MATERIALER TIL BYGG OG ANLEGG en statusoversikt.

Transkript

1 MATERIALER TIL BYGG OG ANLEGG en statusoversikt. Innledning: Kvaliteten på et lands infrastruktur er i stor grad bestemmende for om en nasjons innbyggere har en høy livskvalitet og om landets næringsliv er konkurransedyktig. Med samfunnsmessig infrastruktur regnes også dets bygninger og produksjonslokaler og kvalitet i et livsløpsperspektiv. I tillegg til kunnskaper, er dette landets viktigste langsiktige investeringer. Innovasjoner som sikter mot forbedringer av infrastruktur dreier seg ofte om materialteknologi og materialanvendelse og produksjon av eller med materialer. Den etterfølgende oversikt er impulser som er kommet til Forskningsrådet, og gjør ikke krav på å være en fullstendig situasjonsrapport for alle materialtyper som benyttes i bygg og anlegg. RAMMEBETINGELSER FOR MATERIALUTVIKLING I favør av et godt indre og ytre miljø: Myndighetene har ansvaret for å gi næringslivet rammebetingelser som bidrar til at samfunnet utvikles i en mer bærekraftig retning enn situasjonen er i dag. En økt kombinasjon av gulrøtter og pisker kan forventes. Konklusjonene for en bærekraftig utvikling har ofte blitt samlet under 3R begrepene, " reduce, reuse, recycle". Mange forventer at: miljøavgiftene øker og arbeidsgiveravgiften synker (grønn skattereform) kostnader til vannforbruk og avløpsrensning blir høyere el. -prisene kan øke pga. klimaendringer, økt krafteksport og liberalisering av el-markedet kravene til avfallsminimering, -sortering og ombruk blir strengere offentlige leietakere, byggherrer og etter hvert kjøpere, ber om miljøklassifisering av bygg. Også lov- og regelverket endres: Lov om avhendelse av fast eiendom gir kjøperen 5 års reklamasjonsfrist, og skader som skyldes skjulte miljøforhold ved bygget er en vanlig reklamasjonsgrunn. HMS-forskriften for byggeplasser skjerper byggherrens og entreprenørenes miljøansvar I forslaget til de nye byggeforskriftene heter det: Byggverk skal oppføres, brukes og avskaffes på en måte som medfører lite belastning på det ytre miljø. Strengere miljøkrav vil innføres også for bestående bygningsmasse. Internkontrollforskriften (IK) pålegger alle bedrifter å sørge for systematisk oppfølging av krav fastsatt i arbeidsmiljøloven, forurensningsloven, brann- og eksplosjonslovgivningen, produktkontrollen, sivilforsvarsloven og lov om tilsyn med elektriske anlegg og elektrisk utstyr. Brukerpreferanser, arkitektur: Det synes nå klart at politikerne og planleggerne vil vie byutvikling større oppmerksomhet, siden veksten av byene er et generelt fremtredende trekk og utfordringene har vært større en man ville innse. Det ser ut som om byggeskikk og arkitektur i større grad enn tidligere vil speile utviklingen i samfunnet ellers. Urbanisering er et stikkord, raskere svingninger i de økonomiske forutsetninger et annet, som i økende grad får utbyggerne til dele risikoen ved investering i bygg og anlegg med andre f. eks. leieboerne, andre investorer eller entreprenørene. Opinionens synspunkter på om man i byene skal rive og bygge nytt eller bevare og bygge om, og om fortetting av bykjernene aksepteres som en god økonomisk planlegging, gjerne med høyhus også for boliger, har vist seg å påvirke dagens materialvalg. Status_BA_foresight.doc, jli

2 En vesentlig trend i europeisk teknologiutvikling er de skjerpede krav til miljøforbedringer og reduksjon i energibruk som nå er gjort tydelig gjennom direktiver fra EU. På konferanse Sustainable Building 2002 i Oslo, var hovedkonklusjonen at vi har teknologien for en bærekraftig utvikling, men markedet virker ikke, og det må etableres tiltak for markedstransfomasjon for å få effekter. Hvilke løsninger som vil bli fremtredene er usikkert, og det er heller ikke sikkert at dette for eksempel vil snu trenden med bruk av glassfasader som gir gjennomsiktighet og tiltrekkende inne miljø. Denne tilsynelatende sløsing med energi, finner muligens kompenserende teknologier, hvis brukerne har et sterkt ønske om få disse løsninger. Uansett er kontroll med energiforbruk viktig for den fremtidige materialutvikling, enten det skjer i form av bedre bygningsteknologi, eller økt energiproduksjon i bygget. Byggherrefunksjonen går mot en profesjonalisering både i privat og offentlig sektor og det etableres et eget kunnskapsområde facility management hvor prosjektledelse, innkjøp av tjenester og kontrahering er viktige momenter. Samtidig er det gjennom FoU prosjekter, samlet mye kunnskap om forvaltning, vedlikehold, drift og utvikling av bygg og anlegg. Krav til miljø- og energisertifisering, har sammen med økt bevissthet om materialers livssyklusverdi begynt å påvirke holdninger til preferanser av bygningsmaterialer, hos byggherrene. Det arbeides på flere hold med å etablere metodikk for å dokumentere byggematerialenes livssyklusverdi. Effekt av ny kontraheringsmetoder: En rekke nye kontraheringsmetoder har rukket å påvirke næringens organisering av utførelsesfasen og derved valg av materialer. Kontraktstyper som Offentlig Privat Samarbeid (OPS) og Build Operate and Tranfer (BOP), har sammen med langsiktige partnering avtaler, der risiko er delt mellom byggherre og utførende, er i fremgang. Dette har forskjøvet ansvaret for materialfunksjonen i sterkere grad over på utførende, fordi denne deltar i fastsettelse av spesifikasjonene og vil stå for vedlikehold og drift i lengre perioder, før ansvaret overføres byggherren. BA MATERIALER - FORSKNINGSMILJØER : Materialforskning slik den er definert her, drives i dag ved NTNU, NORUT, SINTEF, NBI og NGI. I tillegg drives det FoU ved Norsk Treteknisk Institutt, hos Vegvesenet, og ved Asfaltteknisk Institutt. Enkelte byggematerialprodusenter har egne utviklingsavdelinger og laboratorier, bare to bedrifter i BA har egne FoU sjefer. Det kan for tiden se ut som om miljøene innen treforskning har mest ressurser, er best organisert og er mest dynamisk. Etablering av Norsk Tresenter i Trondheim og organisering av Treforsk, er indikasjoner på dette. To momenter vil styrer tilgangen på ressurser for materialforskning i Norge: i hvilken grad materialleverandører og entreprenører legger sin FoU aktivitet hit i hvilken grad nye myndighetskrav i forskrifter og sertifiseringsordninger rettet mot byggemetoder og materialer, følges opp med offentlige bevilgninger til FoU. I løpet av de siste år har utenlandske eiere overtatt stadig mer både av byggevare produksjonen og entreprenør virksomhet i Norge. Markedene i Norden er nærmest slått sammen og nisjer kan også sies å være Europeisk fordi det vesentligste av produksjon foregår utenfor Norden. En høy andel av den innenlandske materialproduksjonen har tradisjonelt vært basert på utenlandske lisenser, og materialer som gulvbelegg, fugemasser, fliser, og teknisk utrustning ellers, har i mange år vært importert. Det kan se ut som disse utviklingstrekk har fått konsekvenser for omfanget og innholdet av materialteknologiutviklingen i Norge, ved begrenset tilgang på midler fra næringslivet. Status_BA_foresight.doc, jli

3 Det vil være uheldig om norske fagmiljøer ikke skal ha midler til å utvikle nødvendig kompetanse for å vurdere nye løsninger for vårt miljø og drive kompetanseoverføring fra internasjonale miljøer. Det har vist seg i andre næringer at mulighetene for å øke den norske andel av markedene og tilhørende FoU aktivitet, ligger i å utvikle spesielle løsninger i nisjeområder, hvor vi har god internasjonal kompetanse, og spesielle fortrinn som gode råmaterialer eller innovative miljøer. INTERNASJONALE TRENDER INNEN BA - FORSKNING. Generelt: BAE næringens brukere forventer kostnads og kvalitetsforbedringer, bedre leveransedyktighet, bedre ivaretakelse av ytre og indre miljø og HMS på byggeplass. Disse forventninger vil tilta med tiden. Bygge og anleggsbransjen står ved en korsvei hvor teknologiske, miljømessige, økonomiske og menneskelige forhold krysser hverandre. Framskritt for næringen vil styres av komplekse krefter, hvorav noen vil være motstridende. Basert på en analyse av påvirkende faktorer og nødvendige mål er følgende 3 satsingsområder ansett som de mest betydelige nå: 1. Utvikling av nye prosesser og fleksible og intelligente produksjonssystemer 2. System tankegang for å kontroller totalkvalitet og unngå katastrofer i vid forstand 3. Optimalisering i levetidsperspektivet av industrisystemet, produktene og servicen. Et gjennomgående trekk for disse tre momenter vil være anvendelse av IT teknologi, og at prosjekter organiseres både langs verdikjeden og i tverrfaglig nettverk. 1. Utvikling av nye prosesser og fleksible og intelligente produksjonssystemer: Satsing på forskning må forstås med bakgrunn i den overordnede industrielle sammenheng: BAE næringen har et stort potensiale for forbedringer i produktivitet og effektivitet. Betydelige demografiske endringer pågår i den Europeiske befolkning spesielt for de eldre. Det foreligger muligheter for en fremtidig mangel på kvalifisert arbeidskraft. Det er et økende behov for å trekke sluttbrukerne med som en del av næringen. BAE næringens operasjoner og resultater er lett synlig i det sosiale bildet daglig for alle. Definisjon av næringens sluttbrukere er komplisert men omfatter oss alle, samtidig som det omfatter offentlige aktører, private bedrifter og organisasjoner Nærmest alle BAE prosjekter gjennomføres som en entreprise i en lang verdikjede med forskjelligartede bedrifter og individer, med en komplisert koordinering for lederen. Næringens strategiske mål var ved inngangen til detteårtusen klare i relasjon til innovasjonsbehov: Økt industrialisering av produksjonene for bedre kvalitet, produktivitet og sikkerhet. Integrering av prosjektering og utførelsen for å få optimal ledelse av verdikjeden. Standardisering og integrasjon av prosjekteringsverktøyene for å få kompatibilitet i alle deler av prosjekterings, planleggings og gjennomføringskjeden. Definere og gjennomtenke endringer i kundebehov for å innarbeide nye behov i en ny og forbedret konstruksjonsprosess. Redusere kontraktuelle konflikter ved å legge til rette for partnering og samarbeid mot felles mål. Status_BA_foresight.doc, jli

4 2. System tankegang for å kontroller totalkvalitet og for unngå katastrofer i vid forstand Med katastrofer menes ikke bare jordskjelv o.l., men også arbeidsskader, miljøkatastrofer, brannkatastrofer, ras, konstruksjonssammenbrudd, dvs. katastrofer i opinionens øyne.. En systemtankegang innbærer både systematisk sikring mot katastrofer, så vel som en kultur som underbygger systemets gode funksjon. Dette kan listes opp med følgende mål: Bærekraftige konstruksjoner og produkter i et levetidsperspektiv. Nye industrielle metoder for bruk av materialer og ressurser. Fleksible og robuste produksjonsprosesser for å motstå katastrofer. Redusere den negative innflytelse på det omgivende miljø. Bruke risikovurderinger og ytelsesprinsipper i ledelsen. Identifisere godt strukturerte selvgående metodeverktøy for å sikre bærekraft i livsløpet. 3. Optimalisering av livssyklus for industrisystemet, produkter og service. Dette betinger større kundefokus, større fokus på eksisterende konstruksjoner og bygg, bedre nettverkbygging og partnering for å motvirke fragmentering av ressursene. Målene vil være: Bedre kundeorientering Øke service orienteringen og service ytelsene Miljø - orientering og -løsninger, som utvidelse av service og nye produktløsninger Bedre ressursutnyttelse, omgjøre avfall til ressurser Kunnskapsledelse gjennom effektiv fordeling av informasjon langs livssykel aksen. Bedre brukerinformasjon om bygg og konstruksjoner egnet for bruk i driftsfasen. Innholdet i forskningen vil derfor i økende grad dreie mot: nanoteknologi (på molekylnivå) for å bedre grunnleggende forståelse overflateteknologi rettet mot bestandighet, overflatebehandling og sammenføyninger prosesser rettet mot produktivitet, industriell økologi og nye materialkrav med mindre marginer nye metoder for karakterisering og modellering av materialer og påvirkende laster, hvor ikke destruktiv prøving vil bli stadig viktigere. TRENDER MATERIALFORSKNING KONSTRUKSJONER: Mineralske materialer, miljøsikre og ressursbesparende metoder: Med markedsbetegnelsen høykvalitetsbetong, har næringen arbeidet gradvis over tid for å kontrollere støpeligheten av betong til mange behov, selvkomprimerende, selvutjevnende, plastisk, pumpbar, til sprøyting og kunne gi den en form slik arkitekten ønsker på en forutsigbar måte. Dette har gjort det mulig å plassere betongen med mindre innsats av manuell arbeidskraft. Det er skapt ny kunnskap om hvordan volumreduksjoner og påfølgende riss- og sprekkdannelse kontrolleres. Dette er et resultat av bedre kunnskap om innvirkning på reologi egenskaper fra de enkelte komponenter, sementens kjemiske sammensetning og kornfordeling, mengde og kvalitet av gips eller erstatninger for gips, avanserte organiske tilsetninger som styrer utviklingen av hydratiseringen og koagulering av den ferske fase, og mineralske tilsatsers innflytelse. Annonserte økninger i CO2 avgifter og andre avgifter på utslipp, har av hensyn til å unngå konkurransevridning skapt et latent behov for å utvikle sementer med en høyere andel av miljøvennligere materialer som erstatning for klinker i sement, som bruk av slagg, pozzolaner og overskuddsmaterialer fra annen industri. Som en miljøkompensasjon er det foreslått å bruke CO2 Status_BA_foresight.doc, jli

5 som en overflatebehandling av betong. Dette vil gi betongoverflater med økt fasthet og tetthet. Denne form for karbonatisering kan redusere den passive beskyttelse en høy ph i betongen gir armeringsstålet. Det er oppnådd betydelige resultater for forståelsen av hvordan bestandig betong i utsatte miljøer skal produseres, men det vil fortsatt være behov for å forstå de mekanismer som styrer bestandighet. Det er stor interesse for nye typer armering med bedre motstand mot korrosjon: stangarmering basert på fiberarmerte polymerkompositter hvor råmaterialprisene er synkende og mer konkurransedyktig mot stål rustfritt stål, hvor prisene nærmer seg konvensjonelt stål stangarmering av stål med egenskaper som rustfritt stål, med bare marginalt høyere kostnader enn vanlige stålkvaliteter, basert på produksjon med lavt CO 2 utslipp. Armering av fiberarmerte plastkompositter har gitt interessante muligheter både for redusert betong overdekning med vektfordel og nye utviklingsmuligheter for bindemidler med lavere ph nivå, som gir et bedre arbeidsmiljø. Det er også en økende anvendelse slike materialer for forsterkning og oppgradering av eksisterende konstruksjoner. I tråd med de generelle trender har forskning på ombruk av betong gitt resultater ved at knust betong i økende grad er anvendt som om betongtilslag og ikke bare som fyllmasse for veier og plasser. Det er gjort fremskritt med bruk av høypresterende ultrasonisk vibrasjon for å knuse betong for ombruk på en miljø- og bruksvennlig måte. I samme gate er de FoU - resultater som foreligger som gir det teknologiske grunnlag for å kunne bruke avfall fra avløpsrensing og overskudds materialer fra annen industri som råmaterialer for produksjon av lett tilsalg. Høyfasthet lettbetong er nå veldokumentert med hensyn til bestandighet, og er innarbeidet for bruk i veibroer i kystområdene hvor miljøpåkjenningene er store. Det arbeides også med forenklet bruk av mer tradisjonell armering og en mer avansert bruk av fibere som erstatning for deler av stangarmeringen. Det er videre fremdeles et press på leverandørene, for å studere i mer detalj de muligheter materialene har for å avgi damp og miljøgasser som er uforenlig med et godt inne klima. Nano-bindemidler: I pakt med utviklingen i materialteknologien for andre næringsområder, har det vært gjort forsøk med nye komponenter i betongsammensetningene. Nanostudier har gitt mulighetene for styrkeøkning opp mot 200 MPa i trykk og MPa i strekk, og betydelig bedre kontroll av støpelighet ved: bindemiddel sammensetninger med nanopartikler av silika, silikater, eller metalloksyder, evt. bruk av overskuddsprodukter fra annen industri bruk av kolloid silika og/eller flerfunksjonelle overflatevirkende organiske tilsetninger Carbon Nanotubes brukt som fibertilsetting nye bindemidler benevnt geopolymerer basert på blandinger av alkali løsninger og nanopartikler av Al-Si oksyder. Materialer basert på tre: Økende kvalitetskrav generelt og innovativ satsning fra næringen på å øke markedsmulighetene nasjonalt og internasjonalt for trematerialer, har gitt utvikling i hele næringskjeden. Dette har gitt Status_BA_foresight.doc, jli

6 resultater i markedene for broer, bærekonstruksjoner for store haller, fleretasjes boligbygg i tre (3-4 etasjer), og løsninger med massive trekonstruksjoner som nå innarbeides i markedet. Det arbeides også kontinuerlig med og med å få kontroll over formstabilitet, og effekter av fukt og tørkemetoder, og med nye apteringsmetoder tilpasset endrede brukerbehov. Tilgang på råmaterialer med god kvalitet har tidvis vært en knapphetsfaktor. Metoder for kvalitetsbedømming av den enkelte stamme på rot, med en tilhørende separat håndtering av de forskjellige kvaliteter egnet for sliping, innredning og konstruksjonsvirke, er et betydelig mål for sikre tilgang på kvalitetsmaterialer. Utviklingen mot en stadig økende andel av trematerialer levert byggeplass som "Engineered wood" d.v.s. laminatkonstruksjoner, plater av fiber, finer og limt chips, konstruksjonselementer basert på finer eller naturtre kombinert med industrielt tilvirkede palter, bærende konstruksjoner av massivtre. Material- og konstruksjonsløsninger for bruk i 3-4 etasjer trebygninger i urban bebyggelse, har gitt et potensiale for økt marked. Det er utviklet nye og bedre løsninger basert på grønne kjemikalier for impregneringsmidler mot råteangrep, for flammehemming, og metoder for å øke bestandigheten av treets overflate, med og uten pigmenter. Her foregår utviklingsarbeidet videre blant annet med: bruk av enzymer for en biokjemisk stabilisering av tre, som tilsvarer en kunstig produksjon av kjerneved bruk av anti-mikrobielle enzymer mot soppdannelse varmebehandling av tre for å gi bedret bestandighet nano -skala modifikasjon av overflateegenskaper basert på sol gel teknologier., Nasjonalt og internasjonalt arbeides det med metoder for å modifisere treet struktur på en måte som gjør det letter å tilfredsstille krav til både å bevare utseende, øke bestandigheten og sikkerhet ved anvendelse og kontroll med avgivelse av VOC til innemiljøet. Metaller. Bærekonstruksjoner til bygg basert på stål i søyler og dragere med dekker av spennbetong, har gradvis fått økt anvendelse. Dette skyldes blant annet en større målrettet satsing på utvikling igangsatt midt på 1980 årene på Europeisk nivå og muligens teknologioverføring fra bruk av stål offshore. I USA markedsføres nå konstruksjonsstål basert på bærekraftig produksjon med lavt CO 2 utslipp. Det levers også laminert stål med egenskaper som rustfritt stål, med bare 10 % høyere kostnader. En rekke leverandører av fasadeløsninger staser nå på rustfritt stål som hovedmateriale, fordi materialprisene har hatt en gunstig utvikling. Forskningen innen lastbærende konstruksjoner basert på lettmetaller av aluminium og magnesium har vært rettet mot anvendelser hvor lav vekt sammen med materialenes formbarhet gir særlige fordeler. Dette gjelder for eks transportsektoren (bil, tog, båt), offshore sektoren, samt ulike forsvarsanvendelser. Denne kompetansen overføres nå til bygg hvor det foreslås modulbaserte byggesystemer hvor aluminium er det bærende materiale. Disse kan være romlige moduler eller flatpakker baser på klick in sammenføyninger. En større sentralisert modulproduksjon kan med fordel utnytte lav vekt mht. transport- og montasje kostnader. Interessen for lettmetaller bygger på en grunnleggende forståelse av materialenes mekaniske egenskaper og respons når de blir utsatt for ulike ytre belastninger. Bruken av effektive verktøy for eksperimentell og numerisk bestemmelse av responsen står sentralt i virksomheten. Kunnskap om lettmetallenes egenskaper ved eksponering for transiente laster (for eksempel prosjektiler), har gitt Status_BA_foresight.doc, jli

7 løsninger hvor elementer sammensatt av aluminium fylt med steinmaterialer kan brukes som tilfluktsrom eller sikkerhetssoner i bygg. Både stål og lettmetaller kan utnytte resultater som etter hvert viser seg fra utvikling innen overflate teknologien, hvor brukervennligheter er i fokus. Plast og plastkompositter: Fiberarmerte polymerkompositter til konstruktiv formål, armering i betong, forsterkning og oppgradering av eksisterende konstruksjoner i tre og betong, ved rehabilitering av konstruksjoner, er i ferd med å vinne terreng. Den første gangbro basert på dette materiale ble nylig åpnet i Østfold, og ikke minst er bygging av vindmøller basert seg på slike materialer. Det vil fremdeles være behov for å videreutvikle beregningsmetoder, materialegenskaper og rasjonelle utførelsesmetoder. Løsninger er prøvet med materialet basert på aramid, kullstoff eller glassfiber i epoxy- eller vinylester matrise for: fiberarmerte konstruksjoner til romlige fasadeløsninger og lette bærende elementer bærekabel i brokonstruksjoner i konkurranse med stålkabler materialer for armering i fyllinger av løsmasser og bærelag for vei jordankere og bolter i korrosjonsutsatte miljøer brukt i kombinasjon med betong, evt. andre materialer vegg og -fasade systemer integrert med oppvarming, isolasjon og ventilasjonsløsninger. Materialkarakterisering og testing: Den økte innsats de seneste år rettet mot nano - materialforskningen generelt, har medført en utvikling innen forskningsmetodikk og måleteknikk som synes å smitte til bygge materialer. Dette synes å gå i retning av: IT baserte målemetoder og testing karakterisert ved automatisk prøvetaking og tester basert på ikke destruktiv prøving Materialkarakterisering hvor flere teknikker brukes samtidig eller i kombinasjon. BYGGETEKNISKE LØSNINGER: Overflatebehandling og funksjonelle belegg for konstruksjoner og fasader: I områder hvor bybebyggelsen normalt har et betydelig innslag av høyhus med vanskelig tilkomst til fasadene, har det vært satset betydelige midler på å utvikle overflatebelegg med redusert behov for rengjøring og vedlikehold. Andre funksjonsløsninger hvor overflaten er viktig gjelder hygiene, personlig eller på et mer industrielt nivå, som i næringsmiddelproduksjon. Dette har gitt: supersterke nano -belegg som hindrer riper, og utsetter aldring fotokatalyttiske overflatematerialer kombinert med hydrofobe egenskaper som er selvsteriliserende og selvrensende belegg som nedbryter toalett odør ved katalyttiske nano-partikler basert på TiO2 I visse sammenhenger er det utviklet kombinasjoner av overflatebelegg og sensorteknikk for å kontrollere og styre materialenes og konstruksjonens yteevne, som å øke korrosjonsmotstanden eller initiere brannhemmende materialmekanismer. Det arbeides med å utvikle bedre og miljøriktigere sopphindrende midler, mot helsefarlige effekter på miljø fra fuktskader. Status_BA_foresight.doc, jli

8 Isolasjon (kulde, varme, brann, lyd): To forskjellige tema er beskrevet som viktige: isolasjonstykkelsene i de lavenergibygg som foreslås som modell for fremtidige krav i byggebestemmelsene, legger til rette for utvikling av materialer med betydelig bedre isolasjonsevne for å redusere areal- og materialbruk brannsikre materialer i tunnelhvelv og miljøriktige brannhemmende overflatebehandlinger Det arbeides med å utvikle vanndampretardere og kapilæraktiv isolasjon for en redistribusjon av kondensasjonsvann ved hjelp av kapilærkrefter. Slike løsninger har vært lansert for rehabilitering av eldre bebyggelse. Det foreligger forslag til produkter: hvor bærende isolasjonselementer er produsert vesentlig med resirkulerte materialer for sandwich isolasjonspaneler med u- verdier på 0.02 W/m2K, produsert med vakuum hulrom fylt med isolerende mikromaterialer med lav ledningsevne, som vakuum pulver, isolerende gass, mikroporøst fyll, aerogel, silika pulver, perlitt, og lignende. kalsiumsilikat plater for utvendig isolasjon av eldre mur bygg, hvor fukt er et latent problem Materialer for energilagring. Det arbeides flere steder på mer eller mindre avanserte metoder for å lagre overskuddsenergi fra nat til dag og på halv- og halvårig basis. Metoder og materialene som anvendes er: Tunge konstruksjonsdeler som betong, stein, o.l Pusslag med energilagre i form av voks som inneholder mikrosfærer med parafin Undergrunns lagring i stein og løsmasser over lengre tid Materialer som avgir store energimengder ved smelting, som en reversibel prosess Adsorbsjon hos faste materialer, zeolitter, silica, eller væsker, dessicanter Thermokjemisk lagring, hvor energi lagres i et materiale form av en reversibel kjemisk prosess. Lysåpninger, vinduer og glass, funksjonelle materialer: Det er gjort betydelige fremskritt innen funksjonsrettede materialer til bruk i lysåpninger, vinduer og glassfasader, hvor gjennomskinnligheten kan justeres i takt med behov i innemiljøet. gjennomskinnelige veggpaneler eller overlys, fylt med funksjonelle geler, som silika aerogel, cellulær isolasjon med lav varmetransport, men åpner for innslipp av sol lys. materialer som gir god varmeledning og lav refleks av sol stråling, med unntak for den infrarøde delen av spekteret elektrokromatisk film, med styrbare adsorbsjons- og refleksjonsegenskaper tilpasset behov glass som reflekterer sollyset inn i rommet dit den er ønsket flersjikts glass hvor hvert sjikt har separat funksjon og kan tilpasses ønsker om bedre brannbestandighet, isolasjons- og refleksjonsevne og økt personvern. Steinmaterialer: Stein har fått en renessanse anvendt som fasadeplater, i gulv med høy slitasje, og som dekorative elementer i inngangspartier og i bymessig utomhusanlegg. Grunnen er produktutvikling mht. nye teknikker for bearbeiding og montasje, og på grunn av materialets livssykelverdi. Det siste på markedet er steingulv utlagt med aluminiumslås, pålimt lyddempende underlag, utlagt som flytende gulv uten mørtel eller lim. Status_BA_foresight.doc, jli

9 Keramiske materialer: Det pågår for tiden en rekke arbeider, også i Norge, hvor avgangsmaterialer fra annen industri prøves ut som råmaterialer for keramiske produkter til bygg og anlegg. Avgangsmaterialene foreligger i meget finkornet form på nivå med leire. Sammensetning av avganger fra flere kilder kan gi keramisk materialer med den nødvendige kvalitet for eks. til baderomsutstyr og fliser. VEI OG BANER, TUNNELER OG FJELLARBEIDER: Asfalt materialer: Behov for bedre tilpasning av kvalitet til miljøbelastninger og ombruk, har gitt behov for nye asfalt typer. Polypropylen (PP), lav densitets Polyetylen (LPPE), gummi og andre polymere avfallsmaterialer er prøvet for å lage asfalttyper som egner seg for ombruk, og kald og varm utlegging. Utviklingen har vært drevet av industrien selv i samarbeid med vegmyndighetene. Økende bruk av OPS og eller BOT kontrakter, hvor entreprenørene selv står for vedlikehold i en lenge periode enn tidligere, vil også gi et press for å utvikle materialer med bedre langtidsegenskaper. Utvikling av kald - asfalt typer i vegbelegg ved bruk av emulsjoner eller skumbitumen vil redusere de negative økonomiske effekter begrensninger været gir de utførende, redusere energiforbruk og gjøre materialet mer miljøvennlig. Injeksjonsmaterialer for fjellarbeider: Bærekraftig bygging av tunneler både mht. helseskadelig avrenning til grunnvannet og ivaretakelse av miljøet i det overliggende areal, presser frem utvikling miljøriktige materialbruk og utførelsesmetoder. Det fordres sikker kontroll av vanntap fra ovenfor liggende løsmasser. Nye sammensetninger av injeksjonsmaterialer, utstyr og metoder basert på stort hydraulisk trykk for injeksjon har vært bearbeidet, og nye metoder for forundersøkelser for å lokalisere problemområder er tatt i bruk. I samme gate ligger behov for materialer til å rehabilitere oppsprukne betongkonstruksjoner og for å forsterke oppsprukne fjellformasjoner for fundamentering og stabilisere og forsterke bløte grunnmasser. ENERGIBESPARENDE LØSNINGER: Materialer for nye fornybare energi: Tradisjonelt er dette temaområdet mer for spesialister innen energiteknologi. Utviklingen mot mer integrerte løsninger, hvor de prosjekterende alt fra idé stadiet inkluderer disse løsninger som en del av det arkitektoniske grep, vil bringe temaområdet i nærkontakt bygningsteknologien. Temaet er hett internasjonalt og har mottatt betydelige midler til FoU. Løsninger for fotovaltiske materialer som foreligger er for eksempel: Quantum Dot Solar Concentration, ( Quantum Dots omformer solenergi til elektrisk energi) materiale støpt inn i plast eller glasssom samler solenergi og overfører elektrisk energi til kollektorer plassert på passende sted i vinduskonstruksjonene. Vinduer kan derved inkorporeres med solceller. Ved bruk av plastmaterialer kan solcellene bli fleksible og formbare. Organic molecular solar cells er nye organiske materialer som konkurrerer med tradisjonelle silisium materialer som solfangerer. Materialer med høy stråle absorbsjon og lavemitterende overflate, kan gis en spektralt selektiv overflate, og derved effektivisere fototermal oppsamling og omdannelse av solenergi Andre utviklingsområder for materialutvikling er installasjoner rettet mot varmelagring, varmeveksling, bruk av vannbåren oppvarming (energi fleksibilitet) og varmepumper. Status_BA_foresight.doc, jli

10 FORBRUKSTRENDER SMARTHUS - Smart living - Connected Lifestyle: Det synes allerede å ligge i dagen at det som betegnes service elementene i fremtidens bygg, vil bli mer variert. Smarthus løsninger er en ofte brukt betegnelse og vil komme som et resultat av blant annet materialutvikling i andre næringsområder, men vil kunne få betydning for uviklingen i BA næringen. Smarthus omfatter en rekke muligheter for nye tjenester og effektivisering: Enøk -styring: Optimal styring alle energikilder, effektutkopling, anvendelse av billigste tariff, styring lysnivå ved tilstedeværelse, optimalisering av romtemperatur, styring persienner og solskjermer, lokal styring av ventilasjonsluft i rom ved tilstedeværelse, styring av CO2 innhold i luft, registrering av temperatur ved kuldebroer og tilkopling av varmekabel. Byggfunksjoner: Varsling ved overbelastning av konstruksjoner, varsling høye lyder, temperaturer under 0 grader nær vann og VVS anlegg, vannlekkasje, tette toaletter, etc.. Det arbeides nå i norske FoU miljøer, med bruk av optiske fibere, som en integrert del av konstruksjonen, for overvåkning av bærekonstruksjonenes funksjonsegenskaper over tid. Sikkerhet: Adgangskontroll, brannalarm, styring branndører, sprinkleranlegg, lys for rømningsvei og nødutganger, automatisk utkopling brannkilder, som el. utstyr, ovner etc., innbruddsalarm, ved automatisk bevegelsesalarm ved fravær, låsing utgangsdør, simulering av tilstedeværelse, fjernstyring av komfyr. Omsorg og trygghet: Tilgjengelighet av pasientinformasjon fra hjemsted, elektronisk barnevakt, web-kamera som barnevakt og overvåkning av personer med soveforstyrrelser, nødalarm som varsler helsepersonell, pårørende og naboer, mobil nødalarm integrert med vaktordning, panikk knapper for spesielle hendelser, tidsbrytere med varsel for kokeplater og kaffetrakter. Handikap- og livsløpsboliger: Bruksregistrering tekniske anlegg, kjøleskap, komfyr, kaffekoker, WC, dusj, etc., enkle trykknapper for forskjellige livssituasjoner, passiv alarm dersom beboerne ikke flytter seg eller bruker enkelte av boligens funksjoner, varsling når boligen forlates (utbrudd, innbruddsalarm), Bevegelses/ fraværsvarsel/ lokalisering usynlig tjener, overvåkning av medisinsk tilstand, intelligente pille - esker for varsling som gjør medisin tilgjengelig, fallsensorer på strategisk riktige steder, behovstilpasset lys, vektsensorer under seng, talehjelpemidler for funksjonshemmede, synshjelpemidler for svaksynte og blinde, hjelp til å huske, varsling epilepsianfall. Nyttetjenester - service Måling og overføring forbruksdata for strøm, telefon, TV og internett forbruk. Kjøkkendatamaskin og handlende kjøleskap med strekkode måling av innhold. Overvåkning av utomhus anlegg, automatisk behovsstyrt vanning. Markedsplass for varer og tjenester. Underholdning: Intelligente hjemmekinoanlegg, nettverks integrert husholdning, databasert musikkanlegg med distribusjon til alle rom. Kommunikasjon: Status_BA_foresight.doc, jli

11 Alle tenkelige former for kommunikasjon, for den enkelte for bofellesskap, internt, eksternt. Sensorer for det meste: Sett i sammenheng med utviklingen av smarthus vil utvikling av materialteknologi for sensorer ha en stor påvirkning på hvilke tjenester som vil bli en del av byggenes tjenestetilbud. Her synes fremtiden ikke å by på begrensninger, og volumet av sensorer som styrer innendørs klima stiger med % hvert år, og prisene synker. Se også det som er skrevet tidligere om optiske fibere, for overvåkning av bærekonstruksjoner. Fra en start i 1990 årene med CO2, relativ fuktighet og temperatur målinger, utvikles både kvaliteten på målingene, anvendelsen mot integrering i klima- og ventilasjonsanleggene og hvilke parametere som ønskes målt. For tiden er det økende interesse for lufttrykk, stråletemperatur, belysning, og farlige organiske materialer i form av gasser og partikler (VOC), hvorav brannbare gasser utgjør en del. Utviklingen for inneklima i bygg og bilindustrien vil følge hverandre. Hva den forventede utvikling vil bli for neste skritt som er bio-sensorer, er fremdeles usikkert for bygg og anlegg. Referanser: Forslag til Expression of Interest og Network of Exellence, registrert i E-Core basen. 1st Symposium Nanotechnology in Construction, Univ. of Paysley juni 2003 IAQ Sensor Roadmap MOSAIC FPP Present and future market situation December, Telaire (USA, ) Texas Instruments (USA, Vaisala (Finland). GRIP bygg- fdvu: Miljøeffektiv forvaltning, drift vedlikehold og utvikling av kontorbygg: - en veileder for byggeiere Workshop FP6 and the Construction Sector, Brussels 26 th February 2002 Research Priorities 3.3 New Production Processes and Devices Status_BA_foresight.doc, jli