantifieras och med inköpskostnaden för isoleringen kan den extra kostnaden för isolering som blir spill tillföras den totala för HALFEN:s system. En möjlig metod för att kvantifiera spillet är att studera inköpsvolymen av isolering till en viss omgång element och jämföra den med effektiv isoleringsvolym i de färdiga
elementen. Det framkom också under utvärderingen att tillverkningen av ett element med ThermoPin-systemet tar färre persontimmar i anspråk. Om en framtida tidsstudie av tillverkningsprocessen genomförs och resulterar i precisa värden på skillnaden i tidsåtgång kan även denna kostnad beaktas så systemen jämförs.
6 Slutsatser
Arbetet som utförts i detta examensarbete har resulterat i att följande slutsatser kan dras: Bedömningen är att dimensioneringen av förbindarsystemet underlättas då
ThermoPin-systemet används eftersom varje förbindartyp enbart överför
belastning i en riktning, till skillnad från HALFEN:s bärankarsystem SP-SPA. En fördel med HALFEN:s system är att ingen kontroll i bruksgränstillståndet behöver göras. De avgränsningar som gjordes med hänsyn till
temperaturdeformation hade en betydande negativ påverkan på tillförlitligheten av de manuella dimensioneringarna som genomfördes.
Studien visade att för det typelement som studerades minskade
värmegenomgångskoefficienten med 6,7 % om det studerade systemet i rostfritt stål ersattes med systemet. Köldbryggor orsakade av ThermoPin-systemet hade en försumbar påverkan på väggens värmegenomgångskoefficient. Utvärderingen av tillverkningsprocessen visade att antalet persontimmar för att
producera ett sandwichelement minskar om ThermoPin-systemet används jämfört med det traditionella systemet. Ur andra perspektiv, som till exempel
produktionsvänlighet och påverkan på arbetsmiljön, ansågs ThermoPin-systemet vara likvärdigt eller bättre än det traditionella systemet.
Kostnaden för inköp av ingjutningsgods till typelementet ökade med 566 kronor då ThermoPin-systemet användes, vilket motsvarar en ökning med 122 % för inköp av förbindare och ungefär 2,5–3,8 % av elementets totala kostnad. Andra aspekter som framkommit under arbetet och som påverkar kostnader och värde för ett sandwichelement var skillnad i persontimmar, isoleringsspill och värmegenomgångskoefficient. Ur samtliga av dessa perspektiv var ThermoPin-systemet fördelaktigt.
Den sammantagna bedömningen är att syftet med detta examensarbete var för omfattande för att fullständigt undersökas under tidsramen. I analysen av arbetet föreslås ett flertal utvecklingar av metoder samt ytterligare intressanta aspekter att undersöka.
Källförteckning
Allard, A., Kim, Y. (2014). Thermal response of precast concrete sandwich walls with various steel connectors for architectural buildings in cold regions. Energy and Buildings, 80, ss. 137–148. doi:10.1016/j.enbuild.2014.05.022
Boverket (2010). Energi i bebyggelsen- tekniska egenskaper och beräkningar- resultat från projektet BETSI. Karlskrona: Boverket.
https://www.boverket.se/globalassets/publikationer/dokument/2011/betsi-energi-i-bebyggelsen.pdf
Boverket (2021a). Bygg- och fastighetssektorns energianvändning uppdelat på förnybar energi, fossil energi och kärnkraft. https://www.boverket.se/sv/byggande/hallbart-byggande-och-forvaltning/miljoindikatorer---aktuell-status/energianvandning/ [2021-04-14]
Boverket (2021b). Miljöindikatorer 1993–2018. https://www.boverket.se/sv/om-boverket/publicerat-av-boverket/oppna-data/miljoindikatorer/
B. T. Innovation (2020). ThermoPin- innovative products for concrete construction. [internt material] B. T. Innovation.
Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt) (2015). General Building Inspection Certificate Z-21.8-2055. Berlin: DIBt.
Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt) (2016). Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-21.8-1926 Berlin: DIBt. Energimyndigheten (2018). Uppvärmning. https://www.energimyndigheten.se/energieffektivisering/jag-vill-energieffektivisera-hemma/inkop-av-produkter/uppvarmning/ [2021-04-14] Energimyndigheten (2019) Energiläget. http://www.energimyndigheten.se/statistik/energilaget/ [2021-04-14]
Engström, B. (2008). Beräkning av betongkonstruktioner. Göteborg: Chalmers Tekniska Högskola.
ETA-Danmark A/S (2019). European Technical Assessment ETA-19/0498 of 2019/11/07. Nordhavn: ETA-Danmark A/S.
https://www.bt-innovation.de/fileadmin/bt- innovation/Pruefzeugnisse-Zulassungen/englisch/VT_ThermoPin_ETA190498_2019-11.pdf
Fam, A., Noel, M., Woltman, G., (2017). Experimental and numerical investigations of thermal properties of insulated concrete sandwich panels with fiberglass shear connectors. Energy and Buildings, 145, ss. 22–31. doi:10.1016/j.enbuild.2017.04.007
Flixo (2021). The thermal bridge analysis and reporting application. https://www.flixo.com/ [2021-05-05]
HALFEN (2020). HALFEN Sandwich Panel Anchors- Technical Product Information. [Produktblad] HALFEN.
https://downloads.halfen.com/catalogues/de/media/catalogues/precastsystems/SP_Leviat_ 19-1-E.pdf
HALFEN (u.å.) HALFEN Sandwichankare SPA.
https://www.halfen.com/se/1392/produktgrupper/bygg/betongfasader/sandwichankare-spa/inledning/ [2021-04-28]
Hegger, J., Hoogan, F., Schneider, H., Shams, A., Stark, A. (2015). Innovative sandwich structures made of high performance concrete and foamed polyurethane. Composite Structures, 121, ss. 271–279. doi:10.1016/j.compstruct.2014.11.026
Hughes, S., et al. (2017). Precast Insulated Sandwich Panels- State-of-the-art report. Fédération internationale du béton & Precast/Prestressed Concrete Institute.
Intressegruppen passivhus (u.å.). Kriterier.
https://www.igpassivhus.se/passivhuset/kriterier-2/ [2021-04-15]
Johansson, M. (2019). Utdrag ur Eurokod 0 och 1. Växjö: Linnéuniversitetet. Joma (2020). Förbindelsesystem- Anvisningar för förbindelsesystem enligt Eurokod version 2.1. [Produktblad] Ahlsell.
https://docviewer2013.ahlsell.com/Default.aspx?id=551265&sp=DIMTAB
Lee, B.-J., Pessiki, S. (2006). Thermal performance evaluation of precast concrete three-wythe sandwich wall panels. Energy and Buildings, 38(8), ss. 1006–1014.
doi:10.1016/j.enbuild.2005.11.014
Lee, B.-J., Pessiki, S. (2008). Revised zone method R-value calculation for precast concrete sandwich panels containing metal wythe connectors. PCI Journal, 53(5), ss.86– 100. doi:10.15554/pcij.09012008.86.100
Nordic Fastening Group AB (2021). Teknisk Handbok Bärankarsystem. [internt material] Kungälv: Nordic Fastening Group AB.
Pretec (2020). Pretec Förbindelsesystem- Dimensioneringsguide bärankare SPA. [Produktblad] Pre Cast Technology AB.
https://pretec.se/download/dimensioneringsguide-barankare-spa-1/
Regeringskansliet (u.å.) Mål för energipolitiken. https://www.regeringen.se/regeringens-politik/energi/mal-och-visioner-for-energi/ [2021-04-14]
Sandin, K. (2010). Praktisk byggnadsfysik. Lund: Studentlitteratur.
SS-EN 1991-1-1/AC:2009. Eurokod 1:Laster på bärverk- Del 1-1:Allmänna laster- Tunghet, egentyngd, nyttiga laster för byggnader. Stockholm: Swedish Standards Institute (SIS).
SS-EN ISO 10211:2017. Köldbryggor i byggnadskonstruktioner- Värmeflöden och yttemperaturer- Detaljerade beräkningar. Stockholm: Swedish Standards Institute (SIS). Zhai, X., Wang, Y., Wang, X. (2018). Thermal performance of precast concrete sandwich walls with a novel hybrid connector. Energy and Buildings, 166, ss. 109–121.
Bilagor
Bilaga 1: Storlekstabeller för HALFEN SPA-1, SPA-2, SPA-N, SPA-B och SPA-A. Publiceras med medgivande av upphovsrättsinnehavaren (HALFEN 2020).
Bilaga 2: Placeringskrav och förankringslängd för HALFEN:s bärankare. Publiceras med medgivande av upphovsrättsinnehavaren (DIBt 2016).
Bilaga 3: Placeringskrav och förankringslängd för HALFEN:s förbindelsebyglar. Publiceras med medgivande av upphovsrättsinnehavaren (DIBt 2016).
Bilaga 4: Bärförmågor för HALFEN:s bärankare. Publiceras med medgivande av upphovsrättsinnehavaren (DIBt 2016).
Bilaga 5: Dimensioneringstabeller för HALFEN:s förbindelsebyglar. Publiceras med medgivande av upphovsrättsinnehavaren (DIBt 2016).
Bilaga 6: Exempelelement från Paradisskolan. Tillhandahållet av företagshandledare Henrik Engström. Publiceras med medgivande av upphovsrättsinnehavaren.
Bilaga 7: Beräkning av vindlast och egentyngd för typelementet. Bilaga 8: Dimensionering av ThermoPin typ D och typ H. Bilaga 9: Dimensionering av HALFEN:s förbindelsebyglar. Bilaga 10: Dimensionering av HALFEN:s bärankare.
Bilaga 11: Sektion av typelementet med ThermoPin-systemet i Flixo. Bilaga 12: Tre sektioner av typelementet med HALFEN:s system i Flixo. Bilaga 13: Kostnadsberäkning för förbindarsystemen.
Bilaga 14: Placeringsritning för ThermoPin-systemet enligt manuell dimensionering. Bilaga 15: Placeringsritning för ThermoPin-systemet enligt dimensionering med förenklad alternativ metod.
Bilaga 16: Placeringsritning för HALFEN:s bärankarsystem enligt manuell dimensionering.
Bilaga 17: Förteckning över komponenter för HALFEN:s bärankarsystem enligt dimensionering med programvara.
Bilaga 18: Datatabell för HALFEN:s förbindelsebyglar enligt dimensionering med programvara.
Bilaga 19: Placeringsritning för HALFEN:s bärankarsystem enligt dimensionering med programvara.