Onderbouwing van de duurzaamheid van staalconstructies = Large Valorisation on Sustainability of Steel Structures CASE STUDIES

Onderbouwing van de duurzaamheid van staalconstructies = Large Valorisation on Sustainability of Steel Structures CASE STUDIES November 2014

LARGE VALORISATION ON SUSTAINABILITY OF STEEL STRUCTURES EUROPEAN CONVENTION FOR CONSTRUCTIONAL STEELWORK • CONVENTION EUROPEENNE DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE • EUROPÄISCHE KONVENTION FÜR STAHLBAU

Agenda

12/10/2014

2


12/10/2014

3


Scope van de studie Doel: vergelijk de milieubelasting van een constructie van een kantoor met verschillende typen constructies. Drie typen constructiesystemen worden bekeken: – staal-beton composiet constructie – betonconstructie – geoptimaliseerde staal-beton constructie (optimalisatie op basis van Eco ontwerp) 12/10/2014

4


Definitie van het gebouw • Oppervlak gebouw: 42x24 m • Aantal verdiepingen (exclusief begane grond): 8 • Lokatie Parijs 42 m

Offices Nord

5m

Offices West

Offices Est

Meeting Room1

WC 2

WC 1

Meeting Room 2

24 m

Circulation

m

Offices South

6m

12/10/2014

6m

5


Onderdelen gebouwschil Noord/Zuid [m2]

West/Oost [m2]

Som [m2]

Wanden

908

523

1431

Glas Totaal oppervlak

389 1297

224 747

613 4088

• Gevel: staalpanelen geïsoleerd met 50mm geëxtrudeerd polystyreen (XPS) • Ramen: dubbel glas, delen met zonwering • Dak: geïsoleerd met 18 cm geëxpandeerd polystyreen (EPS)

12/10/2014

6


Gebruik & installaties Kantoor

• Verwarming & koeling: gesplitst • Mechanische ventilatie met warmteterugwinning • Warm tapwater: elektrische boiler

12/10/2014

7


Constructief ontwerp • Staal & beton composiet constructie – Composiet raatliggers in S355 – S.b.v COFRA+60 met 15 cm beton (C30/37)

– Stabiliteit uit betonnen kern (C30/37)

• Betonconstructie – Gewapend beton kolommen/liggers (C30/37) – Kanaalplaten (C30/37) – Stabiliteit uit betonnen kern (C30/37)

12/10/2014

8


Constructie ontwerp • Eco-geoptimaliseerd staal & beton composiet ontwerp – Composiet raatliggers in S460 – S.b.v. COFRA+60 met 15 cm beton (C30/37) – Stabiliteit uit stalen kern (steel S460)

12/10/2014

9


Constructie kantoor onderdeel

Variant 1 Composiet

Variant 2 Beton

Variant 3 Eco-geoptimaliseerd composiet

hoofdonderdelen

239.9 t staalprofielen

1199 t beton

197.1 t staalprofielen

Staalverbindingen

14.994 t

-------------

11.827 t

wapening

-------------

59.1 t

-------------

Kern (beton)

beton C30/37 1941 t wapening 44.16 t

beton C30/37 1941 t Wapening 44.16 t

-------------

Kern (staal)

-------------

-------------

Staalprofielen 75.46 t Staalverbindingen 6.037 t

12/10/2014

10


Vloeren kantoor Constructie onderdeel

Variant 1 Composiet

Variant 2 Beton

Staal

Cofraplus 60 : 70.6 t

Hoogte

150 mm

Betonvloer Wapening

2246 t 16.56 t

------------240 mm + 70mm of zandcement dekvloer 4688 t 16.56 t

12/10/2014

Variant 3 Eco-geoptimaliseerd composiet Cofraplus 60 : 70.6 t 150 mm

2246 t 16.56 t

11


Transport • Transport staal: – Gewicht : 369.6 t – Transport : 500km standaard vrachtwagen

• Transport beton: – Gewicht : 4676 t – Transport : 50km betonmixer

12/10/2014

12


Resultaten kantoor (S355) • Gebruiksfase (module B) veroorzaakt ~ 90% van de CO2 uitstoot voor elke constructie

12/10/2014

13


Resultaten: staal S460 vs betonconstructie (CO2) + 82% +82%

12/10/2014

14


Resultaten: conclusies • De gebruiksfase van gebouwen veroorzaken een groot gedeelte van de milieubelasting. Daarom kan een goed gevelsysteem de LCA sterk optimaliseren. Dit staat echter los van de constructie. • Composiet constructies met warmgewalste profielen zijn duurzamer dan beton, zelfs zonder recycling. Door recycling neemt het verschil tussen beton en staal toe (ongeveer 82%)

• Minimaliseren van materiaalgebruik met Hoge Sterkte Staal is duurzaam.

12/10/2014

15


12/10/2014

16


Ontwerp gebouw 12m

A1

A2 9.2m

A3

A4

• 4 appartementen van 55m² netto vloeroppervlak, verdeeld over twee verdiepingen. • Lokatie Timisoara 12/10/2014

17


Onderdelen buitenschil Wanden Glas Totaal oppervlak

Noord/Zuid [m2] 47 22 69

West/Oos [m2] 41 12 53

Som [m2] 87 34 122

• Gevel : sandwichpanelen, geïsoleerd met 120mm steenwol • Ramen : dubbel glas & aluminium frame • Dak : geïsoleerd met 18 cm geëxpandeerd polystyreen (EPS) 12/10/2014

18


Gebruik & Installaties Woongebouw

• • • •

12/10/2014

Verwarming: CV installatie Geen koeling Geen mechanische ventilatie Warm tapwater: elektrische boiler

19


Beganegrondvloer & Constructie • Beganegrond vloer boven kruipruimte, van 200mm gewapend beton (700kg wapening)

• stalen frame geïntegreerd in gevel & dak (= geen extra constructie)

12/10/2014

20


Transport • Transport staal : – Gewicht : 1.6 ton (wapening) – Transport : gemiddeld Europees transport voor staal, voor 1 ton gemiddelde Europese afstand

• Transport beton : – Gewicht : 52 ton (Beganegrondvloer) – Transport : 30km met betonmixers

12/10/2014

21


Resultaten voor villa CasaBuna • De gebruiksfase (module B) veroorzaakt 99% van de CO2 uitstoot

12/10/2014

22


Verwarmingsconsumptie

12/10/2014

23


Resultaten: milieubelasting materialen • De buitenschil veroorzaakt 79% van de totale CO2 uitstoot van de productie & constructie fase (module A)

12/10/2014

24


Resultaten : conclusies • De gebruiksfase (Module B) van woongebouwen veroorzaakt bijna de gehele milieubelasting. • De constructie is praktisch verwaarloosbaar. Daarom kunnen efficiënte gevelsystemen de levenscyclus analyse sterk optimaliseren

12/10/2014

25


12/10/2014

26


Scope van de studie Vergelijk de LCA van een industriehal, ontworpen in 2 constructieve systemen: • Scharnierend portaal opgebouwd uit warmgewalste profielen

• Ingeklemde kolommen, scharnierende dakligger van gewapend beton

12/10/2014

27


Definitie industriehal

• 900m² industriehal • lokatie Parijs

12/10/2014

28


Onderdelen buitenschil • Gevel : 80mm PUR sandwichpanelen Variant : 200mm PUR sandwichpanelen • Ramen : dubbel glas & aluminium frame

• Dak : waterdicht membraan met 140mm isolatie (steenwol)

12/10/2014

29


Beganegrondvloer industriehal Constructie onderdeel Beganegrondvloer

12/10/2014

Variant 1 Staal S235


Variant 3 Beton

Beton : 425.7 kg Wapening : 14.4 t

30


Gebruik & Installaties Industriehal

• • • •

12/10/2014

Verwarming : CV-installatie (gas) Geen koeling Geen mechanische ventilatie Geen warmtapwater voorziening

31


Constructie industriehal Constructief onderdeel



Ligger

IPE 450 (6.88t)

IPE 330 (4.33 t)

Primair : IPE400 Secondair : HEA480 (4.17 t)

Primair : IPE400 Secondair : HEA480 (4.17 t)

Kolommen

Bouten Verbindingen

12/10/2014

43 kg 336 kg

Variant 3 Beton Prefab beton T80 (34.19 t) Wapening BSt500 202.5 kg/m³ (2.93 t) Betonkolom 0.4x0.4m C30/37 (30.12 t) Wapening BSt500 108.1 kg/m³ (1.38 t) -----------------

32


Transport • Transport staal: – Gewicht: 26 ton liggers/kolommen/verbindingen – Transport : gemiddeld Europees transport voor staal, voor 1 ton gemiddelde Europese afstand

• Transport beton: – Gewicht: 425 ton liggers/kolommen – Transport: 30 km met betonmixers

12/10/2014

33


Resultaten industriehal • Gebruiksfase (Module B) veroorzaakt ongeveer 99% van de CO2 uitstoot, voor alle varianten

12/10/2014

34


Resultaten : staalconstructies Vergelijking CO2 uitstoot van staalconstructies in S235 en S460 200 180

the envelope materials accounts for 56% of the total GWP impact

GWP impacts (tCO2-eq)

160 140

De gevel materialen veroorzaken 56% van de totale CO2 uitstoot van de productie & constructie fase (module A)

120 100 80 60 40

Envelope Transport Concrete floors

Rebars Steel elements

20 0 -20 -40

12/10/2014

Steel S235

Steel S460

Steel S235

Steel S460

Steel S235

Steel S460

Module A

Module A

Module C

Module C

Module D

Module D 35


Resultaten : staalconstructies

12/10/2014

36


Resultaten: Module D voor S460 • Module D (Voordelen en lasten buiten systeemgrenzen) heeft voor de variant in S460 een totale GWP: -27.6 t CO2eq • Gerecyclede materialen in de buitenschil:

– Lichtgewicht staal frame in de gevel – Stalen dakplaten

12/10/2014

37


Resultaten : betonconstructie • Module A: totale CO2 uitstoot = 183 tCO2eq • Totale CO2 uitstoot constructie = 80 tCO2eq, waarvan 40% uit de betonvloer.

12/10/2014

38


Resultaten : staal vs betonconstructie (CO2 uitstoot)

12/10/2014

39


Milieuvoordelen van het verhogen van isolatie

80 mm

200 mm

• Makkelijk met AMECO3 te bepalen: gebruiksvriendelijk • Gebruiksfase (module B): netto besparing 888 ton CO2-eq • Productie & constructiefase (module A) : verhoging met 13 ton CO2eq, als gevolg van extra isolatie  Vergeleken met besparing op gebruiksenergie, is dit verwaarloosbaar en derhalve is vergroten van isolatie van het gebouw aan te raden. 12/10/2014

40


Resultaten: conclusies • Exploitatie en gebruik van gebouwen zijn verantwoordelijk voor een groot gedeelte van de CO2 uitstoot. Derhalve kunnen goede gevelsystemen de LCA van de gevel duidelijk verbeteren; • Staalconstructies van warmgewalste profielen zijn duurzamer dan beton, zelfs zonder recycling in acht te nemen. Dankzij recycling (oneindige recycling van staal en verwerking van puin), neemt het verschil tussen staal en beton toe; • Het minimaliseren van materiaalverbruik door toepassing van hogesterkte staal is duurzaam. 12/10/2014

41

Onderbouwing van de duurzaamheid van staalconstructies = Large Valorisation on Sustainability of Steel Structures CASE STUDIES

Recommend Documents