Examensarbete, 15 hp
Högskoleingenjörsprogrammet inom Byggteknik 180 hp VT 2021
PANELPLUS
Resurs- och miljöanalys
Resource- and environmental
analysis
Elias Bäckström, Alexander Forsberg
II
Förord
Detta examensarbete är avslutningen på vår utbildning på Högskoleingenjörsprogrammet inom Byggteknik. Arbetets omfattning ligger på 15 högskolepoäng och har genomförts vid Umeå universitet. Utförandet har skett i samarbete med OF Bygg och KonTek i Umeå.
Vi skulle vilja tacka vår handledare Fredrik Wirenblad, adjungerad universitetsadjunkt vid institutionen för tillämpad fysik och elektronik för den tid, stöd och råd vi fått genom examensarbetet. Vi vill även rikta ett stort tack till Andreas Hansson, Projektchef på OF Bygg och Hüseiyn Günes, VD på KonTek för möjligheten att göra vårt examensarbete i samarbete med dem. Dessutom vill vi tacka de som varit till hjälp under studietiden på Umeå universitet; Fredrik Häggström, universitetsadjunkt vid institutionen för tillämpad fysik och elektronik, Annika Moström, universitetslektor vid institutionen för tillämpad fysik och elektronik, samt våra härliga klasskamrater.
Umeå, Maj 2021
Elias Bäckström Alexander Forsberg
III
Sammanfattning
Från och med den första januari år 2022 finns ett förslag om en ny lag att alla byggnader som kräver bygglov måste deklarera sin miljöpåverkan under byggskedet. På grund av detta tillsammans med att Riksdagen har beslutat att Sverige innan år 2045 ska ha ett obetydligt nettoutsläpp av växthusgaser, blir framtagandet av nya byggmaterial av stort intresse.
PanelPlus är ett nytt sorts prefabricerade väggelement vars egenskaper och för- och nackdelar är okända för den svenska marknaden. Utifrån förutsättningarna som råder blev det intressant att undersöka PanelPlus. I arbetet har det utförts en mängdning av referensbyggnader som låg till grund för olika jämförelser. De jämförelser som det har fokuserats på är; miljöpåverkan gällande tillverkning och leverans av byggmaterial till Umeå och resursbehovet vid
byggprocessen. Jämförelsen gjordes gentemot platsgjuten betong i form av ett traditionellt byggmaterial. För att undersöka miljöpåverkan gjordes en förenklad livscykelanalys där endast det direkta utsläppet av 𝐶𝑂2!"#$ vid produktion och transport av komponenter togs upp.
Arbetet började med att samla in data från producenterna av PanelPlus och EPD:er för de olika byggkomponenter som berörs och deras transporter. Datan användes för att modellera upp två referensbyggnader, en tvåvånings- och en åttavåningsbyggnad i Revit. Utifrån dessa modeller kunde en mängdning utföras för att använda vid beräkningarna av resursåtgång och total miljöpåverkan. Beräkningarna av resursåtgång uträttades med hjälp av BidCon. Genom att sammanställa alla komponenter som PanelPlus innehåller och sedan para ihop var och en av dessa med respektive EPD, kunde miljöpåverkan beräknas. Vidare kombinerades denna miljöpåverkan med mängdningen från referensbyggnaderna.
Resultatet visade att PanelPlus kräver inte lika mycket resurser, cirka 20 procent mindre arbetstimmar än vad platsgjuten betong kräver vid uppförande av referensbyggnaderna.
Jämförelsen visade också på att PanelPlus blir ännu mer gynnsamt vid den större referensbyggnaden. Detta beror på färre arbetsmoment för de prefabricerade PanelPlus- väggelementen. Livscykelanalysen visar att den miljöpåverkan som PanelPlus har för leverans till kund i Umeå blir avsevärt större än för platsgjuten betong. På grund av fler komponenter och ökade transporter blir utsläppet av 𝐶𝑂2!"#$ större.
IV
Abstract
From the first of January in 2022, there is a proposal for a new law that all buildings that require a building permit must declare their environmental impact during the phase of construction. Due to this, together with the Riksdag having decided that Sweden will have a close to zero netemission of greenhousegases before 2045, the development of new
buildingmaterials will be of great interest.
PanelPlus is a new type of prefabricated wallelement whose properties and advantages and disadvantages are unknown to the Swedish market. Based on the current conditions, it became interesting to investigate PanelPlus. During the work, a number of reference buildings have been modelled, which formed the basis for various comparisons. The comparisons are focusing on the environmental impact regarding the manufacture and delivery of building materials to Umeå and the need for resources during the construction process. The comparison was made with cast-in-place concrete in its form of a traditional building material. To investigate the environmental impact, a simplified lifecycleanalysis was performed where only the direct emission of 𝐶𝑂2!"% in the production and transport of components was addressed. The work began with collecting data from the producers of PanelPlus and EPD:s for the various construction components involved and their transports.
The data was used to model two referencebuildings, a two-storey and an eight-storeybuilding in Revit. Based on these models, a quantification could be performed to use in the
calculations of resourceconsumption and total environmental impact. These calculations were performed using BidCon. By compiling all the components that PanelPlus contains and then pairing each of these with the respective EPD, the environmental impact could be calculated.
Furthermore, this environmental impact was combined with the quantity from the reference buildings.The results showed that PanelPlus needs less resources, approximately 20 percent fewer working hours than what cast-in-place concrete requires when constructing the
reference buildings. The comparison also showed that PanelPlus will be even more favorable for the larger reference building. This is due to fewer worksteps for the prefabricated
PanelPlus wallelements. The lifecycleanalysis shows that the environmental impact that PanelPlus has for delivery to customers in Umeå will be considerably greater than for cast-in- place concrete. Due to more components and increased transport, emissions of 𝐶𝑂2!"% will be even greater.
V
Begreppsförklaring
GWP - Global warming potential, måttenhet i koldioxidutsläpp.
LCA - Livscykelanalys.
FE - Funktionell enhet.
ƛ (Lambda) - Värmeledningsförmåga, som också kallas värmekonduktivitet och mäts i W/m·K.
𝐶𝑂2!"#$ - Koldioxidekvivalenter, ett mått på utsläpp av växthusgaser med förmåga att bidra till växthuseffekten och global uppvärmning.
EPD - Environmental Product Declaration, miljöpåverkansbedömning för en produkt.
Transmissionsförluster - Energi/värme som “läcker” ut via väggar, golv, fönster och tak.
Enhetstider/Nyckeltal/Tidskoder - Medelvärde på tidsåtgång av genomförandet på ett arbetsmoment.
ATL-listan - Ackordtidslistan, innehåller prissatta arbetsmoment.
Innehållsförteckning
Förord ... II Sammanfattning ... III Abstract ... IV Begreppsförklaring ... V
1. Inledning ... 1
1.1 Företagspresentation ... 1
1.1.1 KonTek AB ... 1
1.1.2 OF Bygg ... 2
1.2 Syfte ... 2
1.3 Mål ... 2
1.3.1 Frågeställningar ... 3
1.4 Avgränsningar ... 3
2. Teori ... 4
2.1 PanelPlus ... 4
2.1.1 Cement ... 5
2.1.2 EPS ... 6
2.1.4 Gipsskiva ... 7
2.1.4 Fibercement ... 9
2.2 Prefabricerade betongelement ... 9
2.2.1 Väggar ... 9
2.2.2 Bjälklag ... 10
2.3 Platsgjuten betong ... 11
2.4 Värmeledningsförmåga. ... 12
2.5 Resursanvändning vid byggnationer ... 13
2.5.1 Personalförsörjning ... 13
2.5.1 Materialförsörjning ... 14
2.5.1 Maskinförsörjning ... 15
2.6 Livscykelanalys - LCA ... 15
2.6.1 Fas 1. Definition av mål och omfattning ... 17
2.6.2 Fas 2. Inventeringsanalys ... 19
2.6.3 Fas 3. Miljöpåverkansbedömning ... 20
2.6.4 Fas 4. Tolkning av resultat ... 21
2.6.5 Environmental Product Declaration - EPD ... 21
3. Metod och genomförande ... 22
3.1 Datainhämtning ... 22
3.1.1 LCA ... 22
3.1.2 Resurser ... 23
3.2 Litteraturstudier ... 24
3.3 Beräkningar ... 24
3.3.1 LCA-beräkningar ... 24
3.3.2 Resurser ... 27
4. Resultat ... 34
4.1 Resultat av mängdning ... 34
4.2 Resultat av Resursjämförelsen ... 37
4.3 Resultat av LCA ... 38
5. Diskussion och slutsats ... 41
6. Förslag till vidare studier ... 45
Referenser ... 46 Bilaga A ... B1 Bilaga B ... B2 Bilaga C ... B5 Bilaga D ... B9
1
1. Inledning
Riksdagen har beslutat att Sverige genom ett långsiktigt tänk, innan år 2045 skall ha ett obefintligt nettoutsläpp till atmosfären i form av växthusgaser. Här kommer alla sektorer inom samhället behöva göra förändringar och då gäller det att även bygg- och
fastighetssektorn bidrar. Ur ett livscykelperspektiv står bygg- och fastighetssektorn för en betydande del av klimatpåverkan gällande samhället [2.1]. Det här innebär att framtagandet av nya byggmaterial med mindre miljöpåverkan blir väldigt viktigt för riksdagens planer.
PanelPlus är en ny sorts byggmaterial i form av prefabricerade väggelement och dess egenskaper, för- och nackdelar är okända för den svenska marknaden. Arbetet kommer gå djupare in på vilken miljöpåverkan PanelPlus skulle ha vid inköp till Umeå från
produktionen i Istanbul. Det kommer även behandlas vilken miljöpåverkan PanelPlus skulle ha om KonTek hade en fabrik i Umeå. Det kommer att redovisas med en enklare variant av en LCA. Den kommer begränsa sig från “vagga till grind”, vilket innebär från “produktion av produkt till leverans hos kund”. En likvärdig LCA kommer även tas fram för platsgjuten betong för jämförelse. Vidare kommer arbetet ta i beaktande hur skillnaderna i resurser vid användande av produkten på ett bygge skulle se ut till skillnad mot ett mer etablerat
material, i detta fall platsgjuten betong.
1.1 Företagspresentation
En kortare historik och presentation av de företag som är intressenter av arbetet. Det är företag som är direkt påverkade eller bistår med handledning under arbetet.
1.1.1 KonTek AB
Suat Dagli och Ilhan Karkin är två entreprenörer i Turkiet som tidigare varit involverad inom byggbranschen. Under många år funderade de på om det fanns någon metod att effektivisera det traditionella sättet att upprätta byggnader. De ville utreda om det gick att utveckla ett byggsystem som både var snabbt, har bra isoleringsförmåga och är användarvänligt vid montering. De utvecklade produkten PanelPlus år 2010 och har sedan dess haft full
verksamhet och varit delaktig i allt från bostadshus till större kommersiella byggnader. De bedriver sin verksamhet till största del i Turkiet och har för närvarande en fabrik belägen i Istanbul [1.1].
2
De har nu kommit till en punkt där de vill utveckla och expandera sin verksamhet och inta den europeiska marknaden. Med samspråk med deras kompanjon Hüseyin Günes här i Sverige bestämde de sig för att bilda bolaget KonTek AB som har till avsikt att bedriva verksamheten i Sverige med utgångspunkt Umeå. Långsiktiga målet är att helt och hållet flytta upp verksamheten till Sverige från Istanbul i Turkiet och bli ett etablerat svenskt företag inom byggbranschen [1.1].
1.1.2 OF Bygg
Byggföretaget grundades av Tavelsjöbon Olaus Forsberg 1937 och har sedan dess etableras till ett välkänt namn inom byggsektorn [2.2].
Idag drivs företaget av Lars Fredriksson och består av cirka 120 medarbetare. Företaget är uppbyggd av tre förgreningar inom byggbranschen där ena delen riktat in sig på
maskinuthyrning (OF Maskin). De andra delarna består av OF Byggservice som riktat in sig på mindre byggprojekt och renoveringar och OF Bygg som bedriver en mer omfattande entreprenadverksamhet [2.3].
1.2 Syfte
Syftet är att undersöka miljöpåverkan i form av en enklare LCA och resursbehov vid produktion av en färdig byggnad i Sverige utfört i PanelPlus för att sedan jämföra resultatet med en liknande byggnad i platsgjuten betong.
1.3 Mål
Arbetet vill visa genom att ge eventuella beställare en god insikt i materialets inverkan på klimatet. Det är något som efterfrågas mer och mer inom byggindustrin och har stor betydelse för framtida val av byggnadsmaterial. Resursbehovet och den ekonomiska aspekten är även den en väldigt viktig parameter. Därför är målen med arbetet att:
• Ta fram miljöpåverkan av PanelPlus under tillverkningsfasen och frakten av produkten till kund, samt resursanvändning under själva byggproduktionsskedet.
• Presentera skillnaderna i resursbehov med att använda PanelPlus i jämförelse med platsgjuten betong.
3 1.3.1 Frågeställningar
● Vad blir mängden CO2-ekv för referensbyggnaderna utförda med PanelPlus?
● Vad blir mängden CO2-ekv för referensbyggnaderna utförda med platsgjuten betong?
● Hur stort är resursbehovet i arbetstimmar för PanelPlus av referensbyggnader?
● Hur stort är resursbehovet i arbetstimmar för platsgjuten betong av referensbyggnader?
1.4 Avgränsningar
Undersökningen av miljöpåverkan avgränsas till produktion av PanelPlus i Istanbul eller i Umeå och dess transport till kund i Umeå. Därmed kommer den inte beröra övriga Sverige.
Det blir med andra ord en lite förenklad version av en LCA, en så kallad “vagga till grind”.
LCA:n kommer också fokuseras på produktion av produkten, produktion av maskiner som behövs vid tillverkning av PanelPlus kommer således inte tas i beaktning. Enheten som blir av vikt i detta arbete vid LCA-jämförelsen är GWP, andra miljöpåverkansenheter kommer inte avhandlas. Resursjämförelsen kommer inte behandla alla sorters byggnader utan endast två typer av byggnader och dess stomme, exklusive bjälklag.
Dessa byggnader är våra referensobjekt på två respektive åtta våningar med tillkommande fläktrum. Jämförelsen av PanelPlus kommer att ske mot platsgjuten betong, därmed kommer andra sorters byggmaterial ej avhandlas i arbetet. Vid dimensionering och beräkning av bärförmåga utförs en förenkling där endast bärförmåga i vertikalt led, det vill säga
bärförmåga vid tryck som kommer tas i beaktning. Horisontalkrafter eller moment kommer inte analyseras. Det kommer även inte att tas hänsyn till diverse köldbryggor som kan uppstå vid förflyttning av referensbyggnad till Umeå från Istanbul. Dessa avgränsningar genomförs för att ytterligare undersökningar och beräkningar skulle bli för omfattande för den avsatta tiden för arbetet.
4
2. Teori
I kapitlet Teori redogörs den teoretiska bakgrunden runt de ämnen som avhandlas i arbetet.
Anledningen är att skapa en mer djupgående förståelse kring olika produkter och begrepp.
2.1 PanelPlus
PanelPlus är ett prefabricerat byggelement som till största del består av cement, EPS-pärlor, gipsskiva och fibercementskiva, se figur 1. Produktionen börjar med att cement blandat med vatten bereds i en statisk betongmixer. Sedan läggs sand och EPS-pärlor till så att en
betongmassa bildas. Denna produkt går nu igenom en process där stora mängder luft tillförs vilket i sin tur resulterar i en skummad betongmassa. Därefter används stora gjutformar som produkten slås ner i och transporteras sedan in i ugnar som påskyndar härdningsprocessen [1.1].
Figur 1 - PanelPlus med ytbeklädnad och kanaler för elinstallation [3.1].
När härdningen är klar används ett automationssystem som består av maskiner som lyfter ut de obehandlade PanelPlus-blocken ur härdningskamrarna vidare längs med fabrikslinjen till kapsektionen. Där kapas blocken till önskad tjocklek och dimensioner. Det utförs för att anpassa PanelPlus-skivorna efter vad de ska användas till och vilken isoleringsförmåga som efterfrågas i den regionen byggnaden ska upprättas i. Vidare kläs väggblocken in i ytskikt av till exempel gipsskivor och fibercementskivor, med hjälp av applicering av ett tätningslim
5
bestående av polyuretan. Produkten genomgår en kvalitetskontroll där olika kontroller säkerställer att skivorna uppfyller de ställda kraven och att appliceringen av alla delkomponenter är genomförda på korrekt sätt [1.1].
PanelPlus går att beställa i ett mer avancerat utförande där till exempel färdiga kabelkanaler fräses ner i blocken, som gör att genomförandet av kabeldragning vid montering underlättas.
Det finns även möjligheter att få färdiga ytskiktbeklädnader på PanelPlus som fasadbeklädnad och färdigmålade innerväggar [1.1].
Monteringen av PanelPlus går till genom att två montörer för hand ställer väggsektionerna intill varandra. I skarven appliceras ett fogskum som fungerar som tätning och fästmassa.
Därtill skruvas väggsektionerna fast med hjälp av vinkeljärn i golv och tak. Då PanelPlus- elementen är prefabricerade och speciellt utformade för att passa byggnaden, levereras de numrerade utifrån ritning för att rätt element ska hamna på rätt plats [1.1].
2.1.1 Cement
Cement är ett så kallat hydrauliskt bindemedel som vanligtvis används i betong och det finns många olika varianter ute på marknaden. Enligt europeiska standarder brukar man dela in dessa i klasserna [2.4]:
● CEM I Portlandcement
● CEM II Portland-kompositcement
● CEM III Slaggcement
Portlandcement är den vanligaste varianten och det är även den som används i PanelPlus prefabricerade väggblock. Vid tillverkningen av portlandcement finmals råmaterialet, som vanligtvis består av kalksten och lera, till ett fint pulver. Pulvret bränns sedan i en roterande ugn vid en temperatur på cirka 1400 grader Celsius. Pulvret kommer då att smälta samman till små kulor eller klumpar som kallas för cementklinker och efter bränningen kyls dessa ner.
För att få den slutgiltiga produkten mals dessa cementklinkers ner till ett fint pulver, se figur 2, och blandas med 5 procent gips [1.2]. Gipsets funktion är att reglera bindning- och härdningstiden av betongen efter önskat behov.
6
Figur 2 - Finmalet cementklinker [3.2]
När cement kommer i kontakt med vatten bildas en så kallad cementpasta och en kemisk reaktion i form av härdning träder i kraft. Utfallet är att materialet blir hårt och beständigt mot väta [1.2].
2.1.2 EPS
Expanderad polystyren, som kan förkortas EPS, är ett isoleringsmaterial som även brukar kallas för cellplast. Material tillverkas genom att låta polystyrenpärlor absorbera fyra till sju procent pentangas. Därefter värms polystyrenpärlorna upp i en kammare med hög
luftfuktighet och materialet börjar expandera (jäsa) till 50 gånger sin ursprungliga volym, se figur 3.
Figur 3 - Polystyrenpärla innan och efter jäsning [3.4].
7
Då Pentan är en väldigt lättflyktig kolväteförening (𝐶5𝐻12) frigörs merparten av den vid tillverkning och ersätts med luft. Den frigjorda pentangasen är ofarlig för ozonskiktet och är endast en biprodukt vid produktionen. Då materialet expanderar kraftigt vid
tillverkning får den en väldigt hög porositet, vilket återspeglas i figur 4 [2.5], och därav även en god isoleringsförmåga på 0,033 − 0,036𝑊/(𝑚 ∗ 𝐾). Detta bidrar även till att materialets densitet
Figur 4 - Förstorning av polystyrenpärla för att illustrera porositeten. 98 procent porer och 2 procent polystyren [3.3].
blir väldigt lågt, endast cirka 20 kg/𝑚& [2.6]. EPS är typgodkänt som kapillärbrytande material då dess förmåga att uppta fukt är näst intill försumbar. Vid svåra förhållanden absorberas materialet endast två till fyra procent vatten och kan därför bibehålla sin goda
isoleringsförmåga. Då EPS besitter dessa goda egenskaper har den varit ett populärt isoleringsmaterial inom byggbranschen och har funnits på marknaden sedan 1950-talet. EPS
är en så kallad styrenplast som utvinns av råolja, vilket inte är en förnyelsebar naturresurs. 86 procent av världens oljeproduktion sker i västvärlden och i Europa används 4 procent till plastproduktion. Av dessa 4 procent består 0,2 procent av EPS-produktionen [2.5] [2.7].
2.1.4 Gipsskiva
Gipsskivor är ett ytskikt som används frekvent inom byggindustrin då det besitter goda egenskaper när det kommer till brand och ljudisolering. Det vanligaste användningsområdet är beklädnad av väggar och tak men förekommer även i fasadbeklädnader eftersom den har god beskaffenhet att skydda mot vind [1.2].
8
Gipsskivor består av 20 procent kristallbundet vatten som frigörs vid brand i form av
vattenånga och medför dess goda brandskyddande egenskaper. Det här kallas för kalcinering och är en väldigt energikrävande process [2.8].
Tillverkningen av gipsskivor illustreras i figur 5 och börjar med att kalksten mals ned till pulverform och värms sedan upp så att en viss del av det kristallbundna vattnet avdunstar och eventuella organiska material avlägsnas [2.8].
Figur 5 - Produktionslinjen av gipsskivor [3.5].
Beroende på vilka egenskaper gipsskivan ska besitta tillförs olika typer av tillsatsämnen in i gipsblandningen. Vatten tillförs för att flytegenskaperna på gipsblandningen ska förbättras och för att kunna justera porositeten och kvaliteten på gipsskivorna tillförs såpskum. Vid tillverkning av fasadgipsskivor tillförs vax i blandningen för att reducera vattenupptagning i gipskärnan [2.8].
När gipsblandningen är klar sprids massan ut på en kartong, som kommer att vara framsidan på gipsskivan. Därefter formas gipsskivan efter önskad tjocklek och baksidan appliceras. I detta skede börjar en rehydration att ske i skivan och det innebär att den åter binder samman vattnet som tidigare avlägsnas under kalcineringsprocessen. Skivan grovkapas nu upp i mindre segment och torkas i stora torkugnar. När torkningen är klar finkapas skivorna och en kvalitetskontroll genomförs [2.8].
9 2.1.4 Fibercement
Fibercement används primärt som ett skivmaterial utfört som cementkompositmaterial, se nedan i figur 6. Fibercement är uppbyggt med cement och fibrer. Vanliga ingredienser är:
● Portlandcement - används som bindemedel för alla ingredienser.
● Cellulosafibrer - fungerar som filtrering och utvinns från hållbara källor.
● Syntetfibrer - används som förstärkning för ökad hållbarhet
● Sand - gör materialet mer elastiskt och ökar tåligheten för väder och vind.
● Vatten - Aktiverar cementens härdningsprocess för bindning.
Figur 6 - Fibercementskiva [3.6]
Fibercement är väldigt brandtåligt och har ett lågt behov av underhåll. Fibercement har även en väldigt lång hållbarhet, generellt längre än traditionella ytbeklädnader. Rost blir inte heller en faktor eftersom fibercement inte innehåller några metaller. Materialet tål svåra
väderförhållanden som vind, snö och höga temperaturer och har en livslängd på cirka 50 år [2.9].
2.2 Prefabricerade betongelement
Prefabricerade betongelement är färdiga väggblock eller bjälklag som produceras i fabrik och sedan levereras klara för montering till byggarbetsplatsen [2.10].
2.2.1 Väggar
Två av de vanligaste varianterna av prefabricerade väggelement i betong är sandwichvägg och massiva element, se figur 7. Sandwichväggen används primärt som yttervägg.
10
Grundtypen är uppbyggd i tre lager, där de yttre lagren består av betong och mittenlagret består av isolering. Isoleringen kan bestå av antingen cellplast eller mineralull. Massiva element används i sin tur primärt som innerväggar men kan också användas som yttervägg om man kompletterar med isolering och puts på byggarbetsplatsen. Massiva element är förgjutna helt i betong [2.10].
Figur 7 - Sandwichvägg och massivt element [3.7]
Tjocklek och mått på väggar specificeras av beställare. Öppningar för dörrar och fönster anpassas på fabrik, fönster kan även monteras innan elementen anländer på
byggarbetsplatsen. Elinstallationer och grundmålning kan också förberedas innan leverans.
Väggen kan även förses med armering för att fungera i källarutrymmen [2.10].
2.2.2 Bjälklag
Generellt används antingen homogena bjälklagselement eller plattbärlag, se figur 8 och 9.
Homogena bjälklagselement är solida betongblock som kan innehålla armering och
kompletteras med flytspackel. Installationer får därmed ta plats under eller över bjälklaget, exempelvis under ett innertak. Plattbärlag i sin tur kommer i tunnare block med armering där extra armering kan tillföras och gjuts färdigt på byggarbetsplatsen [2.10].
Figur 8 - Homogent bjälklagselement [3.8] Figur 9 - Plattbärlag med armering [3.9]
11
Eftersom undersidan av plattbärlaget gjuts mot en stålform minimeras mängden efterarbete och en slät yta kan garanteras. Därmed kan undersidan fungera som ett färdigt innertak.
Installationer och dylikt förbereds i fabrik och monteras på byggarbetsplatsen för att sedan gjutas in [2.10].
2.3 Platsgjuten betong
Platsgjuten betong är i nuläget den vanligaste byggmetoden vid uppförande av flerbostadshus. Varför den här metoden är så pass fördelaktig att välja är bland annat möjligheten att gjuta in installationer in i stommen. Innebörden av det möjliggör att ett tunnare bjälklag kan projekteras fram, då man inte behöver beakta ett eventuellt tillägg av ett installationsskikt. En annan fördel med en helgjuten stommen är att skarvar i konstruktionen helt reduceras bort och därmed eventuella köldbryggor [2.11].
Processen börjar med att gjutformar byggs upp ute på arbetsplatsen vilket visas i figur 10.
Dessa kan utformas antingen på traditionellt vis av reglar, plywood och stämpar som tillsammans bildar en tät gjutform. Nackdelen med denna metod är att det kräver många resurstimmar för uppförandet och det blir en stor materialåtgång. Vid gjutning av bjälklag används även prefabricerade betongelement, som kallas plattbjälklag, som gjutformar för att sedan gjutas färdigt [2.12].
Figur 10 - Väggform av konstruktionsvirke [3.10]
12
När formarna är utformade monteras den dimensionerade armeringen och alla de
installationer som skall gjutas in i byggdelen. Gjutningen kan nu påbörjas och vanligtvis används självkompakterande betong som fördelas ut med hjälp av pumpbil. Denna betong kräver inget vibrerande arbetsmoment och det är i nuläget att föredra för att underlätta arbetsmiljön för betongarbetare. Vibrationsarbetet innefattar att vibrationer tillförs in i betongen för att avlägsna eventuella luftfickor och se till att betongen fyller upp hela
gjutformen och att installationer och armering blir väl omslutna. Fortsättningsvis används en sloda för att bearbeta och jämna ut ytan på betongen. När betongen har härdat och uppnått tillräcklig bärighet för att klara belastningen rivs gjutformarna och en färdig
byggsektion är klar [2.13].
2.4 Värmeledningsförmåga.
Energin som krävs för att värma upp en bostad, så att inomhustemperaturen håller sig på en bruklig nivå, är en faktor som besitter stor inverkan på miljö och ekonomi. Därav är det viktigt att utforma konstruktionen så att värmeförlusterna blir så små som möjligt [1.3].
Värmetransport i byggnader sker genom den så kallade utjämningsprincipen. Det innebär att omgivningen och materialen strävar efter att infinna sig i balans med varandra när det kommer till temperatur. Den varma luften söker sig till kallare områden och genom att ge ifrån sig värmeenergi jämna ut temperaturskillnaderna. Detta innebär att om byggnaden är belägen i ett klimatområde där utetemperaturer är betydligt lägre än den önskade
inomhusklimatet är det viktigt att klimatskalet besitter god isoleringsegenskaper för att minska energiförbrukningen [1.3].
Värme transporteras via ledning, konvektion eller strålning. Den vanligaste av dessa är direkt värmeledning via byggnadsmaterial. För att undvika värmetransport är det att föredra att använda sig av så porösa material som möjligt för att minimera kontaktytan. Konvektion och strålning är värmetransporter som sker via luften och det här medför att verkställa ett lufttätt klimatskal är att föredra. Ju högre densitet ett material har desto bättre förmåga har värmen att transporteras igenom det. Vid utformning av ytterväggar är materialvalen av stor vikt, både när det kommer till bärförmåga och dess isolerande egenskaper. Det skapar en
utformningsprocess där man beaktar värmeledningsförmågan både vid ledning, konvektion och strålning. Allt får betydelse för att på ett så effektivt sätt som möjligt minska
transmissionsförlusterna i byggnaden [1.3].
13
Varje specifikt material har ett så kallat Lambda-värde med enheten 𝑊/(𝑚2∗ 𝐾). Denna enhet beskriver värmemängden som materialet släpper igenom per sekundenhet och med en temperaturskillnad på en grad Kelvin. Provtagningen sker på en kvadratmeter material med en tjocklek på en meter där temperaturskillnaden är en grad Kelvin mellan sidorna. Eftersom tjockleken på ett material kan variera i en konstruktion kan dess värmegenomgångsmotstånd, enheten R ((m2*K)/W), tas fram genom att ta kvoten av tjockleken och dess
värmekonduktivitet. För att beskriva isoleringsförmågan en byggnadsdel besitter, summeras värmegenomgångsmotstånd hos respektive material som denna byggnadsdel består av. Sedan inverteras det här värdet och byggnadsdelens U-värde är framtaget som är
värmegenomgångskoefficienten med enheten 𝑊/(𝑚2∗ 𝐾) [1.3].
Ju lägre värdet är desto bättre isoleringsförmåga har byggnadsdelen. Det finns olika
riktvärden i Sverige beroende på var byggnaden är upprättad och det rekommenderade värdet för en yttervägg i norra Sverige är 0,12𝑊/(𝑚2∗ 𝐾) [2.14].
2.5 Resursanvändning vid byggnationer
Byggbranschen står inför stora utmaningar i framtiden. Det tar sin form i hanteringen av den ökande globaliseringen, den snabba utvecklingen av digitaliseringen och den förhållandevis låga produktiviteten. För att kunna ta itu med dessa problem ställs det höga krav på
byggentreprenörer att på bästa sätt utnyttja de begränsade resurser som finns att tillhandahålla på sina byggarbetsplatser. Dessa resurser kan bestå av både förbrukningsbara resurser och personalresurser. De förbrukningsbara är material som behövs för att upprätta byggnaden och personalresurser är den arbetskraft som genomför själva arbetet. Genom en väl genomförd planering och optimering av dessa resurser ökar produktiviteten och resursutnyttjandet som i sin tur genererar ett mer kostnadseffektivt arbete [2.15].
2.5.1 Personalförsörjning
För att kunna genomföra ett effektivt och framgångsrikt uppförande av ett byggprojekt krävs det kompetens och yrkeskunnig personal som besitter olika färdigheter. Det är en viktig och central fråga att anskaffa sig rätt mängd personal med de färdigheter som efterfrågas och till rätt kostnad [1.4].
14
Byggföretaget behöver administrativa resurser som leder och planerar byggprojektet och ser till att projektet genomförs på ett säkert och effektivt sätt. De ansvarar att budgeten och tidsplanen följs och att slutprodukten levereras med de krav som finns ställda av beställare.
Arbetsresurser består av de personerna som upprättar byggnaden. Då det generellt finns begränsat antal av egen personal inom organisationen är det vanligt att det blir aktuellt med anskaffning av resurser på annat håll. Det kan göras antingen genom att hyra in yrkesarbetare från underentreprenörer, bemanningsföretag eller genom att låna personal från andra
byggföretag. Beroende på vilken variant företaget väljer att basera sin bemanning på finns det olika administrativa rutiner och avtalsvillkor som företaget måste ta hänsyn till. Om företaget till exempel väljer att ta in arbetskraft från underentreprenörer eller bemanningsföretag krävs det att företaget är medlem i Sveriges Byggindustri (BI-medlemmar) [1.4].
Redan vid projekteringsskedet beräknas den totala mängd personalresurser som krävs för att kunna genomföra projektet inom tidsramen som är satt. Beräkningsarbetet baseras på
specifika tidskoder för olika arbetsmoment som kommer utföras under byggskedet.
Tidskoderna är framtagna genom fallstudier och summeringar av tidigare genomförda projekt och den tidsåtgång som krävdes vid dessa projekt. Det finns både generella tidskoder som presenteras bland annat i kalkylprogrammet BidCon men det finns även interna tidkoder som byggföretaget själva tagit fram [1.4].
2.5.1 Materialförsörjning
Byggmaterialindustrin i Sverige är en väldigt lukrativ bransch som omsätter omkring 165 miljarder kronor och sysselsätter cirka 53 000 personer med arbete [2.16]. Inom den
europeiska marknaden är möjligheterna goda att kunna köpa in byggmaterial och därav stödja den internationella marknaden. Det här bidrar till att konkurrenskraften ökar mellan dessa företag och för att tackla dessa utmaningar börjar fler företag förädla sina produkter med hänsyn till klimatutsläpp och effektivitet som mer och mer börjar efterfrågas inom
byggindustrin. Det kan vara allt från spånskivor, prefabricerade betongelement till färdiga modulhus [1.4].
Byggmaterial är en förbrukningsbar resurs på en arbetsplats. Beroende på vilken typ av material som väljs kommer det att påverka monteringstiden och den andel som åtgår till spill.
Valet har även stor inverkan på den totala klimatpåverkan som byggnaden kommer generera under sin livstid. Under projekteringsfasen väljs vilka material som byggnaden ska upprättas
15
i. De aspekterna som väger mot varandra är klimatpåverkan, konstruktion, tid och ekonomi.
Man analyserar även materialens beständighet och behov av underhåll under
förvaltningsfasen och eventuella möjligheter till återanvändning vid rivning. Byggmaterial brukar urskiljas i dessa kategorier [1.4]:
● Anläggningsmaterial
● Stommaterial
● Stomkompletterings Material
● Inredningsmaterial
● Installationsvaror
● Material till inomhusmiljö
2.5.1 Maskinförsörjning
De flesta byggprojekt behöver tillgång till maskiner för att förbättra förutsättningarna ute på arbetsplatsen. Dessa används för att underlätta för yrkesarbetarna och för att snabba på arbetet. Det kan till exempel vara en lyftkran som lyfter byggnadsmaterialet på rätt plats eller en grävmaskin som avlägsnar markmassa vid grundarbetet. Det kan även bestå av mindre maskiner såsom skruvdragare och tigersåg. I de flesta fall kan byggentreprenören införskaffa alla maskiner som krävs för att genomföra arbetet och vara konkurrenskraftig. Antingen hyrs maskinerna in (med eller utan förare) eller används de befintliga maskinerna företaget äger.
Vid större projekt utförs en beräkning på budgeten om det är mer lönsamt att köpa eller hyra maskinerna. Kostnaden för maskinresurser på ett husbyggnadsprojekt brukar ligga kring tre till sex procent och trettio till sextio procent på anläggningssidan [1.4].
2.6 Livscykelanalys - LCA
På grund av ökad medvetenhet relaterat miljöpåverkan av produkter inom byggbranschen, samt betydelsen av miljöskydd, höjs även intresset för utveckling av metoder för att
motarbeta miljöförstöring och hantering av miljöpåverkan. Livscykelanalys, eller LCA, är en av de metoder som har tagits fram i detta syfte [2.17].
LCA används i syfte för att beräkna en produkts miljöpåverkan under en hel livscykel, från utvinning av naturresurser tills dess att produkten är förbrukad och måste kasseras eller återvinnas. Ett exempel: Vid utförande av en LCA på en byggnad kan det tas reda på i vilket skede av byggnadens livscykel som miljöpåverkan kommer att vara störst. Därefter kan
16
projektering och byggandet anpassas för att minska miljöpåverkan [2.1]. Andra tillfällen där en LCA kan vara till hjälp är för att ge beslutsunderlag i industrin eller olika organisationer, till exempel strategisk planering eller produktdesign. LCA kan även vara till hjälp vid marknadsföring som miljömärkning eller miljödeklarationer [2.17].
Den första januari år 2022 föreslås det att en ny lag gällande klimatdeklarationer ska börja gälla. Lagen innebär att alla byggnationer som utfärdas bygglov efter detta datum måste deklarera sin miljöpåverkan under byggskedet. Syftet med denna lag är att minska den miljöpåverkan som byggskedet har. En livscykelanalys över byggnaden kan därmed ge indikationer på vilka faktorer som kan förbättras ur miljösynpunkt. Det kommer vara byggherrens ansvar att miljödeklarationen fullbordas och hamnar hos Boverket [2.18].
En LCA består av fyra faser [2.17]. Dessa fyra faser presenteras nedan och i figur 11:
1. Definition av mål och omfattning
- Beslut om användningsområde, omfattning och mål. Bestäm vad resultaten skall användas till, vilka frågor som skall besvaras och vilka krav på datakvalité som skall finnas [2.1].
2. Inventeringsanalys
- En inventering på produkten och dess resurser i form av material och energi görs för att sammanställa vilka utsläpp som genereras [2.1].
3. Miljöpåverkansbedömning
- Utsläpp och användning av resurser relateras till olika miljöproblem. Exempelvis kan produktionen av betong redovisa sitt utsläpp av koldioxid och dess inverkan på miljön [2.1].
4. Tolkning
- Resultat skall tolkas med syfte att besvara de frågor som ställts vid punkt 1 [2.1].
17
Figur 11 - De olika faserna i en LCA [3.11]. En LCA är en upprepande process, det kan behövas gå fram och tillbaka mellan de olika faserna och göra justeringar under arbetet av en LCA [2.19].
2.6.1 Fas 1. Definition av mål och omfattning
Det första steget i en LCA är att definiera syfte och avgränsningar. Därmed formas även mål och omfattning [2.19]. Definitionen av mål beskriver varför LCA:n genomförs och vad resultatet kommer användas till. Avgränsningarna definierar omfattningen där det framgår vad som skall fokuseras på för att analysens målsättning skall uppfyllas [1.5].
Här blir det viktigt med tydlighet kring vad som inkluderas och dess syfte. Det skall även framgå vilken sorts miljöpåverkan som undersöks, exempelvis GWP. Anledningen av denna noggrannhet grundar sig i att analysen skall efterlikna ett så verkligt scenario som möjligt [2.19].
I Fas 1 definieras även den funktionella enhet som skall gälla. Syftet är att skapa en
referensenhet där input- och outputdata kan relateras. Den funktionella enheten måste därmed vara mätbar och tydligt definierad. Innebörden blir att mängden material och resurser som den funktionella enheten behöver skall specificeras. Enkelheten med en FE är att olika system kan jämföras med samma FE. Det är viktigt vid en jämförelse mellan två system att dessa är jämförbara med varandra [2.19].
18
Ett exempel kan vara att sätta FE till 1m2 yttervägg med ƛ=0.045𝑊/(𝑚 ∗ 𝐾). 1m2 yttervägg gjord av platsgjuten betong kan komma att kräva en annan mängd material och resurser än 1m2 innervägg gjord av platsgjuten betong eller vice versa för att uppnå samma prestanda.
I Fas 1 tittar man även på systemgränser. I den aktuella modellen definieras vilka processer som modellen skall innehålla genom systemgränser. Denna uppgift är inte alltid lätt, att se hur systemgränserna skall utformas. Det finns nästan inget slut på hur långt det går att titta i en livscykelanalys. Ett exempel är: Ett väggblock PanelPlus produceras av en maskin som i sin tur produceras av en annan maskin och så vidare. Någonstans måste det sättas en gräns var man skall börja. Ett riktmärke blir när en produkt eller process understiger två procent i påverkan av resultatet bör det inte inkluderas. Det kan därför vara på sin plats att göra en preliminär undersökning för att bestämma systemgränserna [2.19]. En livscykel gällande en byggnad är uppdelad i tre skeden som är [2.20]:
● Byggskedet
○ A1-3 Produktskede
■ A1 Råvaruförsörjning
■ A2 Transport
■ A3 Tillverkning
○ A4-5 Byggproduktionsskede
■ A4 Transport
■ A5 Bygg- och installationsprocess
● Användningsskede
○ B1-7
■ B1 Användning
■ B2 Underhåll
■ B3 Reparation
■ B4 Utbyte
■ B5 Ombyggnad
■ B6 Driftsenergi
■ B7 Driftens vattenanvändning
19
● Slutskedet
○ C1-4
■ C1 Demontering, rivning
■ C2 Transport
■ C3 Restproduktsbehandling
■ C4 Bortskaffning
2.6.2 Fas 2. Inventeringsanalys
Andra steget i en livscykelanalys är att göra en inventeringsanalys. Den omfattar insamling av data och beräkningar för att fastställa tillhörande in- och utflöden till det specifika
produktsystemet [1.5]. Systemet omvandlas till ett processträd eller flödesschema illustrerat i figur 12, där aktiviteterna delas upp i enhetsprocesser. Varje enhetsprocess har i sin tur ett in- och utflöde [2.19].
Figur 12 - Enhetsprocesser samlade i ett processträd [3.12].
Varje enhetsprocess in- och utflöden kvantifieras och tilldelas datakategorier. Varje datakategori har en egen miljöpåverkan, exempel på sådana är: utsläpp till luft med koldioxid, utsläpp till vatten med zink och resurser (bränning av kol) [1.5]. För att en inventering ska bli bra och välstrukturerad så att inget förbises, kan det vara fördelaktigt enligt Tillmann & Baumann (2002) att följa dessa sex steg [1.6]:
20
1. ”Bestäm produktens eller systemets materialsammansättning. Beräkna mängden material som krävs för att uppfylla den funktionella enheten. Rita ett processträd för systemet och bestäm systemgränserna.
2. Samla in uppgifter om de olika enhetsprocesserna. Inventera data för råvaru- och energibehov, utsläpp och avfall (datakategorier)
3. Normalisera genom att dividera datakategorierna för varje enhetsprocess med referensflödet genom enhetsprocessen.
4. Beräkna materialbalansen för varje enhetsprocess av processträdet relaterad till den funktionella enheten.
5. Beräkna emissioner, energi- och resursanvändning för varje enhetsprocess genom att multiplicera dess massflöde med normaliserade inventeringsdata för enhetsprocessen.
Summera därefter miljöbelastningen för samtliga enhetsprocesser.
6. Bedöm rimligheten av resultatet och förbättra vid behov datakvaliteten.”
2.6.3 Fas 3. Miljöpåverkansbedömning
Initialt delas miljöpåverkan upp i olika kategorier och kategoriindikatorer, dessa väljs efter syfte och avgränsningar för studien. De vanligaste redovisas nedan i tabell 1. Vidare värderas data från Fas 2 för att beräkna valda kategoriindikatorer [2.19].
Tabell 1 - Vanliga exempel på miljöpåverkanskategorier och kategoriindikatorer [3.13].
21 2.6.4 Fas 4. Tolkning av resultat
Den viktigaste fasen i en livscykelanalys är tolkningen av studiens resultat. Analys, utvärdering och förklaring av begränsningar skall utföras för att relevanta slutsatser skall kunna dras. Allt av det här blir essentiellt för att uppfylla måldefintionen och kunna applicera studien. Tolkningen kan komma att ligga som grund för till exempel; byte av material i en produkt och ändring i produktionsmetod eller drift [1.5].
2.6.5 Environmental Product Declaration - EPD
En Environmental Product Declaration, eller en EPD, är en miljödeklaration på en specifik byggprodukt för dennes miljöpåverkan under en hel livscykel. Denna används sedan för att göra en livscykelanalys när det kommer till en hel byggnad. EPD:n skiljer sig lite från en fullständig livscykelanalys då den presenteras i ett mer komprimerat format och kan i vissa fall vara avgränsad att bara täcka vissa skeden i en livscykel av en produkt. En EPD
innehåller oftast tre olika delar, produktblad, metodval och resultat. Det finns också en del produktspecifika regler att förhålla sig till vid uppförandet av en EPD. Dessa regler kallas PCR, product category rules och innehåller detaljerade riktlinjer för en vald produktgrupp gällande avgränsning, metodval, dataunderlag, med mera. En utförd EPD gäller vanligtvis i tre till fem år [2.21].
22
3. Metod och genomförande
I kommande kapitel redovisas de metoder och tillvägagångssätt som används under
genomförandet. En väl dokumenterad metod ger validitet och förståelse för arbetet och bistår med ett bra underlag.
3.1 Datainhämtning
En grundläggande del i genomförandet är att hämta in data och information gällande syftet med arbetet. I detta ändamål är en bra kontakt med producenterna av PanelPlus och
möjligheten att använda databanker på internet av stor vikt. Genom att erhålla relevant information av materialets egenskaper från tillverkarna kunna utföra så kvalitativ beräkning som möjligt.
3.1.1 LCA
Den funktionella enhet som bestäms är 1𝑚3 PanelPlus. Genom kontakt med KonTek kan förutsättningar för arbetet redovisas och förklaras. KonTek får i uppgift att leverera relevant information så genomförandet av LCA:n blir möjlig. Den information som är relevant för genomförandet av arbetet är receptet på PanelPlus för produktion i Istanbul. Tabell 2 nedan visar den information som levererats.
Tabell 2 - Levererade fakta från KonTek.
Tabellen gör gällande angående mängden av varje komponent för beräkning av 𝐶𝑂2!"#$ vid tillverkning och transporter till fabriken i Istanbul. Via EPD:er för varje komponent kan 𝐶𝑂2!"#$ hämtas och räknas om för att passa den funktionella enheten.
23
Vidare hämtas även data in från referensmaterial, i detta fall i form av uppbyggnaden av väggar i prefabricerad betong och platsgjuten betong. Till hjälp används EPD:er från närliggande producenter till Umeå och information gällande transporter tas fram. Alla uppgifter som hämtas från EPD:er är gällande skede A1 till A3. Sedan hämtas
transportsträckan för diverse komponent via Google Maps, med hjälp av EPD:er där
produktionsort finns beskrivet. Sammantaget täcks A1 till A4, det som tidigare hänvisats med uttrycket “vagga till grind”.
Via modellering och mängdning genom Revit kan volymerna bestämmas och användas i jämförelse med den funktionella enheten av PanelPlus.
3.1.2 Resurser
Med samspråk med tillverkarna på KonTek tas materialegenskaper fram som PanelPlus besitter och som är relevanta för genomförandet av arbetet. Resterande materialdata som behövs under utförandet hämtas från databanker, redovisade i tabell 3.
Tabell 3 - Sammanställning av levererade fakta från KonTek och databanker.
Genom att utgå från ett befintligt referensobjekt som är utfört med PanelPlus kan arbetet med resursjämförelsen genomföras på ett effektivt sätt, se bilaga A. Anledningen är att
referensobjektet är färdigdimensionerat efter ställda krav, både när det kommer till laster som byggnadens bärande fundament ska bära upp och tjocklekar på det yttre klimatskalet. Med hjälp av väsentligt materialdata, så som värmekonduktiviteten och dess bärförmåga, kan en verklighetstrogen omdimensionering genomföras i alternativa stommaterial.
24
Det här genererar information på den totala materialåtgången och vilka arbetsmoment som måste genomföras i de olika stomalternativen. En resursjämförelse kan nu beräknas fram med hjälp av förinställda tidskoder i Bidcon och med hjälp av komplettering av okända tidskoder.
De okända tidskoderna tas fram genom kontakt av flera återförsäljare av produkten och dess monteringstid och ett medelvärde beräknas fram. Fortsättningsvis kan ett resultat beräknas och levereras.
3.2 Litteraturstudier
Litteraturstudier är ett sätt att ta hjälp av tidigare publicerade vetenskapliga studier. Detta kan användas till hjälp i arbetet och ge en översikt över den kunskap som finns i dagsläget kring det aktuella ämnet. Litteraturstudier kan även hjälpa till med formulering av frågeställningar, val av metoder och jämförelse av resultat vid liknande studier. I arbetet kommer refererade källor deklareras under kapitlet Referenser där det finns en lista över vilka studier som används. Under arbetets gång läses och analyseras aktuella studier och avvägningar görs för att få med relevant information.
3.3 Beräkningar
För att kunna sammanställa de resultat som efterfrågas krävs beräkningar, både manuella och med hjälp av programvara. Vid framtagande av resultat för LCA måste olika enheter och volymer omvandlas för att kunna kombineras med respektive 𝐶𝑂2!"#$. Fullständiga
beräkningar återfinns i bilaga B. Vid framtagandet av resultatet gällande resursåtgången tas de materiella egenskaperna fram som byggnaden är uppbyggd av. Genom fysikaliska beräkningar och omvandlingar av importerad data från KonTek och databanker, fullständig presentation redovisas i bilaga C. Med hjälp av beräkningarna kan en realistisk
omdimensionering genomföras av de olika stommaterialen, med hänsyn till likvärdiga konstruktionella- och fysikaliska egenskaper. Vidare summeras de totala materialmängderna som respektive stomme är uppbyggd av. Resultatet av resursåtgången kan nu tas fram med hjälp av materialmängderna och genom att bryta ner de arbetsmoment som krävs vid upprättandet av de olika stommarna.
3.3.1 LCA-beräkningar
Utifrån den funktionella enheten räknas receptet på PanelPlus om så att mängden för varje komponent, kg/FE kan tas fram. Omräkningen resulterar i ett flödesschema, även kallat
25
processträd, se exempel i figur 13. Sammanlagt kommer det utformas två olika
flödesscheman, ett för produktion av PanelPlus i Turkiet och ett för produktion i Sverige.
Figur 13 - Flödesschema för en funktionell enhet PanelPlus producerad i Istanbul, Turkiet.
Med hjälp av EPD:er för de olika komponenterna kan 𝑘𝑔𝐶𝑂2!"#$ anpassas till rätt enhet för att kombineras och beräkna 𝑘𝑔𝐶𝑂2!"#$/𝑘𝑔 komponent. Resultatet från beräkningarna sammanställs i tabeller för produktion av PanelPlus i Istanbul respektive Umeå, se tabell 4 och 5.
Tabell 4 & 5 - 𝐾𝑔𝐶𝑂"#$2 /𝑘𝑔 per komponent producerat i Turkiet respektive Sverige.
26
Med hjälp av flödesschema och tabeller beräknas koldioxidutsläppet för produktionen av en funktionell enhet PanelPlus på respektive ort. Till en början måste de olika väggtyper som finns kalibreras och miljöpåverkan för varje väggtyp beräknas. Här ingår även att analysera de utfackningsväggar, innerväggar och ytterväggar som behövs vid byggandet i platsgjuten betong. Sammanlagt beräknas fjorton olika väggtyper och deras miljöpåverkan, se exempel i tabell 6, uppbyggnad av dessa visas nedan i tabell 13. Vidare måste även den miljöpåverkan som energiförbrukningen i fabriken för PanelPlus beräknas och adderas till de olika
väggtyper som tillhör PanelPlus. Här måste både produktionen av PanelPlus i Istanbul samt Umeå tas i beaktning.
Tabell 6 - Exempel på utfackningsväggar och dess klimatpåverkan.
Nästa steg blir att ta hänsyn till de transporter som krävs för att frakta de olika väggtyperna från fabrik till byggplats. Miljöpåverkan för transporten av utfackningsväggarna och de bärande väggarna beräknas genom att ta reda på sträckorna mellan produktionen för de olika komponenterna till byggplatsen. Transporten för PanelPlus och dess miljöpåverkan räknas från produktionsställen för komponenterna till fabriken i Istanbul och det färdiga
väggelementens färd från Istanbul till Umeå. På samma sätt beräknas det om produktionen hade varit belägen i Umeå, det vill säga komponenternas resa till den fiktiva fabriken i Umeå redovisat i tabell 7. Till sist summeras miljöpåverkan för de olika väggelementen med sina respektive transporter och energibehov. Med hjälp av mängdningen kan den totala mängden 𝑘𝑔𝐶𝑂2!"#$ för de olika referensbyggnaderna tas fram och en fullständig miljöpåverkan beräknas. Med det här resultatet kan en jämförelse göras mellan de olika byggmetoderna.
27
Tabell 7 - Miljöpåverkan för transport av PanelPlus från Istanbul.
3.3.2 Resurser
En av frågeställningarna som finns angående PanelPlus är hur väl byggmaterialet står sig under själva byggprocessen. En avgörande faktor är hur mycket resurser som krävs, både tidsmässigt, behov av arbetskraft och maskiner.
3.3.2.1 Materialegenskaper och beräkningar
I syftet att beräkna resursåtgången för de olika byggmetoderna utförs en dimensionering av referensbyggnaden i PanelPlus. Materialegenskaper tas fram och bärighet beräknas för att kunna omvandla referensbyggnaden till platsgjuten betong. Alla uppgifter och beräkningar återfinns i bilaga B.
3.3.2.2 Referensobjekt och modellering
Den resursåtgång som krävs för att upprätta en byggnad baseras på de arbetsmoment som måste utföras och mängden material som går åt. Genom att utgå från ett befintligt
referensobjekt öppnas möjligheterna att kunna genomföra en kvalitativ jämförelse mellan olika val av stomsystem. Vid det här arbete tilldelades en planlösning av en befintlig bostadsbyggnad från Istanbul, se figur 14.
Figur 14 - Planlösning av referensobjekt uppfört i PanelPlus
28
Byggnaden är upprättad med PanelPlus-teknologin där bärande fundamenten består av olika PanelPlus-väggar som visas i figur 15 och prefabricerade betongelement. Sammantaget har konstruktionen god förmåga att ta till vara på den normalkraft som den utsätts för. Detta beror på att merparten av alla väggar som byggnaden består av bidrar med bärighet.
Avsaknaden av armering i PanelPlus genererar en bristfällig förmåga att hantera horisontella laster och moment. Denna problematik löses med att integrera in bärande betongelement som tar hand om dessa krafter.
Figur 15 - PanelPlus-väggtyper, se tabell 8 för dimensioner
Med hjälp av BIM-programmet Revit kan en 3D-modellering påbörjas. Till en början importeras den givna planlösningen in i programmet. En justering av ritningen storlek och skala behöver kontrolleras för att den slutgiltiga 3D-modellen ska besitta skalenliga värden.
En uppbyggnad av gridlines (x- och z-axel) och levellines (y-axel) är nödvändig för att underlätta modelleringsarbetet, då det ger möjligheten att växla mellan olika våningsplan.
Genom en okulär granskning av ritningens olika väggtyper påbörjas en så
verklighetsförankrad 3D-modellering som möjligt. Det innebär att börja skapa nya väggtyper i menyvalet Properties med de materialinnehåll som utläses ur ritningen. Därefter placeras väggarna ut där de ska vara enligt ritning. Den valda våningshöjden i arbetet är 2800
millimeter (inklusive bjälklag på 300 millimeter). Ritningen som tilldelades illustrerar endast planlösningen på våning ett. På grund av att varje lägenhet besitter tillgång till en trapp upp till ett övre plan behövs en omstrukturering och omprojektering genomföras på sagda plan.
Lösningen blir att använda sig av samma planlösning på våning två som på våning ett men med ett tillkommande förrådsutrymme som tillhör lägenheten under.
29
Konsekvensen blir att lägenheter på plan två får en mindre boendeyta och avsaknad av en trapp. Vidare utformas ett kombinerat förråd- och fläktrumsutrymme på våning tre och en färdig 3D-modell av byggnaden kan presenteras, se figur 16.
Figur 16 - 3D-modell av tvåvåningsbyggnad.
För att få en djupare analys på material- och resursåtgången bestäms det att utföras en ytterligare 3D-modell av samma byggnad men med tillkommande sex våningar illustrerat i figur 17. Anledningen är för att utreda eventuella skillnader i utförandet av ett större byggnad kontra en mindre. Ökningen av våningsantalet medför att en hiss måste finnas tillgänglig i byggnaden enligt gällande branschregler [2.22]. Genom att omstrukturera planlösningen i lägenhet 103 öppnas möjligheterna upp för det tillkommande hisskravet vilket visas i figur 18.
Figur 17 - 3D-modell av åttavåningsbyggnad.
30
Figur 18 - Planlösning av referensobjekt uppfört i PanelPlus med tillkommande hisschakt.
3.3.2.3 Omdimensionering
Ett omdimensioneringsarbete grundar sig till stor del i att efterlikna de fysikaliska egenskaper byggnaden besitter och att på ett effektivt sätt bevara den arkitektoniska utformningen.
När 3D-modelleringen och de nödvändiga omstruktureringarna av planlösningen är
genomförda kan en omdimensionering till alternativa stommaterial påbörjas, med hänsyn till bärförmåga. Genom att granska liknande byggnader, upprättade i betong, utformas de
vanligtvis med bärande hjärtväggar som löper genom byggnaden. En del av de yttre väggarna kompletteras med utfackningsväggar, som har god isoleringsförmåga men med icke bärande funktion, se figur 19 och 20.
Figur 19 - Uppbyggnad av referensbyggnad i betong och dess olika vägtyper.
31
Figur 20 - Väggtyper i betongbyggnad, se tabell 13 för dimensioner.
Det förekommer även branschkrav gällande brandceller i bostadsbyggnader och de är vanligtvis mellan lägenheterna [2.23]. Med tidigare underlag och en granskning av given planritning väljs lämplig placering av de bärande fundamenten ut i betongstommen. Dessa väggar delas in i olika zoner som illustrerar den influerade arean som dessa väggar kommer bära upp som visas i figur 21.
Figur 21 - Zonindelning av influensareor för platsgjuten betong
När dessa zoner är framtagna genomförs en exakt överensstämmande zonindelning över planritningen med bärande PanelPlus-väggar, se figur 22. De bärande väggarna som är innanför respektive zon summeras och en uträkning av den totala bärförmåga dessa innehar
32
tas fram, se bilaga C. Den zon som bidrar med störst bärförmåga är den som bärande betongväggarna dimensioneras efter. Tjockleken på de bärande materialdelarna i dessa väggar justeras så att summan efterliknar dimensionerande zon.
Figur 22 - Zonindelning av influensareor för PanelPlus
Fortsättningsvis undersöks den nödvändiga isoleringsförmåga som betongstommen
klimatskal bör ha för att efterlikna PanelPlus projekteringen. Denna beräkning av PanelPlus isoleringsförmåga återfinns i bilaga C. Med beräkningarna som utgångspunkt justeras
dimensionerna på den tillkommande tilläggsisoleringen till de yttre betongväggarna så att den slutgiltiga U-värdet blir densamma, i det här fallet mineralull och en total tjockleken tas fram.
Samma tillvägagångssätt genomförs med utfackningsväggarna.
3.3.2.4 Materialåtgång
När modellering och dimensioneringen är utförd sammanställs den totala mängden av respektive material som behövs vid upprättandet av byggnaden, redovisas i bilaga B.
Genom framtagningen av materialmängderna för varje stomalternativ kan en analys av den resursåtgång som krävs påbörjas.
3.3.2.5 Resursåtgång
Vid framtagning av resursåtgången används kalkylerings programmet Bidcon som är speciellt framtaget för bygg-, anläggnings- och installationsbranschen. Programmet består utav en omfattande databas av material och arbetsmoment som är direkt kopplade till aktuella tid- och prislistor. Bidcons tidlista är direkt baserat på ATL-listan. Listan är ett samlat
33
dokument på tidsåtgången som ett specifikt arbetsmoment tar att genomföra framställd av respektive fackförbund. Framtaget genom observation, dokumentation och analysering av tidigare utförda projekt och presenteras som ett tidsmässigt medelvärde i form av enhetstider och nyckeltal. Bidcons prislistor består av generella systempriser som materialet och
resurserna kostar [2.24].
Dessa variabler är justerbara i programmet och gällande värden fylls i efter de varierande materialmängderna av stomalternativen. Ett noggrant arbete med framtagning av en nyttokalkyl påbörjas där delmomenten, materialåtgång och resursåtgång som kommer att utföras under upprättningen av byggnaden tas fram. Ett slutresultat från Bidcon kan presenteras i form av en slutsida av respektive stomsystem och våningshöjd. Slutsidan redovisar totala summan av arbetstiden och den totala anbudssumman.
34
4. Resultat
Redovisning av de resultat som berör syftet med arbetet. Nedan ses resultatet från
mängdning av referensobjekt och resursjämförelsen. Via tabeller visas även resultatet från jämförelsen angående miljöpåverkan mellan de olika byggmaterialen. Fullständiga
beräkningar och resultat återfinns i bilaga B.
4.1 Resultat av mängdning
Framtagning av volymen för respektive väggtyp som referensobjektet var uppbyggd av sammanställdes i tabell 8. Materialuppbyggnaden av respektive vägg går där att avläsas och dess totala dimensionerna som erfordras vid uppbyggnad.
Tabell 8 - Materialåtgång och dimensioner av tvåvåningsbyggnad av PanelPlus-stomme,
Vid sammanställningen av de olika indelningarna av zonerna och den totala bärförmågan som respektive zon besatt, togs den dimensionerande bärförmågan fram. Genomförandet gick till genom summering av de bärande delarnas totala längd och effektiva area som sedan multiplicerades med materialens spänningskapacitet vid tryck. Den zon som visade högsta bärande egenskap var zon tre med ett värde på 42,35 MN, redovisat i tabell 9.
Tabell 9 - Zonegenskaper och bärförmåga av tvåvåningsbyggnad av PanelPlus-stomme
En översikt av den procentuella fördelningen av de olika väggarna sammanställdes och presenterades i figur 23. Ur diagrammet kan man avläsa att 32 procent av byggnadens väggar består av PPyt, som i sin tur är den dominerande materialet i denna byggnad bestående av två våningar.
35
Figur 23 - Materialfördelning av tvåvåningsbyggnad av PanelPlus-stomme
För att få en mer djupgående analys genomfördes en omdimensionering till ett
åttavåningshus. Målet var att se eventuella skillnader mellan materialåtgången vid större och mindre byggnader som upprättats med PanelPlus-teknologin. Summeringen av materialet i denna byggnad och dess totala material mängden redovisas nedan i tabell 10.
Tabell 10 - Materialåtgång och dimensioner av åttavåningsbyggnad av PanelPlus-stomme
Eftersom våningshöjden ökade tillfördes ett hisschakt och mängden av bärande
väggfundament ökade i zon två, vilket kan ses i tabell 11. Den dimensionerande zonen på 42,35 MN kvarstår.
Tabell 11 - Zonegenskaper och bärförmåga av åttavåningsbyggnad av PanelPlus-stomme
Vid jämförelse av huskropparnas materialfördelning, visat i figur 23 och figur 24, kan bland annat slutsatsen dras att PPyt minskat med 3,2 procent och Pbtg2 ökat med 5,3 procent. Det sker när antalet våningar ökar från två till åtta våningar.
36
Figur 24 - Materialfördelning av åttavåningsbyggnad av PanelPlus-stomme
Med hjälp av framtagna data på dimensionerande bärförmåga i zon 3 (tabell 9) genomfördes en omdimensionering till ett alternativt stomsystem av platsgjuten betong. Genom en
individuell justering på betongväggarnas dimensioner så att den resulterande bärförmågan efterliknade den framtagna. Resultatet av denna justering blev 44,77 MN, som är godtyckligt nära 42,35MN, redovisat i tabell 12.
Tabell 12 - Bärförmåga av Betongstomme i zon tre.
Betongstommens olika väggtyper och dess uppbyggnad i tvåvånings- respektive
åttavåningshuset redovisas via tabell 13 och 14. Där kan de valda dimensionerna avläsas och summeringen av den totala materialåtgången.
Tabell 13 - Materialåtgång och dimensioner av tvåvåningsbyggnad av Betongstomme.
37
Tabell 14 - Materialåtgång och dimensioner av åttavåningsbyggnad av Betongstomme.
Vidare sammanställdes fördelningen av de väggtyper för respektive referensbyggnad som betongstommen består av på liknande sätt som tidigare allokering av PanelPlus-stommen, se figur 25 och 26.
Figur 25 - Materialfördelning av tvåvåningsbyggnad av Betongstomme
Figur 26 - Materialfördelning av åttavåningsbyggnad av Betongstomme.
4.2 Resultat av Resursjämförelsen
Med hjälp av framtagna resultatdata från Bidcon, som återfinns i bilaga D, sammanställs resultatet i tabell 15 nedan. Vid granskning av data kan man dra slutsatsen att
resursbesparingar, av ett tvåvåningshus med tillkommande fläktrum upprättad med ett PanelPlus-system, motsvarar 470 timmar. Den procentuella skillnaden blir 13,45 procent jämfört med en betongstomme. Värdet ökade till 17,79 procent när vi tittar på en
38
åttavåningsbyggnad och dess totala resurstimmar. Antalet timmar som sparas in är 2300 timmar, se sammanställning i figur 27.
Tabell 15 - Antal resurstimmar vid uppbyggnad
Figur 27 - Resursjämförelse mellan PanelPlus och platsgjuten betong
4.3 Resultat av LCA
Det inledande arbetet blev att ta fram antal 𝑘𝑔𝐶𝑂2!"#$ för de olika väggtyper av PanelPlus som behövs vid uppförandet av de referensobjekt som modellerats. I tabell 16 nedan går det att avläsa de olika väggtyperna och dess miljöpåverkan per kubikmeter PanelPlus. Här läggs även till miljöpåverkan för de utsläpp av 𝐶𝑂2!"#$ som transporterna samt energiförbrukning vid produktion medför.
39
Tabell 16 - Miljöpåverkan vid produktion av PanelPlus i Istanbul och Umeå
Vidare presenteras resultat av miljöpåverkan för de fyra olika utfackningsväggar som används som komplement vid uppbyggnad av referensobjekt i platsgjuten betong, se tabell 17.
Tabell 17 - Miljöpåverkan vid produktion av utfackningsväggar i Sverige
Det sista delmomentet av livscykelanalysen är utredningen av de olika bärande
väggelementen; platsgjuten betong och prefabricerad homogen betong, redovisat i tabell 18.
Tabell 18 - Miljöpåverkan vid produktion av betongväggar i Sverige
40
Den slutgiltiga sammanställningen med alla faktorer inräknade klargörs nedan i tabell 19.
Detta gällande utsläpp av 𝐶𝑂2!"#$vid produktion av de olika väggtyperna tillhörande
referensobjektet med två våningar uppförda antingen med platsgjuten betong eller PanelPlus producerad i Turkiet respektive Sverige.
Tabell 19 - Resultat miljöpåverkan av tvåvåningshus
Med samma tillvägagångssätt som ovan men med de uppdaterade volymerna beträffande åttavåningshus som referensobjekt, summeras de olika utförandena i tabell 20. Det slutgiltiga resultatet på miljöpåverkan i 𝐶𝑂2!"#$redovisas i gula fält i tabellerna i enheten ton.
Tabell 20 - Resultat miljöpåverkan av åttavåningshus
För att få en tydligare överblick över de slutliga resultaten av miljöpåverkan, baserat på uppförandet av referensbyggnaderna, sammanställdes de i ett diagram, se figur 28.
Figur 28 - Diagram över miljöpåverkan för olika byggmaterial
