Puun uudet mahdollisuudet rakentamisessa

Henrik Heräjärvi

PUU h i ii i iPUU vastaa haasteisiin ‐seminaariHämeenlinna6.9.2012 

Historiaa (1/2)Historiaa (1/2)

• Suomi asui ja asioi puutaloissa pitkälle 1900‐luvulle

• 1900‐luvun alun teollistuminen ja kaupungistuminen edellyttivät rakentamista, mikä toteutettiin pääosin betonilla

• 1920‐luvulla kehitettiin ns. tyyppitalot, mikä lisäsi pientalorakentamista

T i i i l ll j li l R i 1940– Tunnetuimpia tyyppitalomalleja olivat sota‐aputalot Ruotsista 1940, rintamamiestalot 1940‐luvun lopulta

– Yksinkertaiset rakennusohjeet, nopea standardoitu rakentaminen, j , p ,funktionaalisuus, turhan välttäminen, hirrestä rankarakenteeseen

– Myös betonista rakennettiin tyyppitaloja, joita piirsi mm. Alvar Aalto

• Betoni otettiin käyttöön käytännössä kaikilla rakentamisen osa‐alueilla 1930‐luvulle mennessä

Arkkitehtonisesti betonin muovailtavuus tarjosi uusia mahdollisuuksia– Arkkitehtonisesti betonin muovailtavuus tarjosi uusia mahdollisuuksia

Historiaa (2/2)Historiaa (2/2)

• 50 luvulla betonirakentamisen hinta laski ja Suomen• 50‐luvulla betonirakentamisen hinta laski ja Suomen kaupunkikuva alkoi muuttua

• Suomessa kehitettiin 1968‐1970 asuinrakentamiseen avoinSuomessa kehitettiin 1968 1970 asuinrakentamiseen avoin betonielementtistandardi (BES), mikä loi kustannussäästöjä (ja mahdollisti ennätysmäisen asuntotuotannon 1970‐luvulla)– BES‐järjestelmässä standardoitiin betonielementit ja niiden liitosdetaljit 

siten, että urakoitsijat voivat hankkia valmisosia samaan rakennukseen useilta toimittajiltauseilta toimittajilta

• 1980‐luvulla kehitettiin toimitila‐ ja teollisuusrakentamiseen runko‐BES‐järjestelmäj j

• Teollisen puuelementtirakentamisen runko‐PES ‐järjestelmä julkaistiin vuonna 2012

Suomen palomääräyksetSuomen palomääräykset

• 15.4.2011 voimaan astuneiden palomääräysten mukaan enintäänpalomääräysten mukaan enintään 4‐kerroksisen puutalon saa rakentaa ilman automaattista sammutusjärjestelmää, jos puurakenteet on rakenteellisesti iittä ä h i j ttriittävän hyvin suojattu

• Mahdollista rakentaa 8‐kerroksinen puutalo 30-kerroksisia puutaloja kaavaillaan rakennettavaksi puutalo p j

mm. Itävallan Dornbirniin ja Kanadan Vancouveriin. Kuva: Michael Green.

Rakentaminen kansantalous ja työllisyysRakentaminen, kansantalous ja työllisyys

• Uusien asuntojen tarve pitkällä aikavälillä noin 35 000 asuntoa/a

• Suomessa 10 % bkt:stä käytetään rakentamiseen

• Rakennusala työllistää keskimäärin 175 000 ihmistä (työvoimapula vaivaa)– Puurakentamisen lisääntyminen voi helpottaa rakentajien työvoimapulaa 

(nopeutuva rakentaminen)

• Puurakentamisessa työllistävä arvoketju on pidempi kuin• Puurakentamisessa työllistävä arvoketju on pidempi kuin betonirakentamisessa (esim. taimituotanto, metsän kasvatus)

• Metsänkasvattajien kantorahatuloista 2/3 tulee tukkipuustaMetsänkasvattajien kantorahatuloista 2/3 tulee tukkipuusta, jonka tärkein loppukäyttö on rakentaminen

Puun taloudellisia kilpailukykytekijöitä rakentamisessa

• Paikallisen raaka‐aineen käyttö– Työpaikat syntyvät alueille

– Raha jää alueille

– Raaka aineiden hankintaan sekä tuotteiden valmistukseen ja– Raaka‐aineiden hankintaan sekä tuotteiden valmistukseen ja kuljetukseen liittyvä energiankulutus ja päästöt alenevat

• Rakentamisprosessin nopeutuminen (kerrostalorakentamisessa)p p– Ei kuivumisen odottelun aiheuttamia taukoja/ylimääräisiä järjestelyjä

– Ei pakkasten aiheuttamia taukoja / ylimääräisiä järjestelyjä

– Arvioitu, että puukerrostalorakentamisessa ajansäästö jopa yli 50 % betonirakentamiseen verrattuna

Mitä adjektiiveja kuusilankku tarjoaa rakentajalle?

• Kotimainen raaka‐aine, tuotanto, rakentaminen, käyttö, uudelleenkäyttö, purku ja loppukäyttö – siis koko arvoketju

• Ekologinen – Ainoa uusiutuva, teollisesti hyödynnettävä rakennusmateriaali

– Ainoa läpinäkyvästi alkuperäsertifioitu rakennusmateriaali (ja ainoa, jolta kuluttajat ja kauppiaat sitä vaativat!)

• Turvallinen• Turvallinen– Puukerrostalot ovat muista materiaaleista tehtyjä kerrostaloja 

paloturvallisempia, koska vain puukerrostaloissa on vaatimuksena sprinklaus (milloin sprinklausvaatimus ulotetaan kaikkiin kerrostaloihin?)

• Energiatehokas?

Energian tuotanto?Energian tuotanto?

Haaste: energian kokonaiskulutus kasvaa Suomessakin selvästi nopeammin ja l b li ti i k t i ti iglobaalisti moninkertaisesti nopeammin

kuin uusiutuvilla energialähteillä tuotetun energian osuus

Energian hinnan kehitys?Energian hinnan kehitys?

Öljytuotteiden maailmanmarkkinahintojen kehitys Kotitalouskuluttajan ja sähkölämmittäjän

verollisen kokonaishinnan reaalinen kehitys180

140

150

160

170

1996 2012 100

110

120

130

Lähde: Öljyalan keskusliitto 2012

Lähde: Energiamarkkinavirasto 2012

80

90

1/1

99

37

/19

93

1/1

99

47

/19

94

1/1

99

57

/19

95

1/1

99

67

/19

96

1/1

99

77

/19

97

1/1

99

87

/19

98

1/1

99

97

/19

99

1/2

00

07

/20

00

1/2

00

17

/20

01

1/2

00

27

/20

02

1/2

00

37

/20

03

1/2

00

47

/20

04

1/2

00

57

/20

05

1/2

00

67

/20

06

1/2

00

77

/20

07

1/2

00

87

/20

08

1/2

00

97

/20

09

1/2

01

07

/20

10

1/2

01

17

/20

11

Lähde: Energiamarkkinavirasto 2012

Puukerrostalojen ympäristöedut?Puukerrostalojen ympäristöedut?

• Kerros‐ tai toimistorakennuksen elinkaaren (50 a) aikaisista hiilidioksidipäästöistä 84–88 % syntyy käyttövaiheen aikana p y yy y(Lounamaa 2010)

=> puukerrostalo voi olla betonikerrostaloa ilmastoystävällisempi, jos käyttövaiheen aikana päästään samalle viivalle

• Jäähdytystarve matalaenergia‐ ja passiivirakentamisessa?– Jos puutaloa pitää jäähdyttää (tai lämmittää) enemmän kuin 

raskaampaa kivirakennetta hävitetään ympäristöedutraskaampaa kivirakennetta, hävitetään ympäristöedut

– Aurinkokeräimet jäähdytysenergian tuotannossa?

Ilmastonmuutosta ei estetä puutuotteillaIlmastonmuutosta ei estetä puutuotteilla

Ih i t i i t j ht t hiilidi k idi ää töt 10 Gt/• Ihmistoiminnasta johtuvat hiilidioksidipäästöt n. 10 Gt/a

• Sahatavaran kulutus n. 400 milj. m3/a, mikä sitoo n. 0,08 Gt hiiltä

ä ä k l ? i ä• Entäpä kerrostalot? Tapaus Vierumäen PuuEra:– 27 asuntoa viidessä kerroksessa – Suomen korkein puukerrostalo

Puun käyttö < 10 m3 per asunto (vrt pientalot n 30 m3/talo)– Puun käyttö < 10 m3 per asunto (vrt. pientalot n. 30 m3/talo)

=> Suomeen rakentaisi noin 10 000 kerrostaloasuntoa alle 100 000 kuutiometrillä puuta (Huom. esim. CLT‐tekniikalla puuta kuluu enemmän)

• Jos/kun energian hinta jatkaa nousuaan, nousee energiaa vähän kuluttavien tuotteiden valmistuskustannus suhteellisesti 

l illi i k i i j idmaltillisemmin kuin energiasyöppöjen tuotteiden => Puun hintakilpailukyky kasvaa

Puutuotteiden kierrätys nyt ja 2020?uutuotte de e ätys yt ja 0 0

• EU:lla on tavoitetila ”jätevapaa yhteiskunta” => jätteiden lisääntyväEU:lla on tavoitetila  jätevapaa yhteiskunta   > jätteiden lisääntyvä hyötykäyttö ja kaatopaikkajätteiden minimointi

• Kansalliset lait ja EU:n direktiivit ohjaavat maita, tavoite v. 2020: ”70 % ä ä k j k jä ä ki ä ää ”syntyvästä rakennus‐ ja purkujätteestä kierrätetään”

• Jotta tavoitteet saavutettaisiin, tarvitaan innovaatioiksi kehittyviä ideoita sekä teollisuudelta että T&K‐organisaatioilta!g

Tuote Kierrätysaste, %

Teräs ja muut ruostumattomat metallit ~90

Paperi ja kartonki ~50‐75 (EU)

Lasi ~20‐90

Muovi ~25‐80

Puutuotteet (jos polttoa ei lasketa) < 10 ???

Puu tunnetaan kohtuullisen hyvin vain kuitutasolle asti

Käytettävissä olevan tiedon ja osaamisen määrä vähenee siirryttäessä pienempiin tarkasteluelementteihiny

Puutiede ei ole rakettitiedettä (vaan paljon monimutkaisempaa…) (Meder 2012)

Mitä puu on?Mitä puu on?

Mik fib illik l

Puusolun rakennusaineet, kuiva‐aineestak ki ää i

Mikrofibrillikulma (MFA)

keskimäärin:• 50 % hiiltä• 44 % happea• 6 % vetyä• 0,2‐0,3 % tuhkaa• < 0,1 % typpeäypp

Kuutiometrissä puuta on 200‐250 kg

Alkuperäiskuva: Panshin & de Zeeuw (1980)

Kuutiometrissä puuta on 200‐250 kg hiilihydraatteja jotka on sidottu fotosynteesissä ottamalla ilmasta n. 800 kg hiilidioksidia Samalla tuotetaan happeahiilidioksidia. Samalla tuotetaan happea.

Mikrofibrillikulman (MFA) vaikutus puukuidun jaMikrofibrillikulman (MFA) vaikutus puukuidun jaleikkeen vetolujuuteen

600600 100100

Huomaa akselien skaalat!

LatewoodSpruce

FiberTissue400

500

h[M

Pa]

LatewoodSpruce

FiberTissue400

500

h[M

Pa]

s [M

Pa]

60

80

h[M

Pa]

Compression woodSpruce

FiberTissue

60

80

h[M

Pa]

Compression woodSpruce

FiberTissue

s [M

Pa]

MFA ~10° MFA ~45°

200

300

nsile

stre

ngth

200

300

nsile

stre

ngth

Tens

ile s

tress

40

60

ensi

le s

treng

th40

60

ensi

le s

treng

thTe

nsile

stre

ss MFA 45

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,060

100

te

a)

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,060

100

te

a)

T

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,350

20te

b)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,350

20te

b)

T

strain [-]strain [-] strain [-]strain [-]

Lähde: Burgert & Frühmann 2004

(Puu)rakentamisen keskeisiä haasteita(Puu)rakentamisen keskeisiä haasteita

• Raaka‐aineen laatu (korostuu tulevaisuudessa)

• Tehdasvalmistuksen laatu

• Rakentamisen laatu

• Rakennuksen ylläpito‐osaaminen– Uusi haaste (monimutkainen talotekniikka – vrt. uudet autot)

– Markkina kiinteistöhuoltopalveluille  (“merkkihuolto”)

l l kk l• Matalaenergia‐ ja passiivitalojen poikkeusolojen toimivuus?

• Kiistämättömän ympäristösuorituskykytiedon tuottaminen

• Kilpailukyky– suhteessa muihin materiaaleihin ja ulkomaisiin toimijoihin

Yhteenveto (1/2)

• Lujuus

Yhteenveto (1/2)

• Lujuus– “Nanotuotteissa” metsästetään mikrofibrillien lujuuspotentiaalia

– Perimän jalostuksella ja metsänhoidolla voidaan vaikuttaa mm. solujen j j jmikrofibrillikulmaan

– Modifiointitekniikat => puun tasapainokosteuden alentaminen, tiheyden kasvattaminen jnetiheyden kasvattaminen, jne.

– Älykäs kuivaus => mikro‐ ja  makrohalkeilun hallinta

• Ympäristökilpailukyky hakee tuotteistumistaanYmpäristökilpailukyky hakee tuotteistumistaan– Hiilensidonta‐argumentin varaan ei puun käytön lisäystä kannata laskea

– Puulla on läjäpäin muita vedenpitäviä ekologisia argumentteja

– Puutuotteiden kierrätys on Suomessa lapsenkengissään, mihin tulee saada aikaan muutos

Yhteenveto (2/2)Yhteenveto (2/2) 

T l d lli kil il k k ?• Taloudellinen kilpailukyky?– Energian hinnan krooninen kohoaminen parantaa puun asemaa 

suhteessa muihin rakennusmateriaaleihinsuhteessa muihin rakennusmateriaaleihin

– Väestön demografinen  rakenne tukee kerrostaloasuntojen lisäystä: pientalojen kotimaan markkina pienenee

– Kustannuskilpailukyky on ehdoton edellytys sille, että puuhun perustuvat ratkaisut tulevat/ovat päässeet kerrostalorakentamisen markkinoille, mutta pelkkä kustannuskilpailukyky ei ole kestävä ratkaisu

– Materiaaliin ja rakentamiseen liittyvien teknis‐taloudellisten kysymysten lisäksi tulee erityistä huomiota kiinnittää laatuun

Puukerrostalot ovat median viranomaisten kilpailevien materiaalien– Puukerrostalot ovat median, viranomaisten, kilpailevien materiaalien puolestapuhujien, poliitikkojen ja suuren yleisön silmätikkuna

Yhdenkin heikkoa laatua, huolimattomuutta tai välinpitämättömyyttä indikoivan erehdyksen jälkien 

siivoaminen voi olla katastrofaalisen kallista ja työlästä

TEM: Tiedotteet Yritykset31.1.2012 14.45Ministerit haastavat rakennusalan toimijat

Puuinfo: Puukerrostalorakentamisen teollisen prosessin läpimurto on tapahtunut19.10.2011

mukaan puurakentamisen lisäämiseen

YLE: Suomen korkein puukerrostalo HeinolaanHeinolaan4.5.2011 klo 18:21

K TO !KIITOS!

Metla-talo, Joensuu: kierrätyshirsiä toisella vuosisadallaan

Lisätiedot:Henrik Heräjärvi

Henrik.Herajarvi@metla.fiwww.metla.fi/ohjelma/puu/