Seminarium 3 Miljonprogram och miljöprogram renovering och passivhus

Transkript

1 Seminarium 3 Miljonprogram och miljöprogram renovering och passivhus Kristian Tammo CBI Eva-Lotta Kurkinen SP Energiteknik Tang Luping CBI Ylva Edwards CBI Tekocrete Tekniska textiler för tunna och självrengörande betongfasader Passivhus med betong tänkbara koncept Covercrete med solcell innovativ lösning för korrosionsskydd Skydd av betong i kemiskt aggressiva miljöer

2 Tekocrete Tekniska textiler för tunna och självrengörande betongfasader (Formas BIC) Kristian Tammo Koordinator - CBI - Katarina Malaga Implementeringsledare Strängbetong Örjan Petersson

3 Bakgrund Det finns ett stort behov för nya kreativa och hållbara lösningar för att rengöra betongytor. - självrenande/lätta att tvätta Textilarmering för icke-bärande delar av betongelement (sandwich element) - minskad vikt/mindre CO 2 - Enklare montering - nybygge/renovering

4 Byggsektorn och Renovering i EU sysselsätter ca 30% av arbetskraften (49 milj.) bidrar med ca 10.4% till EUs BNP. den största energianvändaren i EU (ca 40 %) bidrar till största delen av utsläpp av växthusgaser (36% av EU:s totala CO2-utsläpp). Ett nyckelområde för att minska den totala energianvändningen och CO2-utsläppen är att renovera befintliga byggnader till energieffektiva byggnader med energieffektiva material.

5 Renoveringsbehov i Sverige Det finns ca 2.5 miljoner lägenheter i Sverige totalt. Under miljonprogrammet byggdes det ca lägenheter (Boverket, 2003) och ca av dessa är i ett stort behov av renovering

6 Textila betongytor

7 Bilder från mikroskopi

8 Vattenavvisande ytor

9 Textil armering Ickekorrosiv armering - mindre täckskikt och tjocklek Längre livslängd

10 Urvalsprocess Vidhäftning mellan textilarmering och betong Textilarmeringens känslighet för hög alkalinitet Textilarmeringens E-modul och draghållfasthet

11 Tillverkning och böjprovning av mindre textilarmerade balkar

12 Försöksuppställning

13 Glasfibernät 33 x 33 mm

14 Glasfiberstång, epoxibelagd

15 Byggsektorn och Renovering i EU Endast epoxibelagd glasfiberstång gav en ökning av böjmomentet God potential för kolfibernät att kunna fungera som armering

16 Tillverkning och fullskaleförsök Sandwichelement

17 Sandwichelementen ska provas och utvärderas utifrån: Laster (vindlast, ojämn fukt- och temperaturfördelning) Risk för sprickor Vidhäftning mellan textilarmering och betong Känslighet för transport, lyft och montering av fasadelement Lastöverföring mellan fasadelement och bärande innerskiva

18 Textilarmerad sandwich!

19 Lågenergihus och betong Eva-Lotta W Kurkinen SP Byggnadsfysik och Innemiljö

20 Lågenergihus Lägre energianvändning än Boverkets nybyggnadsregler < 55 kwh/m2,år i södra Sverige Passivhus < 15 kwh/m2, år i södra Sverige + krav på effekt och lufttäthet Nära noll energibyggnad 2020 ej definierat (Systemtänk?)

21 Lätt regelstomme är vanligast

22 Lindåshusen 2001 Tak: 0,08 W/m2/K (480 mm) Vägg: 0,10 W/m2K (430 mm) Golv: 0,09 W/m2K (250 mm) Uppmätt energibehov totalt: 69 kwh/m2,år varav värme och varmvatten: ca 35 kwh/m2,år

23 Temperature ( C) Passivhus i betong Fördelar: Stabil innetemperatur. 45 Möjlighet till låg installerad effekt. Värmelagrande 40 möjlighet vilket kan medföra minskat uppvärmningsbehov Ti,max Low thermal mass, moderat gain High thermal mass, moderat gain Ti, min 10 Te ( C) Time (h) Källa: Fredrik Ståhl SP

24 Periodisk värmelagring i vägg med reduktionsfaktor Exponerad väggyta A = 100 m 2 Innetemperaturens amplitud T i A = 1 C Periodtid t p = 24 h R si = 0.13 m 2 K/W D =0.1 m Material Max energi (kwh/dygn) Reduktionsfaktor (-) Energi (kwh/dygn) Granit Betong Tegel Gips Trä Lättbetong Mineralull Källa: Fredrik Ståhl SP

25 Villa Gustafson Betongfasad 29 m 2 solfångare på taket Markvärmelager under byggnaden 600 MJ/K (167 kwh/k) En värmepump återför värmen under vintern

26 Installation och värmesystem Tak: 0,075 W/m2K (700 mm) Vägg: 0,08 W/m2K (400 mm) Golv: 0,10 W/m2K (300 mm) El för pumpar och fläktar: 1020 kwh/år Totalt köpt energi år 2009: 3100 kwh/år 14 kwh/m2,år för uppvärmning och varmvatten Golvvärme Floor heating 20º Solar Collectors Solfångare Water Ackumulatortank storage tank Heat Värmepump Varmvattenr Hot water Heat recovery Exhaust air Värmeåtervinning frånluft Värmelager i marken Heat store in the ground

27 Floor plan of Villa Gustafson 222 m 2 (2390 ft 2 ) + 67 m 2 (720 ft 2 ) Average U-value: 0.17 W/(m 2 K) [0.030 Btu/(h ft 2 F)]. Calculated heat losses: 49.2 kwh/m 2 [15.6 kbtu/ft 2 ] of floor area and year. Air tightness: 0.24 l/s per m 2 at ±50 Pa pressure difference.

28 Villa Viken i Östersund Betongstomme med utvändig isolering Solvärme lagras i betongstommen

29 Villa Viken byggstart 2011 Möjlighet till passiv värmelagring Total mängd betong: 122 m3 Motsvarar 268 MJ/K

30 Covercrete med solcell - Innovativ lösning för korrosionsskydd Tang Luping Chalmers och CBI Armeringskorrosion i betong Cracking Corner effect Spalling Delamination 1

31 Covercrete ett skydd för armeringsjärn Skydda armeringsjärn i betong mot inträngning av olika aggressiva ämne Konventionellt sätt till beständig betong För att skydda armeringsjärn mot korrosion Lågt vct eller vbt ( ) Hög cementhalt ( kg/m 3 ) Tjockt täckskikt (40-80 mm) På ett pris för att offra mer användning av naturresurser och mer emission av CO 2 (i t ex cementtillverkning)! 2

32 Lågt eller högt vct? Lågt vct Högt vct Anmarkningar Cementhalt Hög (-) Låg (+) Låg innebär mindre CO 2 emission Permeabilitet Låg (+/-) Hög (-/+) + eller - beror på exponeringsmiljö Hållfasthet Hög (+/-) Låg (-/+) + eller - beror på bärandekrav Krypning Hög (-) Låg (+) Låg innebär mindre risk för sprickbildning Ojämnhet Hög (-) Låg (+) Låg innebär bättre jämnhet m a p mekaniska och fysikaliska egenskaper Brandsäkerhet Dålig (-) Bra (+) Bra innebär mindre risk för spjälkning vid brand Elektrokemisk migration - Joners förflyttning under ett externt elektriskt fält - 2e - I + E H 2 O H 2O + 2e - H 2 + 2OH - v+ v- H 2 O O 2 + 2H + + 2e - 3

33 Katodskydd Titannät Ref elektrod Problem med vanligt katodskydd Dyrt anodnät (titannät kr/m 2 ) Begränsad livslängd (20-30 år med rätt underhåll) Risk för nedbrytning av vidhäftning Risk för väteförsprödning (i ovanligt fall) Huvud orsaken till problemen är den relativt höga strömstyrka t (10-30 ma/m 2 ) som krävs i ett vanligt katodskyddssystem 4

34 Elektrokemisk migration - Joners förflyttning under ett externt elektriskt fält - 2e - I + E H 2 O H 2O + 2e - H 2 + 2OH - v+ v- H 2 O O 2 + 2H + + 2e - Solcell Prisvärd anod CO 3 2- Cl - SO 4 2- Covercrete med solcell Armeringsjärn Anod med kolfiber- eller ledande polymertextilnät ( kr/m 2 ) Låg strömstyrka (< 2 ma/m 2 ) Solcellspänningsförsörjning Högt vct eller vbt Låg g cementhalt Tunnare täckskikt Spara % cement! 5

35 Prisvärd anod CO 3 2- Cl - SO 4 2- En innovativ lösning Intermittent katodiska förebyggande Solcell Optimaldesign baserad på D- värdet* för att joner får långsamt diffundera in när solens strålenergi är låg men Armeringsjärnsnabbt migrera ut när solens strålenergi är hög Ballansera mellan täckskikt, kikt tidsinterval och strömstyrka * D = Diffusionskoefficient enligt NT BUILD 492 Många fördelar CO 3 2- Cl - Solcell Prisvärd anod SO 4 2- Armeringsjärn Låg engångskostnader (jämför med vanligt katodskydd) Lång livslängd p g a låg strömstyrkan (önskemål: >100 år) Bättre kvalitet på betongytan (anodnät som textil förstärker ytlig betong) Självjusterbar i fall förekommer ojämnheter (fukthalt, kvalitet, sprickor) 6

36 Skydd av betong i kemiskt aggressiva miljöer YLVA EDWARDS

37 Disposition Betongen? Miljön? Tätskikt och skyddsbeläggning? Specifikationer och krav? Forskning och utveckling!

38 Betongen Kvalitetsklass / Användningsområde? Exponeringsklass? SS EN Specialbetong

39 Betongen Exponeringsklasser, SS EN Gränsvärden för exponeringsklass XA3, typ av exponering: 6 Kemiskt angrepp Kemisk komponent Gränsvärden Sulfat, SO4 2 (mg/l) > 3000 och 6000 ph-värde < 4,5 och 4,0 Koldioxid, CO 2 (mg/l) > 100 upp till mättnad Ammonium, NH 4+ (mg/l) > 60 och 100 Magnesium, Mg 2+ (mg/l) > 3000 jord, grundvatten, 5 25 C SS EN 206 1: vct max 0,45, tryckhållf. minst C35/45, cementhalt minst 360 kg/m 3 och sulfatresistent cement SS : 0,40 / 42,5 /200 / Betongrapport 11

40 Miljön Broar Parkeringsdäck, garage, terrasser Djurstallar Matavfallsanläggningar Olika industrier Simbassänger

41 Tätskikt/skyddsbeläggning Bitumenbaserade produkter Epoxiprodukter Polyuretan och polyurea Akrylatbaserade produkter

42 Specifikationer och krav för tätskikt/skyddsbeläggning på betong Produkter och system för skydd och reparation av betongkonstruktioner (EN 1504, Del 1 10) EN Allmänna principer för val av produkter EN Ytskyddsprodukter för betong Specifikationer för svenska vägbroar Specifikationer för svenska järnvägsbroar ETAG 033

43 Funktion Mekaniska egenskaper Pris Vidhäftning mot underlaget Beläggning/ Membran/ Primer Kemikalieresistens Slitstyrka Spricköverbryggande förmåga

44 Kemikalieresistens? Produkter Bitumenbaserad produkter Epoxi Polyuretan och polyurea Akrylatbaserad produkt vatten, olja, organiska syror, oorganiska syror, alkali, Resistent mot milda kemikalier, ej vissa lösningsmedel. Syrabeständig gjutasfalt Kemikalieresistent (mest) Kemikalieresistent Kemikalieresistent

45 Kemikalieresistens provbitar T. ex. Stirling Lloyd (MMA), generell bedömning: 4 veckor, 23 C Draghållfasthet och jfr. mot ursprungligt värde (får inte avvika med mer än 20%) Bedömning: + / o / Organiska syror? Delvis resistent mot 10% ig myrsyra, men inte beständig mot 30% ig Resistent mot 10% ig ättikssyra, delvis mot 30% ig

46 Kemikalieresistens på betong SS EN Provvätskor i Annex: Organiska syror: ättikssyra och propionsyra 50/50 Provningsuppsättning, SS EN Klass III (bästa): 28 dygn under tryck Hårdhet före och efter 50%

47 FoU Biologiska behandlingsanläggningar Lakvatten Matavfall: ph 4, ättikssyra.. Fosfater Klorider. 70 C

48 Att jämföra olika produkter... Provningsresultaten svåra att jämföra T ex: Kemikalieresistens: Uppges vara resistent, men: Lagringsvätska? Tid? Temperatur? Utvärdering?

49 Biologiska behandlingsanläggningar WR 27 (2009/2010) Betong har inte tillräcklig motståndskraft mot matavfall, måste skyddas av ett tätskikt. Ny metodik behövs för att prova i rätt miljö. WR 34 (2010) Nya kravspecifikationer för skyddsbeläggningar till matavfallsanläggningar! WR XX (2011/2012) Lab.studie, verifiering av föreslagen metodik.

50 GAFS TACK ArmaCoatings Sika Elmico Chesterton Stirling Lloyd