Energikostnader vid uttorkning av byggfukt i betongbjälklag
En beräkningsnyckel för uttorkningsplaner
Energy costs in drying construction water in concrete floors
A calculation key for drying out plans
Författare:
Karin Fernström & Viktoria GranathUppdragsgivare:
Skanska Healthcare ABHandledare:
Maria Norberg, Skanska Healthcare AB Anders Kumlin, KTH ABEExaminator:
Per Roald, KTH ABEExamensarbete:
15 högskolepoäng inom Byggteknik och DesignGodkännandedatum:
2014-06-18Serienr:
BD 2014;09Omslagsbild: Illustration över Nya Karolinska sjukhuset Solna (NKS, 2013)
Sammanfattning
Fukthantering är idag, trots god kunskap inom ämnet, ett stort problem inom byggproduktion då tunga betongstommar ska torkas ut under pressade tidsplaner. Det finns en uppsjö av beräkningsmetoder och hjälpmedel, exempelvis ByggaF och Torka S. Däremot finns inget enkelt sätt att kombinera uttorkning, energiåtgång och kostnader som är användbart i produktionen.
Miljön är kanske ett av det här århundradets största samhällsproblem. Lokala brister kan få globala konsekvenser och för att bygga ett hållbart samhälle måste detaljnivån studeras. Byggbranschen är en stor energibrukare där stor vikt på energibesparingar läggs i förvaltningsskedet, medan det försummas i produktionsskedet. Överkonsumtion av energi är kostsamt, vilket olyckligtvis betyder mer för många än dess miljöpåverkan. Genom att ta fram en metod som förenklar och påvisar möjligheterna till kostnadsbesparingar kan både miljövinster och ekonomin gynnas, såväl för företag som samhälle.
Med Skanskas högt satta miljömål, bland annat gällande energianvändningen är det därför intressant att jämföra energin som åtgår för ett driftår under produktionen med ett driftår under förvaltningsskedet. Efter att ha tagit del av intern dokumentation gällande fuktdimensionering, mätningar och egna mätningar med värmekamera samt Testo-loggar har tolkningar av data resulterat i beräkningar av effekt- och energiförluster. Resultatet visar energiåtgången och kostnadsskillnader per kvadratmeter, vilket ligger till grund för bestämningen av parametrar till en beräkningsnyckel i Excel-format.
Beräkningsnyckeln är en förenklad metod där hänsyn tas till dels projektspecifika parametrar och dels generella parametrar som berör fuktmekanik. Förhoppningen är att den ska vara tydlig och användarvänlig för att kunna appliceras i kommande projekt.
Nyckelord: uttorkning, beräkningsnyckel, betong, energiåtgång, energikostnad, tätt hus, byggfukt, NKS, föredöme inom miljöarbete, energiåtgång i byggproduktion
Abstract
Moisture in building construction is today, despite adequate competence, a large problem within the building process, when massive concrete constructions need to be dried out of construction water during a short time. There are numerous calculation methods and tools, e.g. ByggaF and TorkaS.
However at this time, there is no simple way to be used during the manufacturing process that combines the process of drying out water, its use of energy and costs.
The environmental issue is perhaps one of the largest problems the society has yet to tackle during this century. Local shortcomings could have global effects, and in order to build a sustainable community, the key is in the details. The construction business is a huge consumer of energy, where large significance is put on energy savings after the production during maintenance, and sadly neglected during the production process. Excessive consumption of energy is costly, which unfortunately has more importance to some than its impact on the environment. By producing a method that simplifies and demonstrates the opportunities for cost-savings, environmental- and financial benefits can be proven, locally for the company, as well as globally.
Skanska’s own high environmental goals, the use of energy among other things, are reason alone for the interest of comparing the amount of energy used during a year of production to a year of maintenance. After reviewing internal documentation regarding the handling of construction water and measured data as well as conducting complementary measurements with a thermo camera and Testo logger, the interpretations of data has resulted in calculations regarding power and energy requirements. The result shows the amount of used energy and cost differences per square meter and is the basis of determining parameters for a calculation key, programmed in Microsoft Office Excel.
The key is a simplified method where consideration is taken to project specific parameters as well as general parameters regarding moisture mechanics. The expectation for the key is clarity and usability for easy application in future projects.
Key words: Drying of construction water, calculation key, concrete, energy consumption, energy costs, airtight building, construction water, NKS, role model in environmental work, use of energy in building construction
Förord
Energikostnader vid uttorkning av byggfukt i betongbjälklag – en beräkningsnyckel för uttorkningsplaner är ett resultat av ett kandidatexamensarbete för Högskoleingenjör inom Byggteknik och Design, 180 högskolepoäng vid Kungliga Tekniska Högskolan.
Studien har genomförts i samarbete med Skanska Healthcare på Nya Karolinska Solna under våren 2014.
Vi vill rikta ett stort tack till vår handledare på Skanska Healthcare, Maria Nordberg. Utan din hjälp och dina lugnande och uppmuntrande samtal skulle vi inte kommit fram till någon vidare slutsats och resultatet inte blivit enligt våra mål och förhoppningar. Tack för ditt förtroende för oss.
Vi vill också tacka AK Konsult med Anders Kumlin, ”Mister Moisture”, i spetsen, med sin tillsynes outtömliga kunskap som varit ovärderlig för oss, Göran Sjölund som agerat bollplank för alla våra funderingar och Ingrid Johansson för hjälp med instrument och beräkningsprogram.
Sist men inte minst vill vi tacka NKS miljöteam samt medarbetarna i fas 4, särskilt Jimmy Pettersson och Thomas Sehlàn. Tack för att vi känt oss välkomna och väl omhändertagna.
Karin Fernström Viktoria Granath Solna, maj 2014
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 1
1.1. Bakgrund ... 1
1.1.1. Nya Karolinska Solna ... 1
1.1.2. Miljökrav i världsklass ... 2
1.1.3. Uttorkning av byggfukt ... 2
1.2. Syfte ... 2
1.3. Frågeställningar ... 3
1.4. Avgränsningar ... 3
1.5. Metod ... 3
1.5.1. Litteraturstudie ... 3
1.5.2. Platsbesök ... 3
1.5.3. Mätningar ... 3
2. Fukt ... 5
2.1. Fukt i luft ... 5
2.2. Fukt i material ... 5
2.3. Fukt i jämvikt ... 5
2.4. Fuktkällor ... 6
2.4.1. Nederbörd ... 6
2.4.2. Luftfukt och kondens ... 6
2.4.3. Byggfukt ... 7
2.5. Fuktskador ... 8
3. Värme ... 9
3.1. Värmeledning ... 9
3.2. Strålning ... 9
3.3. Läckage ... 9
4. Luft ... 11
4.1. Torkklimat ... 11
4.2. Lufttryck ... 11
4.3. Infiltration ... 12
5. Fukttransport ... 13
5.1. Konvektion ... 13
5.2. Diffusion ... 14
6. Betong ... 15
6.1. Härdning ... 15
6.2. Betongkvalitet ... 15
6.3. Tillsatser ... 16
6.3.1. Superplasticerare ... 16
6.3.2. Acceleratorer ... 16
6.3.3. Krympreducerare... 17
6.3.4. Antifrost ... 17
6.4. Extra luft ... 17
7. Uttorkning ... 19
7.1. En process i tre steg... 19
7.2. Torkmetoder ... 19
7.2.1. Avfuktning ... 20
7.2.2. Ventilation och värme ... 20
7.3. Materialets påverkan ... 20
7.4. Årstider ... 20
8. Energi ... 21
8.1. Energi i driftskedet ... 21
8.2. Energiförluster ... 21
8.2.1. Transmissionsförluster ... 21
8.2.2. Ventilationsförluster ... 21
8.2.3. Infiltrationsförluster ... 21
8.2.4. Effekt (P)- och energibehov (W) ... 22
8.3. Energi i produktionsskedet ... 22
9. Verktyg och beräkningsmodeller ... 23
9.1. Verktyg för optimering av byggtorkning ... 23
9.2. ByggaF ... 24
9.4.2. SBUFs lathund ... 27
9.5. Fuktsäkerhetsarbetet i projektet ... 28
10. Projektspecifikt ... 29
10.1. Bjälklag och provisoriska lösningar... 29
10.2. Torkutrustning ... 30
10.3. Konstruktionsdelar påverkade av utomhusklimat ... 31
10.3.1. Generella antaganden ... 32
11. Resultat ... 33
11.1. Förutsättningar för uttorkning ... 33
11.1. Beräkningsnyckel ... 35
11.2. Effekt- och energibehov ... 36
11.3. Mätningar med klimatloggar värmekamera ... 38
11.4. Fuktsäkerhetsarbete ... 39
11.5. Beräkningsverktyg för uttorkningstid ... 40
12. Diskussion ... 41
12.1. Beräkningsnyckel ... 41
12.1.1. Svagheter ... 41
12.1.2. Styrkor ... 41
12.2. Beräkningsverktyg för uttorkning ... 42
12.3. Förutsättningar för uttorkning ... 43
12.4. Energieffektivisering i produktionsskedet ... 45
13. Slutsats ... 47
14. Förbättringsmöjligheter ... 49
14.1. Luftslussar vid passager och entréer som används ofta ... 49
14.2. Använda betong med vct 0,4 ... 49
14.3. Strukturerat och kommunicerat fuktsäkerhetsarbete ... 49
14.4. Ett normaldimensionerat värmesystem ... 49
14.5. Åtgärder av otätheter i provisoriska väggar ... 49
15. Referenser ... 51
15.1. Litterära källor ... 51
15.2. Muntliga källor ... 52
15.3. Webbaserade källor ... 52
Bilaga 1 - Beräkningar ... 55
Bilaga 2 - Beräkningsnyckel ... 61
Bilaga 3 - TorkaS-simuleringar 68
Terminologi
Ånghalt Luftens ånghalt definieras som vattenångans densitet i fuktig luft och
betecknas, = [ ]
Mättnadsånghalt Den maximala mängd vatten som luften kan innehålla vid en viss temperatur. Mättnadsånghalter vid specifika temperaturer finns angivna i tabellverk, exempelvis i Fukthandboken. Betecknas,
[ ]
Daggpunktstemperatur Den temperatur där mättnadsånghalten är uppfylld. När luftens temperatur sänks till dess daggpunktstemperatur kan den inte längre hålla all vattenånga och kondens fälls ut.
Relativ fuktighet Luften innehåller naturligt en del vattenånga som varierar med temperatur och årstid. Den i luften aktuella ånghalten under rådande temperatur i förhållande till mättnadsånghalten ger ett mått som kallas relativ fuktighet(RF).
= [%]
Kritisk RF En nivå som anger när risk för fuktbetingade skador föreligger. Olika värden för olika material.
Fukthalt Anger hur många kilo vatten det finns i ett material per kubikmeter och betecknas,
= [ ]
Fuktkvot Anger förhållandet mellan fuktinnehållet i kilo och vikten torrt material i kilo och betecknas,
= ä ä ö å [ ] [ ] [%]
Fukttillskott En definition av ånghaltsskillnaden mellan inom- och utomhus. Den mängd fukt som tillförs i byggnaden baserad på den producerade fukten, G, luftomsättningen per tidsenhet, n, samt den ventilerade volymen, V.
= [ ]
= [ ]
Ånggenomsläpplighet Ett mått på ett materials förmåga att släppa igenom fukt. Koefficienten
[ ]
Ånggenomgångsmotstånd Ett materials förmåga att stå emot ångtransport, betecknas Z.
Z = [ ]
Värmeledningsförmåga Ett materials förmåga att leda värme, betecknas [ ]
Vct Vattencementtal, vct, är kvoten mellan mängden vatten i kilo och cement i kilo. Vanlig riktlinje för kvalitet vid val av betong.
Byggfukt Den mängd vatten ett material ska avge för att det ska komma i jämvikt med omgivningen.
Kemiskt bundet vatten Binds när cementet kommer i kontakt med vatten (hydratation).
Fysikaliskt bundet vatten Binds i porväggarna på grund av kapillaritet.
Väderskydd Ett tillfälligt skydd mot väder och vind för konstruktionen under produktionen, ofta någon form av plast.
Värmefläktar Det tork- värmesystem som används för att genom värme och luftflöde skapa ett torkklimat i byggnaden.
Luftomsättning Begreppet innefattar hur ofta en luftvolym helt byts ut för att förnyas.
Anges i antal omsättningar per timme, [h-1].
Atemp Arean för den yta som ska värmas till minst 10°C.
Tätt hus Ett hus anses tätt när klimatet tillåter styrning och reglering. Kan uppnås genom ett väderskydd av tillräcklig övertäckning och täthet eller fullständig fasadtäckning.
Beräkningsnyckel Vad som egentligen är en beräkningsnyckel är svårt att definiera. Vår tolkning är det beräkningsverktyg vi programmerat i Microsoft Excel där data förs in och beräknas digitalt för att få ut ett resultat i form av det eftersökta värdet.
Inledning 1.
Bakgrund 1.1.
1.1.1. Nya Karolinska Solna
I takt med att Stockholm och Sverige växer ökar behovet av högspecialistvård och akutvård. Därmed är det viktigt för framtiden att ha ett modernt sjukhus som kombinerar forskning, utbildning och sjukvård. En utredning inleddes under 2001, där behovet av ett helt nytt universitetssjukhus konstaterades och platsen för detta skulle bli i anslutning till nuvarande Karolinska Solna, mellan Karolinska vägen och Solnavägen. Lokaliseringen i den nya stadsdelen Hagastaden som även ska inrymma ca 5000 bostäder syftar till att bidra till en förening mellan Solna och Stockholm stad.
Efter en formgivningstävling som vanns av ett samarbete mellan White Arkitekter och Tengbom, White Tengbom Team (WTT), klarnade visionen om områdets gestaltning. Det slutgiltiga beslutet att bygga sjukhuset enligt WTTs förslag togs av Stockholms Läns Landstingsfullmäktige under våren 2008. Projektet är Sveriges första OPS-upphandlade projekt, så kallat Offentlig Privat Samverkan, där det stod klart att ett konsortium mellan svenska Skanska och brittiska Innisfree (Skanska Healthcare AB) skulle finansiera och uppföra det nya sjukhuset.
Storleken på projektet gjorde att bygget delades upp i sju stycken faser med olika tider för färdigställande. Byggstart sattes till sommaren 2010 och den första överlämningsdagen är redan passerad, där parkeringshuset stod klart i december 2012. I sjukhusets första del förväntas den första patienten kunna tas emot under 2016. Hela sjukhuset med alla dess delar beräknas vara i drift mars 2018.
Bild 1. Situationsplan över Nya Karolinska Solna med markering över rapportens områdesavgränsning (NKS, 2013)
1.1.2. Miljökrav i världsklass
Det finns en omfattande miljöprofil som präglar hela projektet från projektering, genom produktionen och för framtida drift. Dels ställer Stockholms Läns Landsting höga miljökrav, men utöver det har Skanska en ambition om att bli världens mest gröna byggföretag. Detta resulterar i ett strävansmål att så väl slutresultatet som hela byggprocessen ska uppnå Grön arbetsplats Silver, Miljöbyggnad Guld samt LEED Gold.
Grön arbetsplats är Skanskas egen miljömärkning av arbetsplatsen. Innebörden är ett övergripande miljövänligt tänk gällande transporter, material och återvinning, förbrukningsmaterial i etableringen samt energival och förbrukning. Under byggskedet är fjärrvärme den största energikällan, därefter sker energiförsörjningen genom en kombination av en egen bergvärmeanläggning, fjärrvärme och fjärrkyla samt återvunnen energi från ventilationsluft (NKS, 2011).
1.1.3. Uttorkning av byggfukt
100 000 m3 betong är beräknat att åtgå för hela sjukhusbygget. Betongen innehåller en stor mängd vatten där en viss del av det fysikaliska vattnet måste torkas ut genom uppvärmning. Många arbetsmoment är beroende av att den relativa fuktigheten i betongen sjunker till en viss nivå och en fördröjning kan bli kostsam. I normala fall görs byggnaden helt tät innan värmen sätts på och uttorkningen startar, så kallat ”tätt hus-principen”. På grund av projektets storlek och tidsplan är detta inte fullt möjligt. Uppvärmningsprocessen inleddes under hösten 2012 och huskroppen är än idag inte tillräckligt tät. Till största del är byggnaden fasadtäckt eller väderskyddad, men vissa delar står helt öppna, vilket medför att det blir svårt att få ett bra torkklimat, både på grund av vatten- och värmeläckage.
Landstinget ställer krav på en helt PVC-fri miljö. I sjukhusdelen används därför en speciell PVC-fri matta på en stor del av golvytorna. Limmet till mattan har en kritisk relativ fuktighet på 85 %. Att inte uppnå den eftersökta relativa fuktigheten i tid leder till problematiska och dyra förseningar.
Enligt Skanskas egen fuktsäkerhetsplan får luften i byggnaden inte underskrida 10 C och den relativa fuktigheten inte överskrida 60 % för att erhålla en bra uttorkning. Dessutom får inte fukttillskottet överskrida 3 g/m3. Olika beräkningsfall på plattan är gjorda baserade på olika uppbyggnad och vct, det vill säga förhållandet mellan mängden vatten och cement i betongreceptet. Detta innebär att det optimala torkklimatet varierar mellan olika delar av byggnaden. Årets milda vinter med en mindre mängd indrivande snö har inneburit en lägre belastning och mer gynnsam för uttorkningen. Trots det har uttorkningen tagit längre tid än planerat.
Syfte
1.2.
Frågeställningar 1.3.
Vad påverkar den faktiska uttorkningstiden som gör att den skiljer sig från den beräknade enligt gällande förutsättningar?
Är det möjligt att skapa en beräkningsnyckel i Excel som på ett användarvänligt sätt kombinerar betongens uttorkningstid med den faktiska kostnaden för densamma?
Vilka åtgärder kan förbättra uttorkningen och vilka effekter leder det till?
Avgränsningar 1.4.
Arbetet har avgränsats till en av projektets faser. Fasen är den näst största och omfattar 13 våningsplan om cirka 3000 m2 vardera. Vidare har en avgränsning gjorts till ett specifikt våningsplan, plan fem i huskropp U1:5 och U1:6. Huskropp U1:6 ligger före U1:5 i tidplanen och mattläggning är planerad där först, vilket gör plan fem i den huskroppen extra intressant. Plan fem har använts som referens, men i vissa fall har det ändå varit nödvändigt att se till hela byggnadens situation och förutsättningar.
Då arbetet syftar till att komma fram till byggnadens energikostnad har det undersökts var värmen tar vägen samt energiåtgången för uttorkningen. Det är fuktförhållandet i betongen som är väsentligt, men lufttemperaturen är även intressant då den är avgörande för torkklimatet.
Fuktförhållandet har undersökts till dess att ytskiktet lagts, det vill säga lämnat frågan om hur fukten omfördelas och betongen torkar efter exempelvis mattläggning.
Arbetet har avgränsats till en torkmetod, ventilation och värme eftersom det är den metoden som används i projektet.
Metod 1.5.
1.5.1. Litteraturstudie
Faktainsamlingen har varit en viktig del av arbetet. För att nå ett korrekt och användbart resultat med rapporten har stor vikt lagts på att den information som använts ska vara korrekt. Från utbildningen finns kurslitteratur inom området som av sakkunniga personer anses ansenlig. Därför omfattas litteraturstudien till stor del av dessa.
1.5.2. Platsbesök
Under hela arbetets gång har besök på byggarbetsplatsen gjorts och observationer på saker som kunnat förbättras och legat i riskzonen för framtida problem noterats. Deltagande på Skanskas fuktsäkerhetsronder har även ingått, samt miljöteamets veckomöten.
1.5.3. Mätningar
Enligt Skanskas fuktplan mäts temperatur, daggpunktstemperatur och relativ fuktighet i betongen kontinuerligt. Data som tillhandahållits av Skanska har använts, men också kompletterats med egna mätningar. Luftens temperatur och relativ fuktighet har undersökts. Med hjälp av en värmekamera har läckage i klimatskalet undersökts och riskfall utvärderats.
Fukt 2.
Fukt finns överallt och i olika faser, både synligt och osynligt. I följande avsnitt kommer grundläggande fuktmekanik att beskrivas för att förklara sambandet mellan fukt och behovet av fysisk uttorkning av fukt.
Fukt i luft 2.1.
Att luften kan kännas torr eller fuktig är säkerligen något som många reagerat på någon gång i sitt liv.
Fenomenet beror på att luften kan innehålla en viss mängd vattenånga. Ånghalten varierar med temperaturen och luftens maximala fuktupptagningsförmåga, även kallad mättnadsånghalt.
Förhållandet mellan ånghalten och mättnadsånghalten kallas relativ luftfuktighet. Daggpunkten, den temperatur då luften är vattenmättad och börjar avge vattendroppar, infaller då den relativa fuktigheten är 100 % (Sandin, 1997). Sommartid ligger den relativa fuktigheten normalt mellan 70-80
% och mellan 85-95 % vintertid i Sverige (Nevander & Elmarsson, 1994).
Fukt i material 2.2.
Alla material innehåller vatten i viss mängd. Fukthalten och fuktkvoten beror på materialets porositet och porstorlek. Det är viktigt att skilja på de olika typer av vatten som kan finnas i ett material, vilket som är förångningsbart respektive icke förångningsbart. Fuktkvoten är beräknad på fuktinnehållet i kg och materialets torra vikt i kg, torkat vid +105°C. Det som då inte kan torkas ut i förhållande till den fasta massan är icke förångningsbart, kemiskt bundet vatten. RF i ett material ökar med ökad temperatur, alltså motsatt effekt som för luft.
Av alla byggnadsskador uppskattas 80 % ha uppstått på grund av fukt (Sandin, 2010). Det är oftast inte den synliga fukten som är mest skadlig utan den som är osynligt belägen i konstruktionen som utgör den största faran. Synlig fukt är vatten som går att se, det vill säga ytfukt, exempelvis kondens eller pölar på grund av vattenläckage. Osynlig fukt är det vatten som finns inuti en konstruktion eller material. Det kan bero på inbyggd fukt i samband med produktionen eller uppfuktning till följd av exponering mot väder eller läckage. Det går alltså inte att med blotta ögat avgöra om ett material är fuktigt eller ej.
Fukt i jämvikt 2.3.
En av drivkrafterna till ett materials förmåga att avge och uppta fukt är dess strävan efter att stå i jämvikt med fuktförhållandena i omgivningen. När materialet är torrare än den omgivande luften tas fukten upp i materialet, det absorberar. Motsatt reaktion kallas desorption. Detta är en ständig process vars enda stagnation är när materialet är i jämvikt med sin omgivning. De omständigheter som ett material kan befinna sig i är kontakt med luft, kontakt med vatten och kontakt med ett annat material. De kan på olika sätt påverka hastigheten samt mängden fukt som tas upp eller avges.
Fukt kan tas upp i material på två olika sätt; 1) jämvikt med luften omkring då fukten tas upp och binds i porväggarna, 2) kapillärsugning i kontakt med vatten. En kombination av både hygroskopicitet och kapillärsugning sker i kontakt med ett annat material med ett större fuktinnehåll. Förhållandet mellan materialets fukthalt och jämvikten mellan materialets och omgivningens relativa fuktighet kan avläsas i en så kallad sorptionskurva, eller jämviktsfuktkurva.
Figur 1. Exempel på sorptionskurva för betong med vct 0,5 (Hedenblad, Materialdata för fukttransportberäkningar, 1996)
Fuktkällor 2.4.
2.4.1. Nederbörd
Regn och snö är självklara fuktkällor som kan ha stor betydelse för fuktinnehållet i ett material eller en byggnadsdel. Slagregn, då vindens kraft och riktning påverkar regnet så det faller snett in mot vertikala ytor, kan få stora konsekvenser för fuktkänsliga byggdelar om fasaden inte är täckt eller väderskyddad. Slagregnets mängd och riktning varierar över landet men vanligast infaller riktningen från sydväst. Det är därför viktigt att skydda dessa delar mot uppfuktning på grund av nederbörd varav det enklaste och mest effektiva sättet är att se till att fasaden är tät. Snön påverkar främst i fråga om storlek på takdimensionering, där tyngden kan orsaka brott på konstruktionen. Däremot kan snö som driver in i byggnaden påverka såväl klimatet som fuktkänsliga byggnadsmaterial.
2.4.2. Luftfukt och kondens
= [ ] [2.4:1]
Ånghalten vid en viss temperatur kan beräknas då den relativa fuktigheten är känd.
Mättnadsånghalten vs fås ur tabell ur exempelvis Fukthandboken (Nevander & Elmarsson, 1994).
= [ ] [2.4:2]
Vid lägre temperaturer som ofta förekommer under vintertid när den relativa fuktigheten är hög, är ånghalten hög i förhållande till mättnadsånghalten. Om den kalla luften då skulle komma i kontakt med varmare luft med högre ånghalt är risken stor att mättnadsånghalten uppfylls och den relativa fuktigheten uppgår till 100 %. Fuktöverskottet faller då ut i kondens.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 2 4 6 8 10 12
J F M A M J J A S O N D
v [g/m³] RF [%]
Figur 2. Ånghalts- och relativ fuktighetsfördelning över året i Bromma efter klimatdata (Nevander & Elmarsson, 1994)
2.4.3. Byggfukt
Stora mängder vatten används under produktion, som exempelvis vid gjutning av betong. När materialet monteras innehåller det en initial fuktnivå, ofta högre än jämviktsnivån. Efter montering kan det även tillkomma fukt som ökar fukthalten i materialet från källor som nederbörd eller vattenläckage. Mängden byggfukt måste beräknas från fall till fall då det är beroende av fuktnivån i uttorkningens startläge samt materialets utgångsjämvikt i förhållande till omgivningen. Byggfukt bör inte förväxlas med överskottsfukt som är fuktmängden över materialets kritiska fuktnivå och inte över jämviktsläget (Nevander & Elmarsson, 1994).
Figur 3. Sorptionskurva som tydliggör byggfuktsförhållanden (Brander, 2009)
Fuktskador 2.5.
Vid riskbedömning för fuktrelaterade skador finns ett kritiskt fukttillstånd att beakta för varje material. Nivån är baserad på hur fuktkänsligt materialet är, fristående men också i kontakt med andra material. Trä har normalt en lägre kritisk nivå än betong då skador som röta- och mögelangrepp föreligger. För betong handlar det om att undvika problem vid kontakt med andra material samt för att öka frostbeständigheten.
En vanligt fuktbetingat problem i betongbjälklag med limmad plastmatta, är att alkalisk fukt i betongen bryter ner känsliga organiska material. Betongen måste vara fuktig och högalkalisk för att fenomenet ska kunna uppstå. En sammanhängande vattenfilm i betongens porer bildas om betongen har tillräckligt hög RF, vilket leder till att hydroxidjoner (alkali) tar sig uppåt i konstruktionen och bryter ned mattlimmet. Händelsen leder till förtvålning med dålig lukt och vidhäftning som följd (Sjöberg, et al., 1999).
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 20 40 60 80 100
RF(%)
Fukthalt (kg)
Överskottsfukt Byggfukt Tillskottsfukt
Inbyggnadsfukt Maximal nivå efter montage
Begynnelsenivå vid montage
Övre kritisk nivå
Jämviktsnivå Undre kritiskt nivå
Acceptabelt intervall
Värme 3.
Avsnittet beskriver de fysikaliska grunderna för värmetransport. Den mekanik som omfattar både värme och fukt behandlas separat i kapitel fem.
Värmeledning 3.1.
Värmeöverföring genom en fast kropp är endast möjligt genom värmeöverföring under inflytande av en temperaturgradient, utan att partiklarna gör någon nämnvärd förflyttning. Värmeledning sker således genom energiöverföring från en molekyl till en närliggande molekyl. Värmetransport i porösa material kan även ske genom konvektion och strålning.
Strålning 3.2.
Termisk strålning, eller emission, är någonting alla kroppar avger och är en form av elektromagnetisk energistrålning. Ett frekvensområde karaktäriserar den termiska strålningen på ett intervall av 10-8- 10-3 våglängder (m) där synligt ljus ligger runt 10-6 (1 m). Strålning absorberas, en del reflekteras och en del transmitteras när den faller in mot en verklig kropp. Den totalt infallande strålningen är summan av dessa delar. ”Svart kropp” kallas en kropp som absorberar all infallande strålning (Sandin, 2010).
Figur 4. n mot en
verklig kropp (Sandin, 2010).
Läckage 3.3.
För att torka ut byggfukten i ett material under en rimlig tid krävs tillförsel av värme, vilken i sin tur kräver energi. Är byggnaden otät slösas tillförd energi bort genom läckage i klimatskalet och denna energi måste ersättas för att hålla rätt temperatur för uttorkning. Läckage ger också ett ojämnt torkklimat, som i sin tur förlänger uttorkningstiden (Almqvist & Lindvall, 1997).
Luft 4.
Dagens energikrav leder till allt lufttätare hus vilket i sin tur ställer högre krav på en korrekt fuktdimensionering. Förr när hus generellt var mindre lufttäta kunde fukten vandra ut självmant utan mekanisk påverkan, vilket ledde till en naturlig uttorkning. I dagens tätare hus stannar inbyggd fukt i konstruktionen (Petterson & Uusmann, 2000).
Torkklimat 4.1.
Enligt ledande fuktexperter (Kumlin, 2014) och inläst litteratur (Hedenblad, 1995) är 18°C, 60 % RF en i branschen normalt ansedd standard vid uttorkning av byggfukt i betong. Fallet innebär en temperatur då kondensrisk infaller vid 9.7 °C, en vanligtvis understigen temperatur under vinterhalvåret.
Enligt Skanskas beräkningsplan för uttorkning (Stenström, 2012) är olika torkklimat bestämda beroende på pågjutningens tjocklek och betongens vct. Detta på grund av att ett högre vct påverkar uttorkningstiden negativt, och för att påskynda processen behövs ett klimat optimerat efter gällande fukthalt. Då luften inte naturligt uppfyller de nivåerna måste mekanisk uttorkning i form av värmefläktar installeras för att hjälpa till, i syfte att skapa och bibehålla ett jämt önskat klimat.
Riskerna med att frångå torkklimatet är framförallt förlängd uttorkningstid som leder till förseningar i produktionen, men även risk för fuktvandring till andra material som i sin tur leder till fuktskadade material som i värsta fall måste bytas ut.
Lufttryck 4.2.
Vind, temperatur och mekanisk ventilation är faktorer som skapar tryckskillnader. Vind mot en byggnad skapar tryckskillnader över väggar och tak. Inverkan av ventilationssystem ger tryckskillnader över klimatskalet som varierar beroende på vilken typ av system som används. På en viss nivå är lufttrycket det tryck som ovanförliggande luftpelare utövar. Är temperaturen konstant avtar trycket linjärt med höjden över markytan. Varm luft har lägre densitet är kall luft, vilket gör att tryckminskningen i höjdled minskar med ökad temperatur. Vintertid när det är kallare utomhus än inomhus blir tryckminskningen i höjdled olika och medför en tryckskillnad över byggnadens omslutningsytor. Trycket blir högre i byggnadens övre delar. Om det i en byggnad finns vertikala schakt eller rökkanaler medför tryckskillnaden att varm luft strömmar in nedtill i kanalen och stiger uppåt. Så kallad skorstensverkan kan undvikas genom att göra byggnaden så lufttät som möjligt (Sandin, 2010).
Lufttätheten i en byggnad kan kontrolleras genom att bestämma läckflödet då tryckdifferensen över klimatskärmen hålls till 50 Pa. Flödet betecknas q50 och anges i m3/s m2 eller l/s m2. Aktuellt flöde genom klimatskalet kan beräknas enligt nedan.
[ ] = [ ] [ ] [ ] [4.2:1]
Värdet på exponenten kan uppskattas genom att bestämma läckflödet vid olika tryckdifferenser.
Värdet antas till 0,50 vid turbulent flöde och 1,0 vid laminärt flöde. 0,7 brukar användas om värdet inte bestämts.
Figur 5. Tryckfördelning i byggnaden (Sandin, 2010).
Infiltration 4.3.
Begreppet infiltration används inom flertalet områden och betyder att något tränger in, i detta fall luft. Inom fuktvetenskapen beskriver det den ofrivilliga ventilation som orsakas av otätheter i klimatskalet, oberoende av om det gäller färdig fasad eller provisorisk täckning. Konsekvenserna kan bli allvarliga. Risk för att den genomträngda konstruktionen får försämrad värmeisolering föreligger.
En högre luftomsättning på grund av tryckskillnader som medförs av en ökad anblåsning av vindhastigheten på skalets utsida är även det en olycksbringande konsekvens.
Tryckskillnaden på grund av vindhastighet beräknas enligt följande, där µ är en formfaktor som varierar i storlek beroende på vilken sida av byggnaden som beräknas, lovart-, gavel- eller läsida.
Högst värde ges för lovartsidan, där anblåsningen sker.
[ ] = [ / ] [ / ] [4.3:1]
Luften som tränger in innehåller en viss mängd fukt som riskerar att kondensera vid möte med en kallare yta. Se även 5.1 Konvektion.
Fukttransport 5.
Eftersom fukttransport rör fukt, värme och luft kommer det att behandlas separat för att undvika upprepningar.
I luft sker värmetransport genom värmeledning, strålning eller konvektion, men värme kan också överföras tillsammans med fritt vatten. Kondensation frigör värme och avdunstning binder värme.
Konvektion 5.1.
Konvektion betyder medbringande och värmeöverföringen sker genom att en vätska eller gas strömmar förbi en yta. I strömningen tar vätskan eller gasen med sig värme från en varmare yta eller till en kallare yta. Det vanligast förekommande värmeöverförande mediet inom byggnadsfysiken är luft. I gränsskiktet mellan luften och det fasta materialet (väggar, golv, tak, luftspalter) sker värmeöverföringen. Luftens temperatur ger upphov till luftrörelser som beror på luftens densitet.
Naturlig konvektion eller egenkonvektion kallas det när den varma och lätta luften stiger uppåt. Vind och värmefläktar kan också påverka luftens rörelser och kallas då påtvingad konvektion. Naturlig konvektion och påtvingad konvektion är svåra att särskilja.
Relativt stora mängder fukt kan transporteras via konvektion. När den varma, fuktiga luften med en högre ånghalt strömmar ut genom otätheter på grund av övertryck kan kondens uppstå när den möter en kallare yta. Mest utsatt är därför konstruktionsdelar högt upp i byggnaden då ett naturligt övertryck råder på den uppvärmda insidan (Sandberg, et al., 2007).
Den termiska drivkraften kan för praktiskt bruk beräknas enligt nedan, där T är temperaturdifferensen i grader och h är byggnadens höjd i meter.
[ ] = 0,043 [ ] [ ] [5.1:1]
Luftströmningen på grund av konvektion beräknas sedan ur följande formel där A är hålets area och luftens densitet.
ä [ ] = 0,65 [ ] [ ]
[ ] [5.1:2]
Figur 6. Fuktkonvektion, kondens mot kall yta (Sandin, 2010).
Diffusion 5.2.
Fukttransport via diffusion sker genom material på grund av skillnader i ånghalt. Mängden fukt som transporteras i ett homogent material är beroende av skiktets permeans (även kallad ånggenomsläpplighetskoefficient), tjocklek och ånghaltsskillnaden på vardera sida om skiktet.
Ånggenomsläpplighetskoefficienten och tjockleken ger också ett motstånd för transporten, ett ånggenomgångsmotstånd, som används som referensvärde för många material, exempelvis golvbeläggningar och plastfolier. För att undvika problem med diffusion i byggnadsdelar sätts ofta diffusionsspärrar eller ångspärrar in mellan skikt så att ångan förhindras att vandra in i känsligare delar av konstruktionen.
Fuktvandring är en kombination av transport i ångfas, diffusion, och vätskefas genom kapillärsugning.
Den relativa fuktigheten har en betydelse för materialets ånggenomsläpplighet. I mer finporösa material som har en hög relativ fuktighet sker fukttransporten till största del genom kapillärsugning då utrymmet för ångtransport minskar med ökande fuktinnehåll (Sandin, 2010).
Figur 7. Fuktdiffusion, ångtransport genom skikt (Sandin, 2010).
Betong 6.
Betong har god beständighet, formbarhet och hållfasthet, egenskaper som gör betongen till ett av de viktigaste byggnadsmaterialen. Betong är ett vanligt stommaterial och kan användas där det finns stora påfrestningar av exempelvis fukt och nötning (fasader, husgrunder, vägar, broar). Till skillnad från exempelvis trä, tegel och stål kan betong levereras som råmaterial till byggarbetsplatsen. Att blanda betongen på plats gör det möjligt för byggentreprenören att påverka den slutliga produktens form och kvalitet. Betong består av cement, vatten, ballast (sten, grus, sand) och eventuella tillsatser.
Ballastkornen binds ihop av cementpastan (vatten och cement) och utgör betongens bindemedel.
Det är i stort sett proportionen mellan vatten och cement, det så kallade vattencementtalet, som avgör cementpastans egenskaper. Betong med olika egenskaper framställs genom att variera mängderna av betongens beståndsdelar.
Härdning 6.1.
Direkt när delmaterialen i betongen blandas startar en kemisk reaktion mellan vattnet och cementen (cementpastan). Reaktionen kallas för hydratation och medför att betongen successivt börjar hårdna.
Hållfasthetsutvecklingen delas in i fyra faser. I den första fasen är betongen färsk och ett visst tillstyvnande sker, men den är fortfarande arbetbar. Det egentliga hårdnandet börjar i den andra fasen, ”ung betong”, där egenskaperna förändras väldigt fort. Nu är betongen känslig för uttorkning, temperaturpåverkan och belastning. I den tredje fasen är betongen inte lika känslig för omgivande faktorer. Betongens egenskaper liknar nu den färdiga produktens, trots att de mekaniska egenskaperna ännu inte är fullt utvecklade. Den fjärde och sista fasen är en färdig, hårdnad betong.
Det ursprungliga porutrymmet mellan cementkornen fylls ut av cementgel vartefter reaktionen mellan cement och vatten fortgår. Cementgelen är porös och innehåller kemiskt bundet vatten (kristallvatten) vilket ger den en stor volym, som leder till en tätare och starkare cementpasta. Efter denna process återstår ”kärnor” av ohydratiserat cement eftersom cementgelen oftast inte fyller ut alla porutrymmen. Vissa hålrum som är betydligt större än gelporerna kvarstår och kallas kapillärporer. Cementgelen omger kapillärporerna helt eller delvis och mängden kapillärporer ökar med vattenhalten. Cementpastans permeabilitet ökar därför kraftigt samtidigt som exempelvis hållfastheten och beständigheten minskar (Burström, 2007).
Betongkvalitet 6.2.
Betongkvalitet är ett uttryck som kan tolkas på flera sätt. Oftast syftar det på en kombination av betongens hållfasthetsegenskaper, konsistens och uttorkning. Hållfastheten för betong betecknas, som ett exempel C32/40, där 32 är ett mått på cylinderhållfastheten och 40 kubhållfastheten (Svensk betong, u.d.). Hur lång tid det tar för en betongkonstruktion att ”torka” beror till stor del på materialets halt av byggfukt och täthet. Egenskaper som avgör är vattencementtalet och betongens hållfasthetsklass. Högre hållfasthetsklass ger ett lägre vct, högre tryckhållfasthet och kortare uttorkningstid. Olika vct kan finnas för samma betongkvalitet, vilket medför att torktiderna för element med samma betongkvalitet kan variera (Hedenblad, 1995).
Tillsatser 6.3.
Med hjälp av olika tillsatsmedel kan den färska och hårdnade betongens egenskaper anpassas till specifika önskemål. Tillsatserna klassificeras efter den effekt den har på betongen. Vanligt förekommande grupper är flyt-, vattenreducerande-, luftporbildande-, accelererande- och retarderande tillsatsmedel (Burström, 2007). Nedan beskrivs projektspecifika tillsatsers funktion och inverkan på betongen.
6.3.1. Superplasticerare
Superplasticerande tillsatsmedel används för att få en lösare konsistens på betongen, vilket underlättar gjutningen och innebär en reducerad vattenmängd. I projektet används Dynamon SX-A och Dynamon SR-N. De kan utnyttjas för att reducera mängden tillsatt vatten med samma gjutbarhet, eftersom ett lågt vct ger hög hållfasthet, täthet och beständighet. Det är också möjligt att förbättra gjutbarheten för olika betong med samma vct genom att tillsätta någon av lösningarna samt att med bibehållen hållfasthet reducera både cement- och vattenmängd. En reducerad cementmängd innebär inte bara en reducerad kostnad utan också lägre risk för krympning och temperaturgradienter, eftersom hydratationsvärmen är lägre.
Dynamon SX-A
Tillsatsmedlet är baserat på modifierade akryl-polymerer och skräddarsys för olika ändamål. Medlet är en vattenlösning av aktiva akrylpolymerer som minskar friktionen i betongmassan genom att finfördela cementpartiklarna.
Dynamon SR-N
Ett tillsatsmedel som baseras på modifierade akrylpolymerer och skräddarsys för olika gjutningar.
Produkten är en vattenlösning av aktiva akrylpolymerer som löser upp cementklumpar och löser upp cementpartiklarna. Jämfört med tidigare nämnd superplasticerare ger denna mindre sättmåttsförluster och en längre användningstid.
6.3.2. Acceleratorer
Acceleratorer tillsätts i betongen för att påskynda den kemiska reaktionen vid härdning.
Mapefast SA
Ett härdningsaccelererande tillsatsmedel utan klorid som är baserat på Kalciumnitrat. Produkten kan speciellt användas till golvbetong, vintergjutning och elementproduktion. Vid vintergjutning används tillsatsen för att påskynda temperaturutvecklingen i ett tidigt stadium för att förhindra att betongen fryser innan tillräcklig styrka har uppnåtts. Tillsatsen ger följande positiva effekter: snabb formrivning, kortare tid till glättning, reducerat uttorkning, en lägre maximal temperatur, tidig
6.3.1. Krympreducerare
Krympreducerare tillsätts betongen för att minska krympning och bildning av mikrosprickor.
Mapecrete SRA-N
En flytande tillsats utan klorid som används för att minska uttorkningskrympning i bruk, standardbetong och självkompakterande betong. Genom att minska ytspänningen i de kapillära porernas vatten, minskar de belastande krafterna på porväggarna. Tillsättning av produkten vid betongblandning medför en extremt låg hydraulisk krympning. Industrigolv, prefabricerade betongelement samt golvbalkar och viaduktpelare är några typiska exempel på områden där tillsatsen används med gott resultat.
6.3.2. Antifrost
Frostskyddande tillsatser används i betong för gjutning i minusgrader.
Antifreeze N
En accelererande och frostskyddande tillsats baserad på en lösning av natriumnitrater som sänker fryspunkten hos blandningsvattnet. Så länge vatten i flytande form finns i betongen fortskrider hydratiseringen och hållfastheten ökar. Den färska massans motståndskraft ökar mot frostpåverkan.
Tillsatsen möjliggör gjutning i temperaturer ned till 10-15 minusgrader och lämpar sig särskilt bra då temperaturen under natten är väsentligt lägre än under dagen. För att uppnå bästa möjliga resultat bör den nygjutna betongen övertäckas för att påskynda härdningen (Mapei AB, u.d.).
Extra luft 6.4.
När betong blandas kan extra luft tillsättas. Undersökningar av inverkan av en lufttillsats upp till 5 % har resulterat i slutsatsen att luftinblandningen inte har nämnvärd inverkan på torktiden. Medför luftinblandningen en reduktion av vct kan dock en positiv effekt fås (Hedenblad, 1995).
Uttorkning 7.
Mängden vatten i ångfas ett material innehåller är varierande. Den byggfukt som behöver torkas ut måste bedömas från fall till fall beroende på tillverkning, recept, transport och härdningsmetod (Hedenblad, 1995).
När det talas om uttorkning är det uttorkning av det som populärt kallas byggfukt som åsyftas. Alltså det vatten som inte kan bindas i materialet och därför måste torkas ut så jämvikt med omgivningen uppstår. Att ha en god uttorkning är viktigt för att kunna klara av tajta tidsplaner i byggskedet och resultera i en hälsosam inomhusmiljö i förvaltningsskedet. Processen är komplex och har många faktorer som påverkar tid och resultat. Utförande av byggnaden, torkmetod, material, ytbehandling, årstid och fas i uttorkningsprocessen är viktiga parametrar att ta hänsyn till vid val av torkmetod.
En process i tre steg 7.1.
Uttorkningsprocessen delas in i tre faser baserat på uttorkningshastighet i förhållande till tiden. I den inledande fasen sker avdunstning från materialytan. Uttorkningen i den andra fasen sker sedan genom kapillärsugning. När all kapillärsugning upphör sker all fukttransport i ångfas (diffusion), som är den tredje fasen (Nevander & Elmarsson, 1994).
Figur 8. Uttorkningsfaser beskrivet i uttorkningshastigheten i förhållande till tid (Sandin, 2010).
Det är under den första fasen av uttorkningsprocessen som möjligheterna att påverka uttorkningen är som störst. Då genom att skapa ett lämpligt torkklimat, lämpligtvis med en torkmetod som har en stor kapacitet. En för stor kapacitet är däremot inte gynnsamt då uttorkningen måste pågå under tillräckligt lång tid. Möjligheterna att styra uttorkningen minskar drastiskt under den andra fasen, eftersom det fria vattnet försvunnit från ytan.
Torkmetoder 7.2.
För att skapa en bra uttorkning finns flera metoder som syftar till att sänka ett materials fukttillstånd till en nivå då det är möjligt att applicera täta skick ovanpå, som en ångtät plastmatta som limmas på betonggolv. Nedan redogörs de två torkmetoder som är relevanta för det aktuella projektet.
7.2.1. Avfuktning
Om det i en byggnad trots ventilation och tillförd värme är för höga fuktnivåer, kan avfuktare sättas in. Det är viktigt att utrymmet som ska avfuktas är tätat från utomstående uppfuktning. När man idag talar om avfuktare är det kondensavfuktare som avses. Metoden kan användas vid temperaturer över 15 C och utnyttjar det faktum att kondensation sker när luften träffar en kallare yta.
Kondensvattnet som fällts ut ur rumsluften leds till ett uppsamlingskärl där det tas omhand.
7.2.2. Ventilation och värme
Att torka en konstruktion med hjälp av ventilation och värme är en välbeprövad metod. Uppvärmd uteluft ersätter den fuktiga uteluften, vilket skapar en uttorkning av det fuktiga materialet. Viktigt är att byggnaden är tät innan värmningen påbörjas. Att endast ventilera byggnaden skapar problem vintertid då uteluften har en hög relativ fuktighet. Fuktigheten minskar vid värmning, vilket förbättrar uttorkningen. För att uppnå ett bra resultat krävs en hög luftomsättning som tillsammans med värmen skapas genom att tillföra värmefläktar. En optimal torkning med små energiförluster kräver att ventilationen styrs. Värmen från värmefläktarna ska värma uteluften samt täcka de förluster som sker genom väggar, golv och tak. Målet med metoden är att mesta möjliga fuktmängd ska föras bort med minsta möjliga energiåtgång (Almqvist & Lindvall, 1997).
Materialets påverkan 7.3.
Ju lägre vct desto mer finporös porstruktur, vilket innebär att fukten har svårare att transporteras till ytan, något som försvårar uttorkningen. Sådan typ av betong innehåller däremot en mindre mängd fukt från början, vilket resulterar i att torktiden ofta blir kortare (Hedenblad, 1995). Torktidens längd behöver även ta hänsyn till betongens ålder. Porstrukturen förändras i takt med att hydratationen fortgår, den blir mer finporös, en förklaring till varför fukttransporten i den tredje uttorkningsfasen är den förhållandevis mest långsamma.
Årstider 7.4.
Sett ur ett uttorkningsperspektiv är vintern bäst lämpad eftersom det är kallt och fuktigt utomhus, men varmt och torrt inomhus. Fukten vandrar från hög ånghalt till lägre, vilket innebär en fukttransport utifrån och in. När kall luft kommer in i byggnaden värms den upp och den relativa fuktigheten sjunker. Sommartid är temperaturskillnaden mellan utomhus och inomhus mindre.
Problem kan uppstå varma sommardagar då utetemperaturen är högre än innetemperaturen.
Resultatet blir en fuktvandring inåt byggnaden där temperaturen är lägre. Den varma utomhusluften kyls därmed och den relativa fuktigheten ökar. Luftfuktigheten är alltså högre inomhus under sommaren (Nevander & Elmarsson, 1994).
Energi 8.
Energi i driftskedet 8.1.
Cirka 40 % av samhällets totala energianvändning försörjer byggsektorn (Statens Energimyndighet, 2012). Målet med NKS är att halvera energianvändningen jämfört med det befintliga sjukhuset.
Förutsättningarna är en byggnad med en välisolerad fasad och fönster som släpper in solljus under hela året, men under sommaren stänger värmen ute, tillsammans med en liten andel fasadyta i förhållande till golvytan. Energisnål apparatur ska användas och energin ska återanvändas flera gånger. Tack vare en värmeanläggning med omkring 150 borrhål på cirka 220 meters djup, kan värme lagras från sommar till vinter och kyla från vinter till sommar. Sjukhuset kommer att försörja sig på kombinationen av sin egenproducerade energi från denna värmepumpsanläggning samt fjärrvärme/fjärrkyla. All energi ska vara ”grön” (NKS, 2011).
En byggnads totala energibehov är summan av den energi som krävs för att värma upp och ventilera byggnaden, tappvarmvatten, driftel för pumpar och fläktar, annan fastighetsel samt hushållsel.
Energibehovet för sjukhuset uppskattas till cirka 108 kWh/m2 Atemp,år och till omkring 240 kWh/m2 Atemp, år tillsammans med verksamhetsenergin. Behovet av köpt energi uppskattas totalt till 160 kWh/m2 Atemp, år då bergvärmelagret täcker en del av energibehovet jämfört med andra befintliga universitetssjukhus i Sverige som ligger på cirka 260-280 kWh/m2 år köpt energi (Karlsson, 2014).
Energiförluster 8.2.
8.2.1. Transmissionsförluster
Transmissionsförluster avser de sammanlagda energiförluster som sker genom en byggnads klimatskal. Energi måste därmed tillföras byggnaden för att uppnå önskat torkklimat (Almqvist &
Lindvall, 1997).
8.2.2. Ventilationsförluster
Torkeffekten och uttorkningsprocessen påverkas av ventilationen i byggnaden. Det är ventilationen som styr inneluftens fuktighet och temperatur. Ventilationen anges som antalet luftomsättningar per timme och skiljs åt som frivillig och ofrivillig. Ofrivillig ventilation kan exempelvis uppstå om en byggnad inte är helt tät och uteluft tränger sig in, se 4.3 Infiltration.
En ekonomiskt effektiv uttorkning kräver att ventilationen är rätt avvägd. För stor ventilation ger onödiga energiförluster och för liten ventilation medför att den avdunstade luften inte förs bort i tillräcklig omfattning.
8.2.3. Infiltrationsförluster
Infiltrationsförluster kan anses höra samman med ventilationsförluster, då båda är ett resultat av ökning i luftflöde. Under byggskedet är det däremot klokt att skilja på frivillig och ofrivillig ventilation, så även i beräkningsskedet.
Effektförlusten på grund av infiltration beräknas genom det totala luftflödet, där både ofrivillig ventilation genom hål och otätheter samt det förbestämda q50-värdet är faktorer.
8.2.4. Effekt (P)- och energibehov (W)
En byggnads effekt- och energibehov beror på förlusterna genom transmission och ventilation.
= ( ) [ ] [8.2:1]
= ( ) [ ] [8.2:2]
= + [ ] [8.2:3]
= ( ) ( ) [ ] [8.2:4]
= ( ) [ ] [8.2:5]
ö = + [ ] [8.2:6]
( ) ° ( ) [8.2:7]
= [ ]
= [ ]
= [ ]
= [ / ]
Energi i produktionsskedet 8.3.
Fukt i material ger inte enbart en ökad risk för skador utan har också påverkan på energiåtgången.
Ökningen av vattennivån i materialet sker inte bara genom uppenbar uppfuktning såsom regn eller liknande, utan också genom förändringar i den relativa fuktigheten då kondensation kan uppstå.
Värmeledningsförmågan ökar med fuktinnehållet när materialets porer fylls, eftersom vatten har en högre densitet och en högre värmeledningsförmåga. Värmen kan därmed transporteras genom energiöverföring mellan porväggarna, från den varma sidan där vattnet övergår i gasform till den kalla sidan där gasen kyls till vatten igen. Därmed blir materialet tätare och värmen kan lättare passera. När ett material torkar måste en viss energimängd tillföras för att nedkylning ska undvikas.
Energimängden, 2500 kJ/kg vatten, kallas för ångbildningsvärme och syftar till den energi som avgår när vatten avdunstar (Nevander & Elmarsson, 1994).
Verktyg och beräkningsmodeller 9.
Idag finns flera existerande metoder och hjälpmedel för att planera en god uttorkningsprocess, göra beräkningar och kontrollmätningar. Kapitlet behandlar här de verktyg som vi utgått ifrån och dragit lärdomar av i vårt arbete.
Verktyg för optimering av byggtorkning 9.1.
Vid uttorkning av byggfukt och dess kostnadsberäkning finns många parametrar som måste tas hänsyn till, inte bara till fuktnivåerna i materialet och värmefläktarnas förbrukning. Antalet påverkande parametrar är många och de varierar i omfattning, men hörnstenarna är torkbehovet och torkklimatet i kombination med energiförbrukningen. För att sammanställa dessa faktorer har ett verktyg tagits fram för att bättre beräkna och bedöma en kostnadsoptimering.
Verktyg för optimering av byggtorkning (Brander, 2009) är ett resultat av en rapport framställd efter författarens mångåriga erfarenhet i branschen och bedömningen av ett behov av tjänliga metoder i produktionen. Viktigt att poängtera är att flertalet av parametrarna i många fall är grovt uppskattade och baserade på uppmätta data vid separata tillfällen med olika förutsättningar. Således kan resultaten inte bli helt exakta. För att få en så korrekt bild som möjligt är parametrarna många till antalet och gör verktyget komplicerat vilket bidrar till att det inte används i den utsträckning kapaciteten tillåter.
Bild 2. Skärmdump från Verktyg för optimering av byggtorkning (Brander, 2009)
ByggaF 9.2.
ByggaF är en metod som grundar sig på ett samarbetsprojekt om fuktsäkerhet i byggprocessen mellan Lunds Tekniska Högskola och Sveriges Provnings- och forskningsinstitut (SP). Bakgrunden till projektet är de senaste årens brister i fuktsäkerheten som lett till stora ekonomiska- och förtroendemässiga konsekvenser. Rapporten innehåller framtagna metoder och hjälpmedel, anpassade för olika aktörer i byggbranschen som ska göra det lättare att skapa fuktsäkra byggnader.
Tyngdpunkten i metoden ligger i att fuktfrågan ska tas upp tidigt i byggprocessen och att fuktsäkerhetskrav ska inarbetas i systemhandlingarna. På grund av att fuktproblem inte visar sig direkt, försvåras möjligheten att lösa dem i efterhand och det kostar mycket pengar att åtgärda.
Genom att planera för fukt och göra viktiga materialval efter fuktproblematiken tidigt kan pengar sparas (Mjörnell & Wihlborg, 2005).
Fuktsäkerhet i program- och planeringsskedet (Norling Mjörnell, 2007) val av metod för fuktsäkerhet i byggprocessen
fuktsakkunnig
tekniska fuktkrav och krav på aktiviteter formulera fuktkrav i program och AF åtgärder vid avvikelser
rutiner för uppföljning incitament
fuktsäkerhetsbeskrivning
Fuktsäkerhet i projekteringen rutiner
redovisning av fuktsäkerhetsprojektering granskning
Fuktsäkerhet i produktionsskedet information till arbetsplatsen
identifiering av fuktkritiska moment och konstruktioner fuktplan
fuktrond fuktmätning
åtgärder vid avvikelser
drift- och underhållsinstruktioner fuktsäkerhetsdokumentation
Mätningar 9.3.
Mätning av fukt i en betongkonstruktion kan göras med olika metoder, gemensamt för dem är dock att det är den relativa fuktigheten i materialet som eftersöks. Viktigt att känna till vid RF-mätning är att sensorn i givaren måste vara i jämvikt med betongen. Tiden för uppnådd jämvikt kan variera kraftigt, allt från flera timmar till flera dygn. Fuktavgivningen från betongen avgör under hur lång tid mätningen måste pågå för att uppnå ett korrekt resultat. RF-givare kalibreras ofta med hjälp av saltlösning som ger olika RF vid mättnad. Avsnittet beskriver principerna för olika metoder av RF- mätning.
9.3.1. Borrhålsmätning
Ett hål borras i betongen utan att tillföra vatten och rengörs sedan noggrant från borrmjöl. Att borrhålet är rent är viktigt för att få en korrekt RF-mätning. En mätcylinder med expanderande tätning (eller plaströr) placeras i hålet på ett djup som beror på typ av uttorkning. Minsta mätdjup vid dubbelsidig uttorkning av en solid konstruktion är 20 % av konstruktionens tjocklek. Vid enkelsidig uttorkning är minsta mätdjup 40 % av tjockleken, mätt från uttorkningssidan. Viktigt är att RF-givaren har samma temperatur som betongen för att undvika fel i mätningen. Fukt avges både från botten av hålet och från sidorna. Vid påbörjad mätning får det inte stå fritt vatten invid mäthålet, därför är det viktigt att byggnaden är under tak och att läckage kring mätpunkten undviks. I samband med borrningen sker en störning i fukt- och temperaturförhållandena. För att undvika denna störning bör mätningen påbörjas tidigast efter tre till fyra dygn efter borrningen av hålet.
RF-givarna kan vara baserade på olika mätprinciper, men vanligast är att mäta kapacitansen (förhållandet mellan laddningsmängden och spänningen i en krets) i en tunn plastfolie, där kapacitansen ökar med ökande RF. Vaisala är en välkänd fabrikant. Daggpunktsgivare har blivit allt mer förekommande under senare år. Då mäts den temperatur då kondens fälls ut på en polerad spegel. Spegeln kyls gradvis tills kondens uppstår, samtidigt som temperaturen i luften mäts. Med ledning av dessa två temperaturer kan RF beräknas.
9.3.2. Uttaget prov
Att mäta RF på ett uttaget prov anses vara den säkraste metoden av fuktmätning i en konstruktion.
Vid begränsad tjocklek i höjdled tas prover från olika djup, eller från ett större djup än minsta mätdjup vid borrhålsmätning. Vatten får varken tillföras eller avges vid provtagningen. Efter det att provet har tagits ut placeras de i täta behållare (glasrör med gummipropp). I provrören ska proven härstamma från samma mätdjup för att därefter i laboratorium bestämma RF för de olika skikten, med hjälp av samma givare som vid borrhålsmätning. Resultatet visas i form av ett liggande stapeldiagram som bildar en RF-profil, där RF för respektive mätdjup i konstruktionen kan avläsas.
9.3.3. Kvarsittande givare
Ett annat sätt att mäta fukt i betong är att mäta resistansen i en elektolytdränkt fiberväv, med hjälp av en så kallad PW-mätare. RF ändras när elektolyten tar upp eller avger vatten, eftersom resistensen i elektolyten förändras vid ändrat vatteninnehåll. Metoden är enkel att använda då mätarna sitter på plats hela tiden och värdena avläses utan väntetid genom att två kablar ansluts till ett mätinstrument. Att montera givaren rätt är dock komplicerat och kräver montörer med erfarenhet.
Givarna levereras med en kalibreringskurva. Metoden kräver inget kalibreringsarbete eftersom givarna är nästintill identiska i en sats. En givare i varje sats används som referensgivare i känd RF.
Den ska vara placerad i samma betonggolv som mätgivarna och visar då RF under samma förhållanden som mätgivarna. Alla värden som fås från mätgivarna ska relateras till referensgivarens utslag.
Om givarna befinner sig i 97-100 % RF under flera dygn kan givarna överbelastas, vilket kan resultera i en ändrad kalibreringskurva. För att undvika detta ska givarna inte monteras för tidigt innan byggnaden har ett fullgott klimatskal. Precis som vid borrhålsmätning ska fritt vatten på betongen undvikas då det kan tränga ned till botten av hålet där PW-givaren är placerad och ge ett felaktigt resultat. Om fritt vatten kommer ned i PVC-röret som omsluter PW-givaren kan det kortslutas (Hedenblad, 1995).
Beräkningssimulering 9.4.
9.4.1. TorkaS
TorkaS är ett beräkningsverktyg för PC som används för att bedöma nygjutna betongkonstruktioners uttorkningstider. Programmet är framtaget av Svenska byggbranschens utvecklingsfond (SBUF) i samarbete med Institutionen för byggnadsteknik vid Lunds Tekniska Högskola och kan laddas ned kostnadsfritt på SBUFs hemsida.
Programmet är uppbyggt av tre flikar (förutsättningar, torkklimat och resultat) och en elektronisk manual som beskriver teorin bakom programmet. Platta på mark eller mellanbjälklag bockas i och orten där gjutningen äger rum väljs i en rullista. Därefter fylls datumen för gjutning, tätt hus, styrd torkning och slutdatum. När betongtjockleken, vct och cementmängden angivits kan beräkningen starta. Under fliken Torkklimat visas temperatur- och RF-fördelningen, medan en fuktprofil för konstruktionen visas under fliken Resultat. En bra funktion är att det är möjligt att ändra förhållandena manuellt för varje dag och simulera ett värsta fall.
Figur 9. SBUFs beräkningstabell för uttorkning (Sjöberg, et al., 1999)
9.4.2. SBUFs lathund
SBUFs lathund är en mycket enkel metod för beräkning av en betongkonstruktions uttorkningstid i tabellform. Utifrån de förutsättningar som råder på byggarbetsplatsen adderas olika faktorer ihop och resulterar då i antalet dygn det tar för konstruktionen att torka. De faktorer som används är RF, vct, konstruktionstjocklek, temperatur, enkel- eller dubbelsidig uttorkning och härdning (Sjöberg, et al., 1999).
vilken RF skall den torkas ut till under standarduttorkningstiden (dygn)?
stor är konstruktionstjockleken?
- eller dubbelsidig uttorkning?
fuktighet att ligga på under torktid?
sätt kommer betongen att härdas?
Fuktsäkerhetsarbetet i projektet 9.5.
Vid färdigställande ska NKS uppnå certifieringen Miljöbyggnad Guld som ställer krav på ett dokumenterat fuktsäkerhetsarbete enligt ByggaF eller likvärdigt, Skanska Healthcare använder ByggaF. På grund av projektets storlek finns flera personer inblandade i fuktsäkerhetsarbetet med olika roller och ansvar. För att förtydliga de olika rollerna som kan uppfattas något röriga följer nedan en uppställning och förklaring av organisationen.
Figur 10. Organisation inom fuktsäkerhetsarbete
Beställaren, Swedish Hospital Partners (SHP) har en diplomerad fuktsakkunnig som ställer krav på entreprenörens fuktsäkerhetsarbete. Entreprenören, Skanska Healthcare (SHC), har en samordnande fuktsäkerhetsansvarig som har ett fasöverskridande ansvar. Vidare finns en fuktsäkerhetsansvarig för projektering. I varje fas finns en produktionsansvarig som ansvarar för att genomföra fuktsäkerhetsaktiviteterna och en kontrollansvarig som säkerställer att all dokumentation gällande fukt förvaras på ett riktigt sätt.
Till hjälp i fuktsäkerhetsarbetet har Skanska anlitat en extern fuktkonsult (Dry-IT) och ytterligare en extern fuktkonsult (AK-Konsult) som fungerar som samordnande fuktsäkerhetsansvarig. Idag har AK- Konsult uppgiften som koordinerande fuktsäkerhetsansvarig, en uppgift som från början låg på Skanska Teknik. Den samordnande fuktsäkerhetsansvarige (då från Skanska Teknik) har tillsammans med Dry-IT upprättat en fuktsäkerhetsplan, samt generella riktlinjer och rutiner för den gällande fasen. Fuktkonsulternas arbetsuppgifter innefattar bland annat mätningar, dokumentation och konsultation. Men det är den fuktsäkerhetsansvarige från produktionens olika faser som har det överordnade ansvaret.
Fuktsäkerhetsplanen innehåller bland annat kontrollpunkter baserade på underlag från fuktsäkerhetsprojekteringen samt riskinventeringen som Dry-IT gjort, rutiner för
Fuktsakkunni g(SHP)
Sam.
fuktsäkerhets ansvarig(AK- Konsult)
Fuktsäkerhet sansvarig projektering
MEP A K
Fuktsäkerhet sansvarig produktion
Fas Civil Fas 1&2 Fas 4 Fas 5 Fas 6 Fas 7
