IoT based monitoring and control of concrete drying conditions in construction phase of new-production residential buildings

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2018-03-19
Department
Major/Subject
Building Technology
Mcode
ENG27
Degree programme
Master’s Programme in Building Technology (CIV)
Language
en
Pages
105
Series
Abstract
Recently, moisture related problems, particularly in relatively new residential buildings, have drawn a significant amount of media attention. Consequently, numerous researches and studies have been conducted in order to detect, analyse, and prevent future moisture problems from occurring. Unwanted moisture in the structures has been found to cause both considerable financial losses and severe health issues due to potential growth of mold, dust mite presence and VOC emissions. There are many causes to the above-mentioned problems throughout the building life cycle, including inadequate design, negligent construction and inappropriate use and maintenance. One of the major single causes is construction moisture that is not properly controlled and removed during the construction phase. The aim of this Master’s thesis is to determine whether it is technically possible and financially feasible to actively steer the construction site management to maintain at all times indoor conditions that are optimal for drying of concrete with the help of real-time IoT-based monitoring technology, and additionally support or even replace current humidity measurement process. Secondary aim is to determine which wireless area network (WAN) is best suited for achieving the former aim, both from technical and financial point of view, taking into account the constantly changing construction environment conditions. The theory section is compiled as a literature survey containing previous studies and literature on concrete including the Finnish building code, the Building Information Ltd and the Confederation of Finnish Construction Industries (CFCI) the as the main source, due to the fact that the concreting conditions in Finland and other Nordic countries are rather challenging, also implying that the quality of Finnish concrete technology is very advanced. The empirical part consists of building, testing and installing the IoT-architecture on the pilot construction site, collecting, analysing and storing sensor data, and developing a web based application designed for the construction site management. The thesis proves that real-time control of drying conditions provides significant financial benefits by cutting down construction time, by optimizing the use of heating energy and by reducing the need for traditional moisture measurements. The case study also shows that the construction management is benefitting greatly from a supplementary mobile web application highlighting the importance of building physics in the drying process.

Viime aikoina etenkin uudehkojen asuinrakennusten kosteus- ja homeongelmat ovat saaneet huomattavaa näkyvyyttä mediassa, minkä seurauksena lukuisia uusia tutkimuksia on tehty selvittääkseen ongelmien perimmäiset syyt sekä pystyäkseen ehkäisemään tulevia ongelmia. Kosteusvaurioiden syiksi on todettu mm. uusien energiamääräysten mukaiset erityisen haasteelliset arkkitehti-, rakenne- ja talotekniikkasuunnitelmat, rakennustuotannon ylikuumentuminen ja sitä kautta kasvanut riski työmaalla tapahtuviin virheisiin sekä vääränlainen käyttö ja ylläpito. Yksi isoimmista yksittäisistä syistä on kuitenkin rakennuskosteus eli rakennusmateriaalien kuten betonielementtien valmistuskosteus ja rakenteisiin rakennusaikana päässyt kosteus, jota pitäisi pystyä hallitsemaan nykyistä paremmin. Diplomityön tavoitteena on selvittää, voiko reaaliaikaisella, IoT-teknologiaan perustuvalla työmaan rakennusaikaisten ulko- ja sisäolosuhteiden seurannalla ja betonin kosteuden mittauksella aktiivisesti ohjata työmaan johtoa betonin kuivumiselle optimaalisten olosuhteiden ylläpitämisessä sekä täydentämään tai jopa mahdollisesti korvaamaan nykyistä kosteudenmittausprosessia. Toissijaisena tavoitteena on selvittää, mikä langaton tiedonsiirtoverkko sopii kyseisten tavoitteiden saavuttamisessa parhaiten, sekä tekniseltä toteutukseltaan että kustannustehokkuuden näkökulmasta, ottaen huomioon haastavat ja muuttuvat työmaaolosuhteet. Tutkimuksen teoreettinen osuus on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Tämän tutkimuksen lähteinä on käytetty pääasiassa Suomen rakentamismääräykokoelman, Rakennustiedon (RT), Betoniteollisuus Ry:n ja Betoniyhdistys Ry:n (BY) betonirakenteiden ohjeita ja määräyksiä, johtuen siitä, että Suomessa ja muissa pohjoismaissa rakennusolosuhteet ovat hyvin haastavat, mikä tarkoittaa myös sitä, että suomalainen betonitekniikka on laadullisesti hyvin korkealla tasolla. Tutkimuksen empiirinen osuus koostuu IoT-arkkitehtuurin rakentamisesta ja asentamisesta pilottityömaalle, sensorien datan keräämisestä, analyysistä ja talletuksesta sekä työmaahenkilöstölle tarkoitetun verkkopohjaisen applikaation kehittämisestä. Tutkimus osoittaa, että reaaliaikaisella kuivumisolosuhteiden seurannalla voidaan saavuttaa projektista riippuen hyvinkin merkittävää taloudellista hyötyä lyhentämällä rakennusvaiheen kestoa, tehostamalla lämmitysenergian käyttöä ja vähentämällä perinteisten kosteusmittausten määrää. Pilottiprojekti osoittaa, että työnjohto hyötyy selvästi applikaation käytöstä ja se auttaa ennen kaikkea nuoria ja vähemmän kokeneita työnjohtajia ymmärtämään työmaan rakennusfysiikan merkityksen betonin kuivumisprosessissa.
Description
Supervisor
Punkki, Jouni
Thesis advisor
Lund, Jan
Keywords
IoT, Wirepas, LoRa, moisture mechanics, drying of concrete, moisture control
Other note
Citation