Decreasing Carbon Footprint of Block of Flats - Concrete Technology Possibilities

Construction business along with other businesses have set carbon neutrality goals in the following years. To reach these goals a lot needs to be done fairly quickly. The high impact of concrete production on carbon emissions has been known for years and solutions for this problem are studied in this paper through supplementary cementing materials. Ordinary Portland cement can be replaced partly but not completely with cement replacing materials since the strength properties are lost at replacement level higher than 80%. These replacing binders can be pulverized fly ash, blast furnace slag or silica fume. The use of the new low-carbon products can half the embodied carbon for the bearing frame of the building. The total area of a certain structure type is important since replacing its cement can have much higher impact on the total carbon footprint than replacing it for a single structure type that has fairly small area in the building.publishedVersionPeer reviewe

Betonielementtikerrostalojen julkisivujen ja parvekkeiden vaurioituminen 1990-luvun rakennustuotannossa

Betonijulkisivujen ja parvekkeiden systemaattisia kuntotutkimuksia on tehty yli 30 vuoden ajan. Tutkimukseen on kerätty tietoa betonin säilyvyysominaisuuksista ja vaurioitumisesta 1990-luvulla valmistuneiden rakennusten kuntotutkimusraporteista. Tässä tutkimuksessa selvitetään, miten 1990-luvun taitteessa voimaan tulleet betonin käyttöikä- ja säilyvyysohjeistukset ovat vaikuttaneet sen pitkäaikaiskestävyyteen julkisivuilla ja parvekkeilla. Voimaan tulleita ohjeistusmuutoksia olivat mm. ympäristöluokkien muutos ja betonin lujuus-luokan valinnan sitominen niihin. Lujuusluokkavaatimukset vaihtelivat välillä K25-K45. Myös betonin kloridipitoisuudelle asetettiin raja-arvoja. Pakkasenkestävyysvaatimukset tulivat voimaan vuoden 1980 Betoninormissa ja ne olivat myös sidottu ympäristöluokkiin. Vaatimukset eivät olleet kuitenkaan yksiselitteiset. Vuonna 1990 tuli voimaan ohjeistus, jonka mukaan sandwich-elementin ulkokuoren raudoitteiden tuli olla ruostumatonta terästä, mikäli suojabetonipeitepak-suusvaatimuksia ei voitu täyttää. Peitepaksuusvaatimus on pysynyt 25 mm:ssä vuodesta 1977 asti, mutta myöhemmissä ohjeistuksissa siihen on tullut erikoistapauksien tarkennuksia. Suomessa betonin vaurioitumiseen vaikuttaa eniten viistosade ja sen jälkeiset pakkassyklit aiheuttaen betonin halkeilua. Betonin karbonatisoituessa raudoitteiden kemiallinen suojaus katoaa ja ne alkavat ruostua. Näiden lisäksi betonista voi löytyä klorideja ja erilaisia huokostäytteitä, jotka voivat lyhentää betonirakenteen käyttöikää. 1990-luvun taitteessa voimaan tulleiden ohjeistuksien vaikuttavuutta tutkittiin vertaamalla 1990-luvun rakennuskantaa vanhemman rakennuskannan betonin ominaisuuksiin. Kaikki betonin säilyvyysominaisuudet olivat parantuneet vanhempaan rakennuskantaan verrattuna. Karbonatisoituminen on hidastunut sekä julkisivuilla että parvekkeilla. Hitaan karbonatisoitumisen osuus on kasvanut ja vastaavasti nopean osuus on pienentynyt. Myös peitepaksuudet ovat parantuneet huomattavasti ja alle 20 mm peitepaksuuksia ei enää juuri ole. Tästä syystä tavoiteltu käyttöikä saavutetaan todennäköisemmin. Betonin huokostus pakkasenkestävyyden saavuttamiseksi on parantunut, mutta täysin huokostamatonta betoniakin on havaittavissa. Tästä huolimatta pakkasrapautumisaste on pysynyt hyvin pienenä sekä julkisivuilla että parvekkeilla. Myös vetolujuustulokset ovat parantuneet ja osoittavat pakkasrapautumisen olevan vähäistä. Kloridipitoisuudet ovat hyvin maltillisia ja vain yksi parvekenäyte ylitti nykyisen pitoisuusrajan 0,05 p-%. Huokostäytteiden määrä on vähentynyt. Yleisin huokostäyte oli ettringiitti. Ettringiitin ja pakkasrapautumisen väliltä löydettiin yhteys. Kun huokosissa on ettringiittiä, pakkasrapautuminen on todennäköisempää ja suuriasteisempaa kuin betonilla, jonka huokosissa ei ole täytteitä. Alkali-kiviainesreaktion riski on suurempi uudemmassa rakennuskannassa. Luokkaan II, mahdollisesti reagoivia kivilajeja löydettiin 70 % näytteistä ja luokkaan III, todennäköisesti reagoivia kivilajeja 4 %. Tulosten perusteella laboratoriot eivät voi enää etsiä vain reaktioon yhdistettyä geeliä. Niiden on etsittävä myös muita AKR:oon viittaavia merkkejä, kuten hienorakeista kvartsia

Delayed ettringite formation (DEF) and its effect on freeze-thaw damage in Finnish concrete façades

The strongest drivers causing delayed ettringite formation (DEF) and its impact as a cause of freeze-thaw damage in Finnish concrete façades is still poorly known as it has been only briefly touched as a part of one dissertation [1] and one master's thesis [2]. The conclusion of both studies was that DEF might slightly accelerate freeze-thaw damage of concrete, but how strongly or how rapidly was not stated. To complement the knowledge on that matter, this article analyses Finnish façade structures built between 1960 and 2003 using large case-study databases, weather history data and statistical methods. As a result, it was found that DEF occurs in more than half of the Finnish concrete façades, but it significantly increases the freeze-thaw damage only when it has spread widely in the pore structure of concrete. Such case has been quite rare, since the amount of widespread DEF covers only 4.4% of all observations. Wind-driven rain (WDR) was found to be one of the most significant drivers for DEF, and if the façades are either completely protected from it or oriented in the direction which are least exposed to WDR, DEF was not observed extensively at all. Façades where no DEF was detected had WDR exposure an average of 1852 mm per year. The facades where DEF was found extensively had 68% more exposure, an average of 3127 mm per year.publishedVersionPeer reviewe

Matalaenergia- ja passiivitalojen rakenteiden ja liitosten suunnittelu- ja toteutusohjeita

Rakennusten energiatehokkuuden parantaminen tuo mukanaan muutospaineita suunnittelijoille ja rakentajille. Rakenteiden dimensiot muuttuvat eristepaksuutta kasvattaessa ja toisaalta rakenteen kosteustekninen toiminta muuttuu vaipan läpi tapahtuvien lämpöhäviöiden vähentyessä. Uusia tehokkaampia lämmöneristemateriaaleja käytetään paikoissa, joissa niitä ei ole ennen käytetty, mikä osaltaan vaikuttaa rakenteen kosteustekniseen, rakenteelliseen ja palotekniseen käyttäytymiseen sekä käytännön toteutukseen. Energiatehokkuuden parantamisen aiheuttamien muutosten lisäksi myös kiihtyvä ilmastonmuutos tulee vaikuttamaan rakenteiden toimintaan.Tämä tutkimusraportti liittyy Tampereen teknillisellä yliopistolla vuosina 2009-2012 toteutettuun FRAME-tutkimusprojektiin, jossa tutkittiin ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäämisen vaikutusta rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan sekä rakennusten energiankulutukseen ja sisäilman olosuhteisiin. Julkaisun tavoitteena on esittää yleisesti käytetyissä rakenteissa mahdollisesti esiintyviä muutoksia, kun eristepaksuutta kasvatetaan tai eristemateriaalia vaihdetaan ja esittää rakenteiden suunnitteluja toteutusohjeita, joilla nämä muutokset otetaan huomioon. FRAME-projektin varsinaiset tutkimustulokset on esitetty erillisessä raportissa, mutta tutkimustuloksia on hyödynnetty myös tässä julkaisussa annetuissa ohjeissa. Rakennetyypit ja ohjeistukset on laadittu siten, että rakenne toimisi kosteusteknisesti myös paksummilla lämmöneristeillä sekä tulevaisuuden ilmastossa (vuonna 2050). Julkaisussa on käsitelty yleisesti käytettyjä rakennetyyppejä ja - liitoksia. Ohjeistus ja selitykset on pyritty laatimaan siten, että esitettyjä toteutusperiaatteita voidaan tarvittaessa soveltaa myös muihin rakenteisiin.Lämmöneristyksen lisäyksestä aiheutuvilla muutoksilla on muutamia yhteisiä piirteitä. Rakenteen läpi tapahtuvat lämpöhäviöt pienentyvät. Tästä seuraa rakenteiden ulko-osien viileneminen ja suhteellisen kosteuden nousu. Tilanne voi heikentää tiettyjen perinteisten rakenteiden kosteusteknistä toimintaa, jos muuttuneita olosuhteita ei oteta suunnittelussa huomioon. Rakennusaikaisen kosteuden kuivumiseen on varattava lisäksi enemmän aikaa, kun rakennetta kuivattava lämpövirta rakenteen läpi vähenee. Rakenteen dimensioiden muutos saattaa johtaa rankarakenteiden rungon ylimitoitukseen, mikä aikaansaa uusien runkotyyppien kehittämistä. Rakenteiden paksuuden kasvaessa eristeen läpi tehtyjen kannatusten ja ripustusten rasitukset kasvavat, mikä johtaa liitoskappaleiden paksuntumiseen ja lisääntyvään kylmäsiltavaikutukseen. Liitokset ja liikuntasaumat tulee mitoittaa ottaen huomioon paksujen eristekerrosten kokoonpuristuminen ja liikkeet. Energiatehokkuuden parantuessa ilmatiiviyden merkitys korostuu ja sisätilojen riittävästä ilmanvaihdosta on huolehdittava. Rakenteiden vikasietoisuuden heikkeneminen korostaa jatkossa entisestään myös rakennusaikaisen kosteudenhallinnan ja huolellisen rakentamisen merkitystä

Ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutukset vaipparakenteiden kosteusteknisessä toiminnassa ja rakennusten energiankulutuksessa

Tämä tutkimusraportti liittyy vuosina 2009–2012 toteutettuun FRAME-tutkimusprojektiin, jonka keskeisenä tavoitteena on ollut selvittää ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksia vaipparakenteiden kosteusteknisessä toiminnassa ja rakennusten energiankulutuksessa Suomen ilmastossa. Tavoitteena on ollut myös selvittää millä rakenteellisilla tai muilla teknisillä ratkaisuilla vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa voidaan parhaiten parantaa. Tutkimuksen muina tavoitteina on ollut selvittää ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksia vaipparakenteiden lämpöteknisessä toiminnassa, sisäilman olosuhteissa ja LVI-järjestelmien käytössä sekä laatia uusia ohjeistuksia rakennustyömaan kosteudenhallintaa varten. Tutkimuksessa on keskitytty tavanomaisten tai riskialttiiksi tiedettyjen rakenteiden toiminnan tarkasteluun. Tutkimuksen yhteydessä Tampereen teknillisessä yliopistossa on saatu valmiiksi uusi rakenteiden kosteusteknisen toiminnan analysointimenetelmä, jolla voidaan aiempaa luotettavammin tarkastella rakenteissa ilmeneviä kosteusriskejä sekä nykyisessä että tulevaisuuden ilmastossa. Suurin osa tämän tutkimuksen tuloksista perustuu tällä menetelmällä tehtyihin laskentatarkasteluihin. Menetelmällä saatujen tulosten avulla rakenteet voidaan suunnitella jatkossa siten, että ne kestävät myös poikkeuksellisen rasittavien sääolojen vaikutukset muuttuvassa ilmastossa. Tärkeä osa uutta analysointimenetelmää ovat ulkoilman rakennusfysikaaliset testivuodet Suomen ilmastossa. Nämä testivuodet määritettiin TTY:llä Ilmatieteen laitoksen mittaaman ja määrittämän säädatan avulla sekä nykyilmastossa että tulevaisuuden ilmastossa (vuosien 2050 ja 2100 ilmastot). Jokaisesta ilmastosta määritettiin kaksi testivuotta, joiden avulla voidaan tarkastella lähes kaikkien vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa kriittisissä kosteusolosuhteissa. Tulevaisuuden ilmastoista määritetyt testivuodet perustuvat A2-ilmastonmuutosskenaarioon, jonka perusteella Ilmatieteen laitos on laatinut ennusteen ulkoilman olosuhteiden muuttumisesta. Ilmastonmuutos ja lämmöneristyksen lisäys heikentävät useiden nykyisellä tavalla toteutettujen vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa ja vikasietoisuutta, koska rakenteiden sisällä lämpötila- ja kosteusolosuhteet muuttuvat. Osassa rakenteita muutos on erittäin suuri. Ennustetun ilmastonmuutoksen seurauksena ulkolämpötilat nousevat, sademäärät kasvavat ja pilvisyys lisääntyy. Myös ulkoilman suhteellinen kosteus voi nousta ja tuulisuus lisääntyä jossain määrin. Nämä kaikki tekijät lisäävät homeen kasvua ja kosteuden kondensoitumista varsinkin rakenteiden ulko-osissa ja joissakin tapauksissa myös muualla rakenteessa. Lisäksi rakenteiden kuivuminen hidastuu ja kuivumisajat pitenevät. Lämmöneristyksen lisäys vähentää puolestaan lämmön siirtymistä vaipparakenteiden läpi, jolloin lämpötila laskee rakenteen ulko-osassa ja suhteellinen kosteus nousee. Myös tämä asia lisää homeen kasvua ja kosteuden kondensoitumista rakenteen ulko-osassa. Rakenteiden vikasietoisuus heikkenee samasta syystä, koska sisältä tuleva lämpö ei pysty kuivattamaan rakenteita samalla tavoin, jos niihin pääsee ylimääräistä kosteutta ajoittaisen kosteusvuodon tai poikkeuksellisten sääolojen seurauksena. Rakenteiden kosteusriskit lisääntyvät myös rakenneratkaisujen, lämmöneristetyyppien ja toteutustapojen muutosten seurauksena. Muutosten vaikutus rakenteiden kosteustekniseen toimintaan on tunnettava, joten rakennusalalla tarvitaan näihin asioihin liittyen jatkossa paljon koulutusta. Rakenteiden vikasietoisuuden heikkeneminen korostaa jatkossa entisestään rakennusaikaisen kosteudenhallinnan merkitystä. Rakenteet ja materiaalit tulee suojata sadeveden vaikutuksilta niin hyvin kuin mahdollista, ja rakenteille on varattava riittävästi kuivumisaikaa ennen tiiviiden pinnoitteiden tai kuvumista hidastavien peittävien rakenteiden asentamista. Varsinkin puurakenteiset talot on suositeltavaa tehdä suojateltan sisällä. Lähes kaikki vaipparakenteet saadaan toimiviksi myös seuraavan 100 vuoden aikana rakenteellisten muutosten ja toteutusohjeiden muutoksien avulla. Puurakenteiden kosteusteknistä toimintaa voidaan parantaa merkittävästi laittamalla kantavien rakenteiden ulkopuolelle lämmöneristystä. Betoni- ja kivirakenteiden kuivumiseen on puolestaan varattava lisää aikaa, jos niiden ulkopuolella käytetään lämmöneristeenä solumuovieristeitä. Liitosten ja detaljien toimivuuteen tulee kiinnittää erityistä huomiota. Niillä on oleellisen merkitys koko rakenteen toimivuudelle. Uudet betonirakenteet ovat kosteusteknisesti toimivia, jos ne tehdään nykyisten ohjeiden mukaisesti. Raudoitteiden sijainti tulee olla normien ja toleranssien mukainen ja ruostumattomien terästen käyttö julkisivuissa on suositeltavaa (erityisesti pieliteräkset). Pakkasenkestävyyden suhteen nykyinen vaatimustaso on riittävä, jos betoni lisähuokostetaan ohjeiden mukaisesti. Pakkasrapautumisvaurioita saattaa kuitenkin alkaa esiintyä vanhassa rakennuskannassa myös sisämaassa ilmastonmuutoksen myötä. Lämmöneristyksen lisäys ei vaikuta betonijulkisivun kosteustekniseen toimintaan. Massiivirakenteet, kuten hirsi- ja kevytbetonirakenteet, tulisi lämmöneristää aina ulkopuolelta hyvin vesihöyryä läpäisevällä eristeellä. Jos rakenteita eristetään sisäpuolelta, niiden on päästävä kuivumaan riittävästi ennen sisäpuolisen lämmöneristeen ja höyrynsulun laittoa. Höyrynsululta vaadittava vesihöyrynvastus riippuu oleellisesti sisäpuolisen lämmöneristyksen lämmönvastuksesta. Matalassa tiiliverhotussa puurunkoisessa ulkoseinässä tarvitaan erittäin hyvin lämpöä eristävä tuulensuoja puurakenteen ulkopuolella. Korkeassa tiiliverhotussa ulkoseinässä (>10 m) puurakenteen ja tiiliverhouksen väliin on laitettava kummaltakin puolelta tuuletettu höyrynsulkukerros, joka estää kosteuden siirtymisen diffuusiolla verhouksesta takana olevaan seinärakenteeseen. Tämä höyrynsulkukerros toimii samalla rakennusaikaisena sääsuojana. Puurakenteen päälle tehtävän eristerappauksen käytöstä on syytä luopua kokonaan, koska sadevesi pääsee tunkeutumaan herkästi ulkoverhouksen liitos- ja läpivientikohdista rakenteeseen ja sen kuivuminen on hidasta. Rappauspinta voidaan tehdä puurakenteisiin ulkoseiniin kuitenkin tuuletettua levyrappausta käyttämällä. Puurakenteisiin tuuletettuihin yläpohjiin tulisi laittaa lämmöneristystä kantavien puurakenteiden yläpuolelle. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi lämpöä eristävän aluskatteen tai tuulensuojan avulla. Aluskatteen on täytettävä myös kaikki muut sille asetetut vaatimukset. Ryömintätilaisissa alapohjissa maanpinnan tulee olla kauttaaltaan lämmöneristetty varsinkin puurakenteista alapohjaa käytettäessä. Myös sepelikerroksen käyttö maanpinnalla parantaa ryömintätilaisen alapohjan kosteusteknistä toimintaa merkittävästi. Kantavien puurakenteiden alapuolella olevan tuulensuojan tulee olla kosteutta kestävä ja hyvin lämpöä eristävä. Uusien talojen vaipparakenteet voidaan myös tulevaisuudessa toteuttaa niin, että erillisiä teknisiä laitteita ja järjestelmiä (kuivaimet, lämmittimet tai ilmanvaihtojärjestelmät) ei tarvita rakennuksen käytön aikana rakenteiden kosteusteknisen toiminnan varmistamisessa. Sen sijaan korjausten yhteydessä tehtävän lisäeristämisen seurauksena joidenkin rakenteiden toiminta voi edellyttää näiden laitteiden käyttöä. Kosteuden tiivistyminen ja huurtuminen ikkunoiden ulkopintaan lisääntyy voimakkaasti, jos ikkunoiden lasiosien lämmönläpäisykerrointa eli U-arvoa parannetaan nykyisestä tasosta. Kosteuden tiivistyminen on ajoittain ongelmana jo nykyisissäkin ikkunoissa. Ikkunan ulkopintaan laitettava selektiivipinnoite poistaa tämän ongelman. Yläpohjien lämmöneristekerroksessa tapahtuvat ilmavirtaukset heikentävät paksujen puhalluseristeiden lämmöneristyskykyä merkittävästi. Ilmavirtausten vähentäminen edellyttää puhalluseristeiden ilmanläpäisevyyden pienentämistä esimerkiksi tiheyttä kasvattamalla tai käyttämällä eristeen joukossa sideainetta. Ulkoseinärakenteissa ilmavirtausten vaikutus rakenteiden toimintaan on nykyisillä eristepaksuuksilla oleellisesti vähäisempi. Vaipparakenteiden lämmöneristyksen lisääminen Suomen rakentamismääräysten nykyisestä vertailutasosta ei ole enää taloudellisesti kannattavaa kerrostaloissa ja toimistorakennuksissa. Pientaloissa kannattavuus riippuu siitä, kuinka pitkä takaisinmaksuaika lisäeristämiselle hyväksytään. Tämä johtuu lisäeristämisellä saavutettavan energiansäästön vähenemisestä ja rakennusten jäähdytystarpeen kasvusta. Jo vuoden 2007 lämmöneristysmääräykset olisivat olleet kerrostaloissa ja toimistorakennuksissa varsin riittäviä. Tutkimuksen yhteydessä on laadittu matalaenergia- ja passiivitalojen rakenteille ja liitoksille suunnitteluohjeet, joissa esitetään keskeisiä toteutusperiaatteita ja huomioon otettavia asioita vaipparakenteita suunniteltaessa ja toteutettaessa. Ohjeessa on keskitytty tavanomaisimpien ja tyypillisimpien rakenteiden tarkasteluun

Hiilijalanjäljen arviointi aikaisessa suunnittelussa ja siihen vaikuttaminen

Työssä selvitettiin voiko rakennuksen hiilijalanjälkeä arvioida luotettavasti aikaisessa suunnittelussa, jolloin rakennusmateriaaleja ei ole vielä päätetty. Tähän käytettiin kahta laskentatapaa, joita vertailtiin keskenään. Aikaisen suunnitteluvaiheen laskenta tehtiin rakennetyyppeihin perustuvalla laskennalla, johon aineiston on kerännyt yritys. Esimerkkikohteelle suoritettiin määrälaskenta ja näiden tulosten pohjalta laskettiin hiilijalanjälki. Rakennuksen todellinen hiilijalanjälki laskettiin One Click LCA -ohjelmalla, jossa käytettiin ympäristöministeriön Rakennusten vähähiilisyyden arviointimenetelmä -ohjetta laskentamenetelmänä. Ohjelmaan syötettiin pinta-alat ja saatiin todellinen hiilijalanjälki. Saatuja tuloksia verratessa huomattiin, että aikaisen suunnitteluvaiheen hiilijalanjälki vastaa hyvin todellista hiilijalanjälkeä, kunhan kaikki tarvittavat rakennetyypit ovat tiedossa. Yrityksen mallirakennekirjasto kaipaa kuitenkin laajentamista täsmällisyyden saavuttamiseksi. Lisäksi tehtiin tarkasteluja, miten rakennesuunnittelija voi vaikuttaa hiilijalanjälkeen. Tarkastelu tehtiin betonille, sillä se on yleisin runkomateriaali kerrostaloissa. Betonin lujuusluokkaa vaihdettiin, jolloin saatiin suhdeluvut sementtimäärän muutokselle. Lujuusluokkaa vaihtamalla hiilijalanjälki jopa kaksinkertaistui. Betonin sementille tehtiin tarkastelu, jossa vertailtiin CEMI-sementtiä, jossa on 0 % masuunikuonaa ja CEMII-sementtiä, jossa on noin 20 % masuunikuonaa. Huomattiin, että tiettyjen sementtilaatujen välillä on suuria eroja, mutta CEM-luokan vaihtaminen ei välttämättä aiheuta suurta muutosta.Finnish Ministry of the Environment has released a guideline regarding the calculations of environmental impact of buildings. It was released as a trial version and it will be finalized according to the feedback given. In this thesis two calculation methods will be examined and compared to each other to see if they are comparable. A quantity calculation was performed, and it was used for both methods. The first method is based on the type of structure of the building. The types and quantities of used structures are known from the beginning of a building project and it is possible to calculate the carbon footprint of a building based on this information. This calculation method is not accurate, but it predicts the impacts of changing a structure type. The second method used a calculation programme called One Click LCA and calculation method used in it was based on the Ministry of the Environment’s guideline. In this programme were quantities and types of structures also used and the programme gave a result. The result given was not fully transparent. Comparing the two calculation methods, was seen that the first one could be used as a predictive method and by multiplying its result by 1.5 it was close to the second, more accurate method. Neither of the methods were completely accurate because some of the structure types had to be left out for their complexity. Further examinations were made for concrete because it is the most common material for frames of buildings. By changing the strength class of the concrete, the carbon footprint went up as high as two times the original strength class’s footprint. This is where a structural designer can affect the carbon footprint. The other examination was made for the cement used in concrete. By using class CEMI cement, which has 0 % slag, the carbon footprint is the highest. Changing it to class CEMII, which has 20 % slag, helps, but there is a difference between cement types within the same class

Hiilijalanjäljen arviointi aikaisessa suunnittelussa ja siihen vaikuttaminen

Työssä selvitettiin voiko rakennuksen hiilijalanjälkeä arvioida luotettavasti aikaisessa suunnittelussa, jolloin rakennusmateriaaleja ei ole vielä päätetty. Tähän käytettiin kahta laskentatapaa, joita vertailtiin keskenään. Aikaisen suunnitteluvaiheen laskenta tehtiin rakennetyyppeihin perustuvalla laskennalla, johon aineiston on kerännyt yritys. Esimerkkikohteelle suoritettiin määrälaskenta ja näiden tulosten pohjalta laskettiin hiilijalanjälki. Rakennuksen todellinen hiilijalanjälki laskettiin One Click LCA -ohjelmalla, jossa käytettiin ympäristöministeriön Rakennusten vähähiilisyyden arviointimenetelmä -ohjetta laskentamenetelmänä. Ohjelmaan syötettiin pinta-alat ja saatiin todellinen hiilijalanjälki. Saatuja tuloksia verratessa huomattiin, että aikaisen suunnitteluvaiheen hiilijalanjälki vastaa hyvin todellista hiilijalanjälkeä, kunhan kaikki tarvittavat rakennetyypit ovat tiedossa. Yrityksen mallirakennekirjasto kaipaa kuitenkin laajentamista täsmällisyyden saavuttamiseksi. Lisäksi tehtiin tarkasteluja, miten rakennesuunnittelija voi vaikuttaa hiilijalanjälkeen. Tarkastelu tehtiin betonille, sillä se on yleisin runkomateriaali kerrostaloissa. Betonin lujuusluokkaa vaihdettiin, jolloin saatiin suhdeluvut sementtimäärän muutokselle. Lujuusluokkaa vaihtamalla hiilijalanjälki jopa kaksinkertaistui. Betonin sementille tehtiin tarkastelu, jossa vertailtiin CEMI-sementtiä, jossa on 0 % masuunikuonaa ja CEMII-sementtiä, jossa on noin 20 % masuunikuonaa. Huomattiin, että tiettyjen sementtilaatujen välillä on suuria eroja, mutta CEM-luokan vaihtaminen ei välttämättä aiheuta suurta muutosta.Finnish Ministry of the Environment has released a guideline regarding the calculations of environmental impact of buildings. It was released as a trial version and it will be finalized according to the feedback given. In this thesis two calculation methods will be examined and compared to each other to see if they are comparable. A quantity calculation was performed, and it was used for both methods. The first method is based on the type of structure of the building. The types and quantities of used structures are known from the beginning of a building project and it is possible to calculate the carbon footprint of a building based on this information. This calculation method is not accurate, but it predicts the impacts of changing a structure type. The second method used a calculation programme called One Click LCA and calculation method used in it was based on the Ministry of the Environment’s guideline. In this programme were quantities and types of structures also used and the programme gave a result. The result given was not fully transparent. Comparing the two calculation methods, was seen that the first one could be used as a predictive method and by multiplying its result by 1.5 it was close to the second, more accurate method. Neither of the methods were completely accurate because some of the structure types had to be left out for their complexity. Further examinations were made for concrete because it is the most common material for frames of buildings. By changing the strength class of the concrete, the carbon footprint went up as high as two times the original strength class’s footprint. This is where a structural designer can affect the carbon footprint. The other examination was made for the cement used in concrete. By using class CEMI cement, which has 0 % slag, the carbon footprint is the highest. Changing it to class CEMII, which has 20 % slag, helps, but there is a difference between cement types within the same class

Case Study on the 20 Years Propagation of Carbonation in Existing Concrete Facades and Balconies

In the most service life models of reinforced concrete structures the initiation phase is the most crucial, because according to models, service life of the structure will end underestimation on conservative side when carbonation achieves the reinforcement for the first time. The square root model is widely used in predicting carbonation depth of reinforced concrete. The model is based on diffusion laws and thereby arguable for inhomogeneous concrete. The model was evaluated by field measurements from one existing concrete building by conducting condition investigation twice at a time interval of 20 years. Samples were taken from exposed aggregate concrete sandwich panels and balcony side panels. Compared to the data collected from large number of buildings, the measured carbonation rates were very common for Finnish concrete buildings made during the 1960s and 1970s. According to this study, in solid concrete the progress of carbonation of concrete can be predicted reliably with Fick’s second law. This model, however, gives too pessimistic predictions for concrete suffering from freeze-thaw damage. Therefore, a new model has been presented for damaged concrete.publishedVersionPeer reviewe

Matalaenergia- ja passiivitalojen rakenteiden ja liitosten suunnittelu- ja toteutusohjeita

Rakennusten energiatehokkuuden parantaminen tuo mukanaan muutospaineita suunnittelijoille ja rakentajille. Rakenteiden dimensiot muuttuvat eristepaksuutta kasvattaessa ja toisaalta rakenteen kosteustekninen toiminta muuttuu vaipan läpi tapahtuvien lämpöhäviöiden vähentyessä. Uusia tehokkaampia lämmöneristemateriaaleja käytetään paikoissa, joissa niitä ei ole ennen käytetty, mikä osaltaan vaikuttaa rakenteen kosteustekniseen, rakenteelliseen ja palotekniseen käyttäytymiseen sekä käytännön toteutukseen. Energiatehokkuuden parantamisen aiheuttamien muutosten lisäksi myös kiihtyvä ilmastonmuutos tulee vaikuttamaan rakenteiden toimintaan. Tämä tutkimusraportti liittyy Tampereen teknillisellä yliopistolla vuosina 2009-2012 toteutettuun FRAME-tutkimusprojektiin, jossa tutkittiin ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäämisen vaikutusta rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan sekä rakennusten energiankulutukseen ja sisäilman olosuhteisiin. Julkaisun tavoitteena on esittää yleisesti käytetyissä rakenteissa mahdollisesti esiintyviä muutoksia, kun eristepaksuutta kasvatetaan tai eristemateriaalia vaihdetaan ja esittää rakenteiden suunnitteluja toteutusohjeita, joilla nämä muutokset otetaan huomioon. FRAME-projektin varsinaiset tutkimustulokset on esitetty erillisessä raportissa, mutta tutkimustuloksia on hyödynnetty myös tässä julkaisussa annetuissa ohjeissa. Rakennetyypit ja ohjeistukset on laadittu siten, että rakenne toimisi kosteusteknisesti myös paksummilla lämmöneristeillä sekä tulevaisuuden ilmastossa (vuonna 2050). Julkaisussa on käsitelty yleisesti käytettyjä rakennetyyppejä ja - liitoksia. Ohjeistus ja selitykset on pyritty laatimaan siten, että esitettyjä toteutusperiaatteita voidaan tarvittaessa soveltaa myös muihin rakenteisiin. Lämmöneristyksen lisäyksestä aiheutuvilla muutoksilla on muutamia yhteisiä piirteitä. Rakenteen läpi tapahtuvat lämpöhäviöt pienentyvät. Tästä seuraa rakenteiden ulko-osien viileneminen ja suhteellisen kosteuden nousu. Tilanne voi heikentää tiettyjen perinteisten rakenteiden kosteusteknistä toimintaa, jos muuttuneita olosuhteita ei oteta suunnittelussa huomioon. Rakennusaikaisen kosteuden kuivumiseen on varattava lisäksi enemmän aikaa, kun rakennetta kuivattava lämpövirta rakenteen läpi vähenee. Rakenteen dimensioiden muutos saattaa johtaa rankarakenteiden rungon ylimitoitukseen, mikä aikaansaa uusien runkotyyppien kehittämistä. Rakenteiden paksuuden kasvaessa eristeen läpi tehtyjen kannatusten ja ripustusten rasitukset kasvavat, mikä johtaa liitoskappaleiden paksuntumiseen ja lisääntyvään kylmäsiltavaikutukseen. Liitokset ja liikuntasaumat tulee mitoittaa ottaen huomioon paksujen eristekerrosten kokoonpuristuminen ja liikkeet. Energiatehokkuuden parantuessa ilmatiiviyden merkitys korostuu ja sisätilojen riittävästä ilmanvaihdosta on huolehdittava. Rakenteiden vikasietoisuuden heikkeneminen korostaa jatkossa entisestään myös rakennusaikaisen kosteudenhallinnan ja huolellisen rakentamisen merkitystä.publishedVersio

Ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutukset vaipparakenteiden kosteusteknisessä toiminnassa ja rakennusten energiankulutuksessa

Tämä tutkimusraportti liittyy vuosina 2009–2012 toteutettuun FRAME-tutkimusprojektiin, jonka keskeisenä tavoitteena on ollut selvittää ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksia vaipparakenteiden kosteusteknisessä toiminnassa ja rakennusten energiankulutuksessa Suomen ilmastossa. Tavoitteena on ollut myös selvittää millä rakenteellisilla tai muilla teknisillä ratkaisuilla vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa voidaan parhaiten parantaa. Tutkimuksen muina tavoitteina on ollut selvittää ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksia vaipparakenteiden lämpöteknisessä toiminnassa, sisäilman olosuhteissa ja LVI-järjestelmien käytössä sekä laatia uusia ohjeistuksia rakennustyömaan kosteudenhallintaa varten. Tutkimuksessa on keskitytty tavanomaisten tai riskialttiiksi tiedettyjen rakenteiden toiminnan tarkasteluun. Tutkimuksen yhteydessä Tampereen teknillisessä yliopistossa on saatu valmiiksi uusi rakenteiden kosteusteknisen toiminnan analysointimenetelmä, jolla voidaan aiempaa luotettavammin tarkastella rakenteissa ilmeneviä kosteusriskejä sekä nykyisessä että tulevaisuuden ilmastossa. Suurin osa tämän tutkimuksen tuloksista perustuu tällä menetelmällä tehtyihin laskentatarkasteluihin. Menetelmällä saatujen tulosten avulla rakenteet voidaan suunnitella jatkossa siten, että ne kestävät myös poikkeuksellisen rasittavien sääolojen vaikutukset muuttuvassa ilmastossa. Tärkeä osa uutta analysointimenetelmää ovat ulkoilman rakennusfysikaaliset testivuodet Suomen ilmastossa. Nämä testivuodet määritettiin TTY:llä Ilmatieteen laitoksen mittaaman ja määrittämän säädatan avulla sekä nykyilmastossa että tulevaisuuden ilmastossa (vuosien 2050 ja 2100 ilmastot). Jokaisesta ilmastosta määritettiin kaksi testivuotta, joiden avulla voidaan tarkastella lähes kaikkien vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa kriittisissä kosteusolosuhteissa. Tulevaisuuden ilmastoista määritetyt testivuodet perustuvat A2-ilmastonmuutosskenaarioon, jonka perusteella Ilmatieteen laitos on laatinut ennusteen ulkoilman olosuhteiden muuttumisesta. Ilmastonmuutos ja lämmöneristyksen lisäys heikentävät useiden nykyisellä tavalla toteutettujen vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa ja vikasietoisuutta, koska rakenteiden sisällä lämpötila- ja kosteusolosuhteet muuttuvat. Osassa rakenteita muutos on erittäin suuri. Ennustetun ilmastonmuutoksen seurauksena ulkolämpötilat nousevat, sademäärät kasvavat ja pilvisyys lisääntyy. Myös ulkoilman suhteellinen kosteus voi nousta ja tuulisuus lisääntyä jossain määrin. Nämä kaikki tekijät lisäävät homeen kasvua ja kosteuden kondensoitumista varsinkin rakenteiden ulko-osissa ja joissakin tapauksissa myös muualla rakenteessa. Lisäksi rakenteiden kuivuminen hidastuu ja kuivumisajat pitenevät. Lämmöneristyksen lisäys vähentää puolestaan lämmön siirtymistä vaipparakenteiden läpi, jolloin lämpötila laskee rakenteen ulko-osassa ja suhteellinen kosteus nousee. Myös tämä asia lisää homeen kasvua ja kosteuden kondensoitumista rakenteen ulko-osassa. Rakenteiden vikasietoisuus heikkenee samasta syystä, koska sisältä tuleva lämpö ei pysty kuivattamaan rakenteita samalla tavoin, jos niihin pääsee ylimääräistä kosteutta ajoittaisen kosteusvuodon tai poikkeuksellisten sääolojen seurauksena. Rakenteiden kosteusriskit lisääntyvät myös rakenneratkaisujen, lämmöneristetyyppien ja toteutustapojen muutosten seurauksena. Muutosten vaikutus rakenteiden kosteustekniseen toimintaan on tunnettava, joten rakennusalalla tarvitaan näihin asioihin liittyen jatkossa paljon koulutusta. Rakenteiden vikasietoisuuden heikkeneminen korostaa jatkossa entisestään rakennusaikaisen kosteudenhallinnan merkitystä. Rakenteet ja materiaalit tulee suojata sadeveden vaikutuksilta niin hyvin kuin mahdollista, ja rakenteille on varattava riittävästi kuivumisaikaa ennen tiiviiden pinnoitteiden tai kuvumista hidastavien peittävien rakenteiden asentamista. Varsinkin puurakenteiset talot on suositeltavaa tehdä suojateltan sisällä. Lähes kaikki vaipparakenteet saadaan toimiviksi myös seuraavan 100 vuoden aikana rakenteellisten muutosten ja toteutusohjeiden muutoksien avulla. Puurakenteiden kosteusteknistä toimintaa voidaan parantaa merkittävästi laittamalla kantavien rakenteiden ulkopuolelle lämmöneristystä. Betoni- ja kivirakenteiden kuivumiseen on puolestaan varattava lisää aikaa, jos niiden ulkopuolella käytetään lämmöneristeenä solumuovieristeitä. Liitosten ja detaljien toimivuuteen tulee kiinnittää erityistä huomiota. Niillä on oleellisen merkitys koko rakenteen toimivuudelle. Uudet betonirakenteet ovat kosteusteknisesti toimivia, jos ne tehdään nykyisten ohjeiden mukaisesti. Raudoitteiden sijainti tulee olla normien ja toleranssien mukainen ja ruostumattomien terästen käyttö julkisivuissa on suositeltavaa (erityisesti pieliteräkset). Pakkasenkestävyyden suhteen nykyinen vaatimustaso on riittävä, jos betoni lisähuokostetaan ohjeiden mukaisesti. Pakkasrapautumisvaurioita saattaa kuitenkin alkaa esiintyä vanhassa rakennuskannassa myös sisämaassa ilmastonmuutoksen myötä. Lämmöneristyksen lisäys ei vaikuta betonijulkisivun kosteustekniseen toimintaan. Massiivirakenteet, kuten hirsi- ja kevytbetonirakenteet, tulisi lämmöneristää aina ulkopuolelta hyvin vesihöyryä läpäisevällä eristeellä. Jos rakenteita eristetään sisäpuolelta, niiden on päästävä kuivumaan riittävästi ennen sisäpuolisen lämmöneristeen ja höyrynsulun laittoa. Höyrynsululta vaadittava vesihöyrynvastus riippuu oleellisesti sisäpuolisen lämmöneristyksen lämmönvastuksesta. Matalassa tiiliverhotussa puurunkoisessa ulkoseinässä tarvitaan erittäin hyvin lämpöä eristävä tuulensuoja puurakenteen ulkopuolella. Korkeassa tiiliverhotussa ulkoseinässä (>10 m) puurakenteen ja tiiliverhouksen väliin on laitettava kummaltakin puolelta tuuletettu höyrynsulkukerros, joka estää kosteuden siirtymisen diffuusiolla verhouksesta takana olevaan seinärakenteeseen. Tämä höyrynsulkukerros toimii samalla rakennusaikaisena sääsuojana. Puurakenteen päälle tehtävän eristerappauksen käytöstä on syytä luopua kokonaan, koska sadevesi pääsee tunkeutumaan herkästi ulkoverhouksen liitos- ja läpivientikohdista rakenteeseen ja sen kuivuminen on hidasta. Rappauspinta voidaan tehdä puurakenteisiin ulkoseiniin kuitenkin tuuletettua levyrappausta käyttämällä. Puurakenteisiin tuuletettuihin yläpohjiin tulisi laittaa lämmöneristystä kantavien puurakenteiden yläpuolelle. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi lämpöä eristävän aluskatteen tai tuulensuojan avulla. Aluskatteen on täytettävä myös kaikki muut sille asetetut vaatimukset. Ryömintätilaisissa alapohjissa maanpinnan tulee olla kauttaaltaan lämmöneristetty varsinkin puurakenteista alapohjaa käytettäessä. Myös sepelikerroksen käyttö maanpinnalla parantaa ryömintätilaisen alapohjan kosteusteknistä toimintaa merkittävästi. Kantavien puurakenteiden alapuolella olevan tuulensuojan tulee olla kosteutta kestävä ja hyvin lämpöä eristävä. Uusien talojen vaipparakenteet voidaan myös tulevaisuudessa toteuttaa niin, että erillisiä teknisiä laitteita ja järjestelmiä (kuivaimet, lämmittimet tai ilmanvaihtojärjestelmät) ei tarvita rakennuksen käytön aikana rakenteiden kosteusteknisen toiminnan varmistamisessa. Sen sijaan korjausten yhteydessä tehtävän lisäeristämisen seurauksena joidenkin rakenteiden toiminta voi edellyttää näiden laitteiden käyttöä. Kosteuden tiivistyminen ja huurtuminen ikkunoiden ulkopintaan lisääntyy voimakkaasti, jos ikkunoiden lasiosien lämmönläpäisykerrointa eli U-arvoa parannetaan nykyisestä tasosta. Kosteuden tiivistyminen on ajoittain ongelmana jo nykyisissäkin ikkunoissa. Ikkunan ulkopintaan laitettava selektiivipinnoite poistaa tämän ongelman. Yläpohjien lämmöneristekerroksessa tapahtuvat ilmavirtaukset heikentävät paksujen puhalluseristeiden lämmöneristyskykyä merkittävästi. Ilmavirtausten vähentäminen edellyttää puhalluseristeiden ilmanläpäisevyyden pienentämistä esimerkiksi tiheyttä kasvattamalla tai käyttämällä eristeen joukossa sideainetta. Ulkoseinärakenteissa ilmavirtausten vaikutus rakenteiden toimintaan on nykyisillä eristepaksuuksilla oleellisesti vähäisempi. Vaipparakenteiden lämmöneristyksen lisääminen Suomen rakentamismääräysten nykyisestä vertailutasosta ei ole enää taloudellisesti kannattavaa kerrostaloissa ja toimistorakennuksissa. Pientaloissa kannattavuus riippuu siitä, kuinka pitkä takaisinmaksuaika lisäeristämiselle hyväksytään. Tämä johtuu lisäeristämisellä saavutettavan energiansäästön vähenemisestä ja rakennusten jäähdytystarpeen kasvusta. Jo vuoden 2007 lämmöneristysmääräykset olisivat olleet kerrostaloissa ja toimistorakennuksissa varsin riittäviä. Tutkimuksen yhteydessä on laadittu matalaenergia- ja passiivitalojen rakenteille ja liitoksille suunnitteluohjeet, joissa esitetään keskeisiä toteutusperiaatteita ja huomioon otettavia asioita vaipparakenteita suunniteltaessa ja toteutettaessa. Ohjeessa on keskitytty tavanomaisimpien ja tyypillisimpien rakenteiden tarkasteluun