Undersökning av möjligt nyttjande av outnyttjad kapacitet genom energieffektiviserande våningspåbyggnad på befintliga murade stommar

Abstract

As a part of the Green Deal within the EU, as of the start of 2023, new demands have been put in place in an energy taxonomy on companies providing financial services, a category in which real estate companies are included. The investments of these companies are now to be classified as sustainable or not sustainable. Another part of the shift towards sustainability within the EU is that the existing real estate stock is expected to get tougher energy efficiency demands. As a solution to the demands the possibility of investing in energy effective vertical extension and therefore also making sustainable investments in accordance with the taxonomy is investigated.
The possibility of vertical extension on the Swedish “smalhus” constructed during the 1930s to the 1950s is largely unknown. The residential building type was produced at large scale of around 55 000 apartments in the building type only in greater Stockholm. Through systematic application of the current EU-standard for assessment of existing structures the possibility of vertical extension of upwards of three stories at a typical “smalhus” with a brick masonry load bearing structure was investigated through a case study. In addition to the case study, a literature study of vertical extension principles, material properties and older Swedish building codes was carried out. Through translation of the at the time of construction active building norms the verification methods of today were made applicable.
The results show great possibilities for vertical extension in the brick masonry structures of the time, but that a series of challenges must be faced in verification. It was shown that the foundation of the structure did not meet the verification demands after updating the loads to current day standards. Further, horizontal loading was shown to be critical for the case study structure. Regarding new demands of building robustness, the case study structure was not verifiable.
The shift between norms at the time of construction and present day was complicated. The load combinations of today result in higher loading. Structural engineers must work carefully with the “smalhus” building type constructed with low strength mortars since these are challenging to verify regarding horizontal loading. Methods of material testing as well as construction material compositions differ from current day standards. In evaluating the norm for assessment of existing structures it is shown to be imperative in iterating and revising the structural engineers’ models of verification. The reliability in used data such as material properties and building geometries is of great importance and should be completed with testing.

Abstract (Swedish)

Som en del av EU:s gröna omställning har det vid årsskiftet till 2023 införts inledande krav i en energitaxonomi på företag som tillhandahåller finansiella tjänster, däribland fastighetsföretag. Företagens investeringar ska nu klassas som hållbara eller icke hållbara. Ytterligare en del i EU:s gröna omställning är att unionens befintliga bestånd får nya energieffektiviseringskrav. Som en lösning på båda fall undersöks möjligheten till att göra investeringar i energieffektiva våningspåbyggnader som därmed även kan klassas som hållbara enligt taxonomin.
Möjligheten till våningspåbyggnad på de svenska smalhusen från 30- till 50-talet är outforskad. Hustypen producerades i stor omfattning under tiden med ett bestånd på uppemot 55 000 lägenheter bara i Stockholmsområdet. Genom att systematiskt arbeta enligt rådande EU- standard för tillståndsbedömning i arbetet utvärderades möjligheten till att bygga på uppemot tre våningar på ett tidstypiskt smalhus. Fallstudien kompletterades med en litteraturstudie om våningspåbyggnader, materialhållfastheter och Sveriges äldre byggnadsnormer. Genom att omtolka de byggnadsnormer som gällde vid studieobjektets uppförande gjordes dagens verifieringsnormer tillämpliga.
Resultaten visade att potentialen för våningspåbyggnad är stor, men att det finns utmaningar. Det visade sig att grundläggningen inte klarade dagens krav för uppdatering av laster. Vidare var påverkan av horisontallaster kritiska för fallstudiebyggnaden. Avseende nya krav på robusthet gick byggnaden inte att verifiera.
Skiftet mellan normer vid uppförande och nutid visade sig vara komplicerat. Dagens lastkombinationer ger större laster än dåtidens. Konstruktörer bör arbeta varsamt med smalhus som uppförts med låghållfasta bruk eftersom dessa är svåra att verifiera för horisontalbelastning. Provningsmetoder och hållfasthetsvärden för material skiljde sig, likväl de materialsammansättningar som byggnadsmaterialen vanligtvis har i dagens utförande. I utvärdering av normen för tillståndsbedömning som följdes underströks vikten av att revidera konstruktörens verifieringsmodeller. Trovärdigheten i indata såsom materialhållfastheter och byggnadsgeometri, är av stor vikt och bör kompletteras med provning.

Popular Abstract (Swedish)

Byggnader i Sverige står idag för en stor del av landets energianvändning. Energianvändningen kan minska genom att ta vara på Sveriges äldre byggnadsbestånd. Ett sätt är att utnyttja den äldre stommens hela kapacitet är att bygga på fler våningar. Ett byggnadsbestånd med stor potential är smalhuset, en äldre tegelhustyp byggd i Sverige på 1930 till 1950-talet.
Smalhuset serieproducerades i Sverige och bara i Stockholmsområdet finns 55 000 lägenheter av denna hustyp. De bärande väggarna består i stort sett endast av murverk och läcker därmed mycket värme. Effektivisering av energisystemet och påbyggnad är två metoder som kan förbättra energideklarationen, men som även går att kombinera med viss synergi. Genom att husera ett värmeväxlande ventilationsaggregat kan påbyggnaden förbättra energiprestandan med minst 30%.
I examensarbetet har en fallstudie på ett typiskt smalhus utförts. Det har undersökts hur den bärande stommen påverkas av en eller flera extra våningar. Målet var även att undersöka vilka möjligheter och begränsningar ett smalhus har vid extra belastning. Sammantaget visar arbetet på stor potential till påbyggnad, men belyser även ett antal tekniska problem som måste beaktas.
Ett uppenbart problem vid påbyggnad är den extra belastning som befintlig byggnad utsätts för. Smalhusen, som i stor utsträckning består av tegel, klarar den ökade tyngden utmärkt. Horisontella laster från vind visade sig vara mer problematiskt, vilket delvis beror på ett svagt murbruk. Även nya krav på byggnaders förmåga att hantera lokala skador, robusthet, var svårt att uppfylla. Det kan dock diskuteras om nya krav alltid är tillämpbara vid påbyggnad.
Från och med år 2050 har EU som mål att vara den första klimatneutrala kontinenten. För att lyckas med detta måste byggnader med stor energiåtgång förbättras. Studien är viktig för att kunna ge underlag till fastighetsägare att i samband med en renovering också ser möjligheten till att bygga på extra våningar för att klara framtidens krav. Examensarbetet är också betydelsefullt för hur äldre materialegenskaper översätts till dagens byggregler.

• author: Ekeroth, Rasmus and Ekman, Isak
• supervisor: Eva Frühwald Hansson
• organization: Division of Structural Engineering
• alternative title: Feasibility study of utilization of residual capacity through energy effective vertical extension in existing residential masonry structures
• course: VBKM01 20231
• year: 2023
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• publication/series: TVBK-5000
• report number: TVBK-5295
• ISSN: 0349-4969
• language: Swedish
• additional info: Handledare Eva Frühwald Hansson; Examinator: Jonas Niklewski
• id: 9118842
• date added to LUP: 2023-06-07 18:02:01
• date last changed: 2023-06-07 18:02:01