From waste to paste – A Finnish life-cycle analysis of affordable and ecological cob walls.
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2023-01-23
Department
Major/Subject
Real Estate Investment and Finance
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Real Estate Economics (REC)
Language
en
Pages
72
Series
Abstract
Earth structures are the oldest and the still one of the most prevalent form of single-family housing types in the world. In industrial societies these construction techniques were shunned, but their renaissance is oncoming as sustainable goals transcend previous paradigms in post-industrial societies. Earth construction utilises locally sourced materials that are usually inexpensive, or free, to create load-bearing walls that are simple and easy to build and maintain. Earth construction is also ecologically sustainable, as construction materials are mainly raw natural products and the materials themselves are mostly infinitely recyclable on site. Additionally, earth construction results in high thermal mass of the walls, which reduces temporal thermal changes resulting in less need of cooling. These perks used to come at the cost of a greater amount of manual labour required, which however can now be offset by use of modern machinery and moulding techniques. The cost of construction of housing has increased rapidly in the past years mainly due to cost appreciation of materials and due to increase in labour costs, but also due to urbanisation requiring more costly compact high-rise buildings. The societal aspect of this study is to expound whether locally abundant clay soil could make housing more sustainably affordable. In the scope of Finland, some trial dwellings made of cob have been finished in the recent past decades. However, little data exists on the local parameters of earth construction materials or structure types. The purpose of this study is to elucidate how cob construction life-cycle environmental impact compares with that of more locally prevalent structural types used in Finland and to analyse if it is ecologically and economically feasible. Most studies on earth structures up to date have been from more temperate regions and have not accounted for colder climate insulation requirements. Two load-bearing cob wall types are evaluated, namely bale-cob wall and rendered insulated cob wall that are estimated to fulfil modern Finnish U-value requirements for permanent dwellings’ walls. The life-cycle analysis of this study established that earthen walls can perform even better than wooden-framed and clad structures. Straw-insulated cob wall yielded 59% less global warming potential than wooden stud wall. The main environmental impacts of an earthen wall come from possible mineral wool and lime render, both of which are optional. The first option, cob wall with straw bale insulation and with lime render was the least environmentally straining option while the rendered insulation option of earthen wall had higher negative environmental impacts than the reference wooden wall. The first option also had the highest carbon storage capacity of all the options. Transient heat flow simulation using Vantaa’s hourly temperature data yielded results that suggested that high internal thermal mass can be beneficial also in cold climate and 20% decrease in through-wall heat flow was observed when compared to lowest mass wooden framed wall. . The results of this study further add to the consensus that earthen construction is an easy and low-cost tool to provide sustainable housing. This study further provides needed clarification that clay-bound unstabilised earthen construction is applicable in Finnish conditions and that usable materials are locally available.Raa’an maa-aineksen muokkaus rakennuksiksi on historian ensimmäinen rakennustapa ja on edelleen laajalti käytetty erillistalojen rakentamisen tekniikka. Teollisuusmaissa tätä rakennustapaa on vältetty, mutta nyt maa-ainesrakentamisen renessanssikausi näyttäisi olevan alkamassa ympäristöajattelun noustessa prioriteetiksi. Maa-ainesrakentamisessa käytetään paikallisia materiaaleja, jotka ovat edullisia elleivät ilmaisia. Näistä materiaaleista rakennetaan sitten yksinkertaisia kantavia seiniä, joita on helppo rakentaa ja ylläpitää. Maa-ainesrakentaminen on ekologisesti kestävää, sillä vain raakaa maa-ainesta käytetään ja raaka-aineet ovat sellaisenaan uudelleenkäytettäviä. Maa-ainesrakentamisessa hyötynä on myös suuren massan tuoma ominaislämpökapasiteetti, joka tasaa lämmönvaihteluita. Näistä hyödyistä joutuu maksamaan suuren massan aiheuttamassa työmäärässä. Nykyään työtä pystytään tosin helpottamaan työkonein ja muotein, jotka kasvattavat tuottavuutta merkittävästi. Viime vuosikymmenten aikana omistusasunnon hankkiminen kasvukeskuksissa on kallistunut huomattavasti tulotasoon nähden. Hintoja ovat nostaneet mm. rakennusmaan kallistuminen, suuri kysyntä ja viime vuosina rakennuskustannusten voimakas kasvu. Tässä työssä tuodaan esille savirakentamisen mahdollisuuksia olla kestävästi kustannustehokas rakentamistekniikka. Suomessa on viime vuosikymmenten aikana tehty muutama koerakennus savirakennustekniikalla, mutta aiheesta on vielä vähän paikallista tietoa. Tämän diplomityön tarkoitus on tuoda esille, Kuinka savirakentamisen elinkaarivaikutukset vertautuvat muihin tyypillisiin pientalorakentamisen seinärunkoratkaisuihin. Suurin osa maa-ainesrakennustutkimuksista on lämpimämmistä maista eivätkä huomioineet lämmöneristysvaatimuksia. Tässä työssä tutkitaan olkisaviseinän elinkaarivaikutuksia luonnonkuitueristettynä versiona ja eristerapattuna versiona ja näitä vertaillaan kevytsoraharkkoseinän ja puuseinän elinkaarivaikutuksiin. Tärkeimpänä tuloksena havaittiin, että olkisaviseinä yhdistettynä luonnonkuitueristeeseen tuottaa huomattavasti pienemmät elinkaarivaikutukset kuin perinteinen puurankaseinä. Erityisesti lämmityspotentiaalissa ero oli iso. Olkieristetyn olkisaviseinän lämmityspotentiaali 59% pienempi kuin kivivillalla eristetyllä puurankaseinällä. Eristerappausvillan elinkaarivaikutukset ovat niin merkittävät, että ne yksin kolminkertaistivat olkisaviseinärakenteen elinkaarivaikutukset ja ilmastonlämmityspotentiaalin. Tutkimuksessa havaittiin, että savirakentamisen elinkaarivaikutukset ovat niin alhaiset, että niistä on vaikea päästä alhaisemmaksi, ilman vähäpäästöisiä kuljetus- ja työkoneita. Tutkimuksessa tutkittiin myös aikariippuvaista lämmönjohtoa seinän läpi. Tutkimuksessa havaittiin, että saviseinän suuri massa yhdistettynä tehokkaaseen ulkopuoliseen eristykseen vähensi lämpöhäviöitä 20 % verrattuna kevyeen puurankaseinään. Tämä tutkimus on vahvistaa, että maa-ainesrakentamisesta ja erityisesti savirakentamisesta on Suomen oloissa edulliseksi, helpoksi ja ympäristön kannalta kestäväksi rakennustekniikaksi. Tässä työssä havaittiin myös, että savirakentamisen aineksia on saatavilla kasvukeskuksissa paikallisesti ja tekniikka sopii myös Suomen oloihin.Description
Supervisor
Junnila, SeppoThesis advisor
Laine, JaniKeywords
alternative construction materials, cife cycle assessment, cob, sustainable construction, savirakentaminen, clay building