Bygnings- og materialteknikk

Oppgaver tilknyttet Construction City Cluster.

Temaområde bygningsfysikk

Temaområde: Building Performance Optimization

Tema Bygningsmaterialer:

Oppgavenr: BM1

The Utilization of Electrochromic Materials for Smart Window Applications in Energy-Efficient Buildings

Task 1 - Experimental Laboratory Investigations:

Smart Window Development, Characterization and Testing in Laboratory

Kort beskrivelse av oppgaven:

There are several challenging work activities to be carried out in the field of smart windows. Properties, requirements and possibilities for materials able to dynamically regulate the solar energy throughput in smart windows for application in zero emission buildings will be investigated. There will be a focus on inventing, developing, characterizing and testing such novel and advanced materials. These materials may include electrochromic materials and other controllable materials. The smart windows will reduce and minimize both heating and cooling loads in zero emission buildings. The smart window materials will be studied both at a material and a component level. Both development of new electrochromic materials and windows, and testing of commercial electrochromic windows, are possible experimental laboratory investigations.

Task 2 - Literature Study and Energy Calculations:

Comparison of the Energy Saving Potential of Adaptive and Controllable Smart windows: Photochromic, Thermochromic and Electrochromic Technologies

Kort beskrivelse av oppgaven:

The solar radiation through windows and other transparent or translucent building components and envelopes may be adapted or controlled by smart windows. It is of huge interest to study the energy saving potential of both adaptive (e.g. photochromic and thermochromic) and controllable (e.g. electrochromic) smart window technologies with respect to both heating and cooling loads. The work tasks will involve both literature study and energy calculations, applying both real commercial and idealistic smart windows (i.e. key parameter study) as case studies. This work wil be a follow-up of an earlier and successful MSc study on this topic. In addition, depending on the students' interests, these aspects may also be investigated alongside life cycle assesment (LCA) and/or life cycle cost (LCC) studies. This work will be suitable for 1-3 students.

Kontaktperson ved IBM:

Bjørn Petter Jelle (NTNU), bjorn.petter.jelle@ntnu.no

Mohamed Hamdy (NTNU), mohamed.hamdy@ntnu.no

Gabriele Lobaccaro (NTNU), gabriele.lobaccaro@ntnu.no

Rolf André Bohne (NTNU), rolf.bohne@ntnu.no

Oppgavenr: BM2

Life Cycle Assessment Comparison of Different Types of Vacuum Insulation Panels and Other Thermal Insulation Materials and Solutions

Kort beskrivelse av oppgaven:

The objective of this work is to carry out a life cycle assessment (LCA) comparison of different types of vacuum insulation panels (VIP) with respect to various types of foil laminates and core materials, also taking into account the increase of the crucial property thermal conductivity over time due to moisture and air penetration by diffusion, including other thermal insulation materials and solutions. This work will be written as a scientific journal article. Our research group has carried out a considerably amount of work within this and related fields the last years, and we see a strong need for an article treating specifically the matters the title is indicating. The specific details about this work task will be discussed with the interested students. This work wil be a follow-up of an earlier and successful project and MSc study on this topic. In addition, depending on the students' interests, these aspects may also be investigated alongside life cycle cost (LCC) studies. This work will be suitable for 1-3 students.

Kontaktperson ved IBM:

Bjørn Petter Jelle (NTNU), bjorn.petter.jelle@ntnu.no

Rolf André Bohne (NTNU), rolf.bohne@ntnu.no

Mohamed Hamdy (NTNU), mohamed.hamdy@ntnu.no

Måling av emissivitet med FTIR spektrometer

Kort beskrivelse av oppgaven:

Ved beregning av bygningskonstruksjoners U-verdi benyttes egenskaper som varmekonduktivitet og emissivitet. Konduktiviteten til bygningsmaterialer måles ofte med en varmestrømsmåler, mens emissiviteten kan måles med et FTIR spektrometer. IBM og SINTEF Community (Byggforsk) har et FTIR spektrometer med flere utstyrsenheter som bl.a. kan benyttes til måling av emissivitet til forskjellige typer materialer. Emissiviteten til forskjellige materialer måles på forskjellige måter i FTIR spektrometeret for å sjekke de ulike målemetodene mot hverandre. For sammenligning kan eventuelt også emissiviteten i enkelte materialer forsøkes bestemt ved hjelp av et varmestrømsplateapparat. Nye og aldrede materialer kan også undersøkes. En studie av emissiviteten til aldrede materialer er viktig for å kunne si noe om hvordan de termiske egenskapene (for eksempel U-verdien) til bygningskonstruksjoner forandrer seg med tiden.

Kontaktperson ved IBM:

Bjørn Petter Jelle (NTNU), bjorn.petter.jelle@ntnu.no

Other persons as needed within NTNU and outside NTNU.

Oppgavenr: BM4

High Performance and Dynamic Insulation Materials and Solutions

Kort beskrivelse av oppgaven:

There are several challenging work activities to be carried out on high performance and dynamic insulation materials and solutions. Major developments in this field will have an huge impact on the building sector and the world in general, e.g. with respect to energy savings, reduced emissions and building practice. The specific work activity involves a large team of persons from various scientific disciplines, e.g. building physics, materials technology, chemistry, condensed matter physics and theoretical physics. This research team which the students will be a part of will search for materials and solutions beyond and even far beyond today's new state-of-the-art solutions like vacuum insulation panels (VIP). Properties, requirements and possibilities for robust and highly thermal insulating materials and solutions for application in zero emission buildings will be investigated. There will be a focus on inventing, developing, characterizing and testing such novel and advanced materials and materials solutions. These materials may include robust vacuum insulation materials (VIM), nano insulation materials (NIM) and dynamic insulation materials (DIM). The highly thermal insulating materials will be studied both at a material, component and structural level. Fundamental theoretical studies aimed at understanding the basics of thermal conductance in solid state matter at an elementary and atomic level will be carried out alongside with experimental investigations. The ultimate goal of these studies will be to be able to develop tailor made high thermal performance insulating materials and dynamic insulating materials, the latter one enabling to control and regulate the thermal conductivity in the materials themselves, i.e. from highly insulating to highly conducting. Ultimately, one might also envision the whole span from thermal insulator to thermal supraconductor.

Kontaktperson ved IBM:

Bjørn Petter Jelle (NTNU), bjorn.petter.jelle@ntnu.no

Andre kontaktpersoner:

Sohrab Alex Mofid (University of Central Florida, UCF), sohrab.mofid@gmail.com

Other persons as needed within NTNU and outside NTNU.

Oppgavenr: BM6

Building Integrated Photovoltaics (BIPV)

Task 1 - BIPV Integration:

Experimental Laboratory Investigations of Building Integrated Photovoltaics with respect to Durability and Robustness

Kort beskrivelse av oppgaven:

The work will treat technical integration of photovoltaics in buildings. The research herein will target robust components and solutions that are easy to use. Solutions will be sought for challenges related to installation, maintenance and replacements, with Norwegian building code and in Norwegian climate conditions. A Nordic climate with repeated freezing and thawing of building materials and components may cause degradation due to frost weathering during water to ice volume expansion, both at a macro- and micro-scale. Testing and evaluations of new and existing products will be performed in laboratories at NTNU and SINTEF. The following work tasks will be essential: (i) Developing robust BIPV components and solutions, (ii) Accelerated ageing and durability testing in Nordic climate exposure, (iii) Testing and investigating the link between aesthetic quality and PV efficiency, and (iv) Environmental assessment and carbon footprint evaluations. The student may address several of the above aspects but not necessarily all of them. Nevertheless, for the student, there will be a focus on the experimental laboratory investigations of building integrated photovoltaics with respect to durability and robustness.

Task 2 - Plug-and-Play BIPV (PaP BIPV):

The Challenging Pathway towards True Plug-and-Play Building Integrated Photovoltaics

Kort beskrivelse av oppgaven:

The work will focus on developing plug-and-play building integrated photovoltaics (PaP BIPV). As of today, BIPV systems are designed as various foil, tile, module and solar cell glazing products which need to be pieced together in different, and often cumbersome, ways, with respect to both the main panels (e.g. tiles) and their electrical cable connectors. The electrical cables experiencing miscellaneous stresses during time often represent a weak point for the BIPV systems. Replacing single panels, e.g. when damaged, may be especially cumbersome and time-consuming, often involving the need for unfastening or removing several panels around the actual one. This latter aspect may also increase the risk of additional induced damages during the maintenance and repair operations. For future BIPV products one may envision robust and less labour-intensive plug-and-play systems. That is, plug-and-play BIPV (PaP BIPV) systems where individual panels (e.g. tiles) are clicked/snapped together in a single and simple operation ensuring both satisfactory electrical connections and weather tightness, and likewise when removing individual panels. If such PaP BIPV systems could be designed for a reasonable cost, they would definitely gain a competitive edge over today’s more traditional BIPV products, both for residential buildings and larger building complexes, and both for erection of new buildings and retrofitting of old ones. Hence, PaP BIVP could contribute to the acceleration of utilization of solar energy by solar cells on a worldwide scale.

Task 3 - BIPV Material Surface:

Advanced Materials Surface Development for Preventing Snow and Ice Formation on Building Integrated Photovoltaics

Kort beskrivelse av oppgaven:

The work will target the challenge of removing snow downfall and avoiding ice formation on photovoltaic (PV) roofs and walls in order to maximize solar energy efficiency, which is crucial for an efficient exploitation of the available solar energy, especially in order to achieve zero energy and zero emission buildings. Possible steps towards a working solution will be addressed, including different material surface solutions such as self-cleaning surfaces with origin in photocatalytic hydrophilic, superhydrophobic or ultrahydrophobic surfaces and coarse micro- or nanostructured surfaces. Snow accumulation will, in addition to decreased energy generation due to (partial) shading, lead to new strains on these parts of the roof, both with respect to building physics problems like moisture, freezing, thawing, etc., and with respect to structural building and roof properties. A main objective is to address the challenge with snow and ice formation on building integrated photovoltaic (BIPV) systems to maximize the solar energy yields, with special emphasis on material development. Hence, there is an aim to remove the snow and ice, or rather inhibit the snow and ice from forming on the given surface, without consuming extra energy or extracting part of the solar energy which otherwise would have been exploited by the BIPV modules. When addressing the above challenges, the following work tasks will be essential: (i) Snow and ice influence on solar energy yields, (ii) Snow and ice impact on surface robustness and durability, and (iii) Advanced materials surface development. The student may address several of the above aspects but not necessarily all of them. Nevertheless, for the student, there will be a focus on the advanced materials surface development for preventing snow and ice formation on building integrated photovoltaics.

Kontaktperson ved IBM:

Bjørn Petter Jelle (NTNU), bjorn.petter.jelle@ntnu.no

Stig Geving (NTNU), stig.geving@ntnu.no

Gabriele Lobaccaro (NTNU), gabriele.lobaccaro@ntnu.no

Bozena Hrynyszyn (NTNU), bozena.d.hrynyszyn@ntnu.no

Andre kontaktpersoner:

Per-Olof Andersson Borrebæk (Isola), po.borrebak@isola.no

Other colleagues at NTNU and SINTEF.

Oppgave nr: BM7

Building Integrated Photovoltaic-Thermal (BIPVT) Systems

Kort beskrivelse av oppgaven:

The student(s) will work together with research scientists within the EU Horizon 2020 (H2020) project PVadapt (Prefabricaton, Recyclability and Modularity for Cost Reductions in Smart BIPV Systems). In PVadapt we will employ a novel and automated modular PV production line with the capacity to include various material components and processes. We will produce modules costing below 35 €ct/W. Moreover, we will utilize the production line to integrate a heat pipe based cooling and heat recovery component, the heat mat (HM) to provide 60-100 % of the building’s heating needs. The prefabricated and modular architecture of the PVadapt components will enable the production of turn-key BIPV solutions with levelized cost of electricity (LCOE) values below 3 €ct/kWh and module price below 1.5 €/W & 150 €/m². The student(s) will work with relevant challenges regarding the BIPV system, the solar thermal system and/or the complete BIPVT system. Examples of research tasks may include miscellaneous modelling tasks (e.g. heat transport), development design and evaluation of system, overall system performance testing (e.g. by field and/or laboratory testing), strength of adhesive connection between heat mat and solar cell module, safety issues, robustness and integration aspects, climate exposure laboratory testing, and accelerated climate ageing laboratory testing, where various conditions and parameters will be investigated. The students may work in a team with their own defined separate work tasks they are responsible for or in more individual work tasks. Specific and tailor-made work tasks will be discussed and assigned in a meeting between the students and the supervisors.

Kontaktperson ved IBM:

Bjørn Petter Jelle (NTNU), bjorn.petter.jelle@ntnu.no

Stig Geving (NTNU), stig.geving@ntnu.no

Gabriele Lobaccaro (NTNU), gabriele.lobaccaro@ntnu.no

Andre kontaktpersoner:

Martin Bellmann (SINTEF), martin.bellmann@sintef.no

John Atle Bones (SINTEF), john.bones@sintef.no

Pål Tetlie (SINTEF), pal.tetlie@sintef.no

Oppgave nr: BM8

Aldring av bygningsmaterialer

Task 1 - FTIR og aldring:

FTIR spektrometri ved karakterisering av aldring av bygningsmaterialer 

Kort beskrivelse av oppgaven:

Flere bygningsmaterialer utsettes for store klimabelastninger, blant annet solstråling (spesielt UV stråling og kortbølget synlig lys), temperatursvingninger og fukt. Bestandighetsprøving er en viktig del av karakteriseringen av slike materialer. En rekke egenskaper til bygningsmaterialer testes da før, under og etter aldring. Ofte vil det være ønskelig å finne ut om det skjer noe med materialet rent kjemisk, både kvalitativt og kvantitativt. Dette kan gjøres med et FTIR spektrometer. IBM og SINTEF Community (Byggforsk) har et Fourier transform infrared (FTIR) spektrometer med flere utstyrsenheter - bl.a. en attenuated total reflectance (ATR) tilsats, samt et skanning elektronmikroskop (SEM) - som tilrettelegger og åpner for mange muligheter innen materialkarakterisering. Prosjekt- og masteroppgaven går ut på å undersøke mulighetene en har med FTIR spektrometri ved karakterisering av aldring av bygningsmaterialer, og vil kunne omfatte både litteraturstudier, teoretiske betraktninger og eksperimentelt arbeid. Detaljer avtales mellom student og veileder. Kvantitative korrelasjoner mellom FTIR spektra og viktige materialegenskaper som f.eks. strekkstyrke vil bli forsøkt utført.

Task 2 - Akselerasjon og aldring:

Akselerert klimaaldring av bygningsmaterialer

Kort beskrivelse av oppgaven:

Flere bygningsmaterialer utsettes for store klimabelastninger i form av både solstråling, temperatursvingninger og fukt. Levetiden/bestandigheten til disse materialene er av avgjørende betydning. Akselerert klimaaldring av bygningsmaterialene er en måte å finne et estimat av denne levetiden på. For at en i løpet av rimelig tid skal finne denne levetiden, må nedbrytningsprosessene akselereres, f.eks. med akselerasjonsfaktorer mellom 10-200 sammenlignet med naturlig klimaaldring. IBM og SINTEF Community (Byggforsk) disponerer i dag en rekke forskjellige utstyrsenheter for akselerert klimaaldring, f.eks. vertikal klimasimulator (klimakarusell), vertikal stor-skala bygningskropp klimasimulator, Atlas SC600 solsimulator, diverse UV-varme-vann apparatur (f.eks. QUV) og forskjellige klimaskap (varme og luftfuktighet). Prøvinger på material-, komponent- og strukturnivå pågår kontinuerlig på oppdrag fra forskjellige aktører innen bygningsbransjen. Oppgaven vil konsentrere seg om utvalgte materialer (overflatebehandlinger på trevirke, ulike typer plaster, etc.), hvor aldringen av materialene i de forskjellige klimaaldringsapparaturene sammenlignes. Ulike egenskapstester før, under og etter aldring vil bli vurdert og utført, inklusive studier ved et Fourier transform infrared (FTIR) spektrometer med en attenuated total reflectance (ATR) tilsats, samt et skanning elektronmikroskop (SEM). Kartlegging og vurdering av de ulike klimaaldringsparameterne, samt deres innflytelse på akselerasjonsfaktoren og en estimering av denne, skal utføres. Her er det muligheter for både teoretiske og eksperimentelle undersøkelser.

Kontaktperson ved IBM:

Bjørn Petter Jelle (NTNU), bjorn.petter.jelle@ntnu.no

Stig Geving (NTNU), stig.geving@ntnu.no

Rolf André Bohne (NTNU), rolf.bohne@ntnu.no

Oppgave nr: BM9

New Materials Technologies for Buildings of the Future

Kort beskrivelse av oppgaven:

In the future buildings the materials may be tailor-made for achieving miscellaneous functions based on their respective properties. Within this work task there will be a focus on the building envelope, especially related to the climate screen. Examples of these state-of-the-art, new and emerging materials technologies may be vacuum insulation panels (VIP), aerogels, phase change materials (PCM), nano insulation materials (NIM), smart windows, electrochromic materials, photochromic materials, thermochromic materials, light-weight glass materials, superlow-emissivity materials, building integrated photovoltaics (BIPV), various solar cell materials and  technologies. Multifunctional building envelopes represent another interesting aspect. These materials technologies must also satisfy the building physical aspects of their buildings. Both experimental and theoretical studies may be carried out, also including numerical analysis and modelling. Furthermore, the students will be challenged to write their report as a scientific journal article, which thus will be submitted to an international journal for publication if the quality is satisfactorily high. Among others, one possibility will be to write so-called state-of-the-art and future research articles. Specific experimental work tasks in the laboratory may also be possible, e.g. along a PhD student in the field. Specific details about this work task will be given upon request and in discussion groups with dedicated scientific personnel at the department.

Kontaktperson ved IBM:

Bjørn Petter Jelle (NTNU), bjorn.petter.jelle@ntnu.no

Other persons as needed within NTNU and outside NTNU.

Temaområde Miljøsystemanalyse

Oppgavenr: MSA1

Tittel: Environmental impact assessment of concrete structures used in infrastructure projects.

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:
Infrastructure projects consumes a large volume of concrete, and cement production alone contributes to more than 5% of annual anthropogenic greenhouse gas emissions.
The strength of concrete structures varies with a number of variables, among them curing time. Normally we use the strength after a curing time of 28 days as the design criteria.

Kort beskrivelse av oppgaven:

In this project, we seek a better understanding how variations in curing time would influence design of concrete structures (volume), and thus environmental impact of concrete for various purposes in infrastructure projects.

Antall studenter på oppgaven: 1

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

This work will be in cooperation with Statens Vegvesen and Dep. Structural engineering.

Oppgavenr: MSA2

Tittel: LCA of construction machinery

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:
How we use machineries in construction projects has a huge impact on greenhouse gas emissions from these projects. At the department or Civil and Environmental Engineering, we have a huge empirical dataset on costs and fuel consumption from numerous construction machines for different types of loads and work. However, this needs to further developed to also include environmental impact (LCA).

Kort beskrivelse av oppgaven:

We need a motivated student to work develop LCA on construction machinery

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere: 

Oppgavenr: MSA3

Tittel: LCA of Tunnel Boring Machines (TBM)

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:
Tunnels and underground spaces is important in the development of more sustainable cities. However, so far there is few studies of the environmental impact from using tunnel-boring machines. At the department or Civil and Environmental Engineering, we have some data on costs and fuel consumption from tunnel projects machines for different types of tunnel-boring. We are also in contacts with ongoing tunnel projects.

Kort beskrivelse av oppgaven:

We need a motivated student to work on LCA of tunnels made with TBMs.

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere: 

Oppgavenr: MSA4

Tittel: Environmental impact of geometric design of roads

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:
The geometric design of roads have a strong impact on energy consumption of road traffic. At the department of Civil and Environmental Engineering, we have an ongoing project in cooperation with Chalmers and SVV (E39) on understanding the environmental impact from the roads geometric design. How much should we try to modify curves and elevations in order to optimize/reduce the total environmental impact from roads and traffic? How will a shift in technology from fossil to renewable energy for vehicles influence these calculations?

Kort beskrivelse av oppgaven:

We seek a motivated student to take part in the research team, and actively work together with a PhD student in this research project.

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

Statens Vegvesen og Chalmers

Oppgavenr: MSA5

Tittel: Life cycle assessment of winter maintenance operations in Norway

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:
In Norway, there are 55.000 km of national and state roads that need different type of maintenance and service, including winter maintenance.  The driving distance of the clearing vehicles for winter maintenance was over 19 million kilometers in 2013. I in addition 188.000 tons of salt and 575.000 tons of sand was used during winter maintenance.

At the department of Civil and Environmental Engineering, we have an ongoing project in cooperation with Chalmers and SVV (E39) on understanding the environmental impact from the winter maintenance operations.

Kort beskrivelse av oppgaven:

We seek a motivated student to take part in the research team, and actively work together with a PhD student in this research project.

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

Statens Vegvesen og Chalmers

Oppgavenr: MSA6

Tittel: How population density influences environmental impact of cities.

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:
Various the environmental impact from subsystems in cities varies with population density. In this project, we will describe the relationship between population and various sub-systems, and how these sub-systems influences each other. 

Kort beskrivelse av oppgaven:

We seek a motivated student to take part in the research team, and actively work together with a PhD student in this research project.

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere: 

Oppgavenr: MSA7

Tittel: Ulovlig deponering av bygge og anleggsavfall.

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:
Hvert år produseres den store mengder bygge og anleggsavfall. Bygge og anleggsavfall skal leveres til godkjent sluttbehandling. Ikke forurensede tunge byggematerialer kan brukes til ulike former for oppfylling. Det er store penger å spare på å levere forurensede masser som «rene» masser. Men er alt som brukes til oppfylling rene masser?

Kort beskrivelse av oppgaven:

Vi søker en eller flere motiverte studenter som ønsker å delta prosjektet. Oppgaven går ut på å beskrive systemet for bygge- og anleggsavfall, samt mulige avvik. Det kan være aktuelt med noe reisevirksomhet og prøvetaking.

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

Politiet, Prosjekt Norge m.fl.

Oppgavenr: MSA8

Tittel: Materialkvalitet i byggeprosjekter.

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:
Det er stor byggeaktivitet i Norge, og mange store prosjekter. Men oppfyller alle byggematerialer/komponenter de spesifiserte kravene. Er vinduene av forventet/avtalt kvalitet (farge, holdbarhet, materialvalg, giftige stoffer og/eller U-verdi)? Er betongen av forventet kvalitet? Er armeringen av forventet kvalitet (mengde eller kvalitet)?

Kort beskrivelse av oppgaven:

Vi søker en eller flere motiverte studenter som ønsker å delta prosjektet. Oppgaven går ut på å beskrive systemet for bygge- og anleggsavfall, samt mulige avvik. Det kan være aktuelt med noe reisevirksomhet og prøvetaking.

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

Politiet, Prosjekt Norge m.fl.

Oppgavenr: MSA9

Tittel: Circular economy – CIRCULUS #1

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:

Traditional recycling of construction and demolition waste (CDW) typically involves mechanical crushing on site followed by recycling or down-cycling of material in a recycling facility. Alternatively, material are directly landfilled or used as fill material on-site. The Circulus project aim to develop innovative solutions for high value use in recycling of concrete. High voltage pulse system are tested alternatively to traditional demolition techniques and new recipes of concrete are being developed allowing for more use of recycled aggregates in CDW. This thesis will aim to investigate both environmental and economic impact of these innovative methods, using life cycle assessment (LCA) and life cycle costing (LCC). The thesis will use similar methodology as Di Maria et al (2018)[1].

[1] A. Di Maria et al. Downcycling versus recycling of construction and demolition waste: Combining LCA and LCC to support sustainable policy making Waste management. Waste Management 75 (2018) 3–21

Kort beskrivelse av oppgaven:

The project task will identify all relevant attributes of the innovative recycling techniques using available literature and through interviews with the project participants of Circulus. The master thesis will quantitatively calculate economic and environmental impact and will based on the results suggest feasible alternatives for sustainable recycling. LCA software as SimaPro and One Click LCA will be available for the task. 

Antall studenter på oppgaven: 1-2

 Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

IØT v Professor Ottar Michelsen, the Circulus project

Oppgavenr: MSA10

Tittel: Circular economy – CIRCULUS #2

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:

The Norwegian building industry produces 3 million tonnes of construction and demolition waste annually, whereof the concrete fraction represent 1 million tonnes.  73% of this are disposed in landfill, 22% are used as fill mass and only 5% are material recycled. Intuitively, it may be environmental beneficial to allow for more reuse or recycling of concrete in new materials. However, according to Yazdanbakhsh et al. (2018)[1] and Ebenhardt et al. (2019)[2] there are also significant environmental impact connected to the recycling and transport that should be assessed when addressing beneficial concrete reuse value chains. This thesis will investigate beneficial use of concrete waste from a builder’s perspective using a typical demolition project as a case. Use for local alternatives for terrain landscaping for foundation purposes (including effect of carbonization) will be evaluated against various recycling and reuse alternatives. Based on quantifying GHG emissions for the case will be scaled up to national scale to give policy recommendations.

[1] A. Yazdanbakhsh et al. Comparative LCA of concrete with natural and recycled coarse aggregate in the New York City area. Int J Life Cycle Assess (2018) 23:1163–1173

[2] L. Ebenhardt et al. Life cycle assessment of a Danish office building designed for disassembly. Building and reserach & Information 47:6, (2019) 666-680

Kort beskrivelse av oppgaven:

The project task will mainly focus on qualitatively addressing different material flow pathways for recycling and subsequent impacts. The thesis will quantitatively assess impact using LCA software as SimaPro and One Click LCA.  Best available technology data will generated through contact with Circulus the project.

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

IØT v Professor Ottar Michelsen, the Circulus project

Oppgavenr: MSA11

Tittel: Alternative binders for improvement of soft soils 

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:

In Norway, a considerable part of future infrastructure projects will be carried out in areas where soft soil deposits such as peats or quick clays are encountered, including InterCity Sandbukta-Moss-Såstad and E6 Kvithammar-Åsen. The most common ground improvement method for these challenging soils is dry deep mixing in which lime, cement or a mixture of both is added to the soil to improve its strength and deformation properties. These stabilisation works can significantly contribute to the environmental impact of infrastructure projects. For instance, at the E6 Klett project 26% of the overall carbon dioxide (CO₂) emissions can be related to ground improvement works (Juvik et al. 2019). Nowadays, there is an increasing focus on reducing greenhouse gas emissions during the development of construction and infrastructure projects. For example, Statens vegvesen and Bane NOR aim to reduce the greenhouse gas emissions of their construction projects by 40% in 2030. This implies that there is an urgent need to develop more sustainable alternative methods to stabilise typical Norwegian soils. 

While most research aimed at optimising the content of typical binders such as lime and cement, there is a lack of studies that investigated alternative materials. The purpose of this project and master studies will be to investigate the feasibility of using more sustainable materials such as biochar, zinc slag, ladle furnace slug and biomass ashes, for example, to improve the geotechnical properties of sensitive clays and peat. 

Kort beskrivelse av oppgaven:

The main tasks of this project will be to conduct a laboratory study to understand the effects of mixing these alternative materials into soils and binder/soil mixtures. First, this will involve characterising the chemical and physical properties of these alternative materials. Second, different mixtures of the alternative materials, binder and soil will be prepared and typical geotechnical properties (e.g. shrinkage limit tests, plasticity limit tests, pH and unconfined compressive strength (UCS) tests) will be quantified. Third, different performances of these mixtures will be analysed by studying their microstructure and chemical composition using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray powder diffraction tests. Finally, a LCA-analysis will be carried out to evaluate the sustainability of using these alternative materials to improve soils.

Soil samples, binders and alternative materials will be provided. The laboratory work will be carried out at NTNU Geotechnics Laboratory and other relevant laboratories in Gløshaugen campus might be also suggested.

Antall studenter på oppgaven: 1-4

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

NGI, Priscilla Paniagua and Stefan Ritter 

Oppgavenr: MSA12

Tittel: Reusing tunnel muck – the impact of the tunnelling method

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:

An important aspect when assessing the sustainability of a tunnelling project is to consider different excavation methods (i.e. TBM and drill and blast). However, the impact of these methods on the potential to reuse tunnel muck including fill material and concrete aggregate has often received scant attention. This work aims to overcome this shortcoming by studying the influence of different tunnelling methods on the quantity and quality of the produced muck. 

Kort beskrivelse av oppgaven:

The methodological approach will be based on a life-cycle assessment which replicates the entire tunnelling process starting with the excavation at the tunnel face and a potential reuse of the excavated material. This will consider the volume of produced tunnel muck, which likely changes with the used tunnelling method, the requirement for mineral processing and the need for landfill. Typical parameters that will be quantified include embedded energy, greenhouse gas emissions and economic costs. The procedure will be applied to a tunnelling project in Norway. This investigation will provide an opportunity to incorporate the reuse of tunnel muck when deciding about the most sustainable tunnelling method.

Data from ongoing tunnelling project

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

NGI, Priscilla Paniagua and Stefan Ritter 

Oppgavenr: MSA13

Tittel: Smart og bærekraftig eiendomsforvaltning

Tilknyttede emner: TBA4171 - Bygnings- og materialteknikk, videregående kurs

Bakgrunn:

Bærum kommune disponerer en stor og variert eiendomsmasse til ulike formål. Eiendomsmassen er variert med hensyn til lokalisering, størrelse, alder, bruksområde, brukere, energiforbruk og tilstand. Det er til dels et betydelig etterslep på vedlikehold, samtidig som det store endringer i behov for bygg, m.a.o økt behov for fleksibilitet i bruken av bygningsmassen. Det er derfor et enormt miljømessig og samfunnsøkonomisk potensiale i å optimalisere forvaltningen av eiendommene både med hensyn på bærekraft og økonomi. «Det koster og investere, men det koster enda mer og ikke ha tilstrekkelig vedlikehold, for så å sette bygningene opp igjen». Utfordringen for kommunen er i betydelig grad knyttet til eksisterende bygningsmasse, og hvordan kommunen skal drifte og vedlikeholde bygningsmasse på en smart måte.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Prosjekt og master arbeidet innen Smart og bærekraftig eiendomsforvaltning, skal sammen med PhD student Oskar Fahklsted se helhetlig på kommunens eiendomsportefølje, og tilstanden til denne, både med hensyn til klima og økonomi. 

Antall studenter på oppgaven: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: rolf.bohne@ntnu.no

Eksterne samarbeidspartnere:

Ekstern samarbeidspartner: Bærum kommune.

Temaområde Bygningsakustikk

Oppgave nr: AK1

Tittel: Flanketransmisjon i bindingsverk-konstruksjoner

Bakgrunn for oppgaven:

Det er ønske om å utvikle løsninger for bindingsverk-konstruksjoner som kan benyttes i leilighetsbygg høyere enn fire etasjer. Dette innebærer at byggets avstiving må endres/forsterkes, noe som kan ha stor innflytelse på lydtransmisjonen vertikalt. Utfordringen gjelder både overføring av luftlyd og trinnlyd.  

Kort beskrivelse av oppgaven:

Oppgaven går ut på å vurdere konstruktive prinsipp-løsninger og vurdere hvilke verktøy som må eller bør benyttes for å få mer kunnskap om vibrasjonsoverføringen. Oppgave går ut på å utarbeide en "state-of-the-art", vurdere muligheter for eksperimentelle forsøk og beregningsmodeller. Dersom relevant måleobjekt er tilgjengelig er det aktuelt å gjennomføre målinger i bygg eller i mockup. Arbeidet knyttes til forsk­nings­prosjektet BV2020 og dette gir også mulighet for publisering. Egnet for videreføring i master-oppgave.

Antall studenter: 1-2
Kontaktperson ved IBAT: Anders Homb, NTNU Institutt for bygg- og miljøteknikk/SINTEF 

Oppgave nr: AK2

Tittel: Etasjeskiller med massivtre

Bakgrunn for oppgaven:

Oppføring av bygg med massivtre (Kl-tre) har blitt attraktivt, spesielt for bygningskategoriene studentboliger, skoler og barnehager. Men i alle bygningskategoriene må lydisolasjonskrav tilfredsstilles og det er også spørsmål om hva som er optimale løsninger i forhold til klimaregnskap, byggehøyde og spennvidder.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Oppgaven går ut på å se på løsninger som kombinerer massivtre med betong, grus eller leire både med teoretiske beregninger og eksperimentelt. Arbeidet må omfatte en innhenting av til-gjengelige data og utvikle beregningsverktøy ved hjelp av delta-akustiske metoder. Ved videreføring til masteroppgave inkluderes også målinger i felt, både med hensyn til lydisolasjon og vibrasjoner (for komforthensyn). Det er økende interesse for denne typen elementproduksjon av golvkonstruksjoner og prosjekt opp mot bransjebedrifter er derfor aktuelt.

Antall studenter: 1-2

Kontaktperson ved IBAT: Anders Homb, NTNU Institutt for bygg- og miljøteknikk/SINTEF Byggforsk

Oppgave nr: AK3

Tittel: Støy i svømme- og badeanlegg 

Bakgrunn for oppgaven:

Støy i svømme- og badeanlegg er en betydelig utfordring, både helse- og sikkerhetsmessig for de som arbeider der og opplevelsesmessig for brukerne. I lydklassestandarden NS 8175 finnes det også normative grenseverdier som skal tilfredsstilles i nye bygg, men dette blir i stor grad oversett og det er lite erfaringsdata å finne fra slike typer rom. Støyutfordringene er knyttet til tre hovedkilder: Vannstrømningslyder, støy fra tekniske installasjoner og støy fra brukerne. 

Kort beskrivelse av oppgaven:

Oppgaven går ut på å studere støy fra vannstrømming både teoretisk, eksperimentelt og eventuelt ved erfaringsinnhenting. Både for prosjekt- eller masteroppgave vil det være mulig å gjennomføre målinger i ett eller flere anlegg med spesielt fokus på støy fra vannstrømning. Oppgaven(e) kan også vinkles mot utprøving av mulige forbedringstiltak. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med SIAT ved NTNU (Senter for Idrettsanlegg og Teknologi). 

Antall studenter: 1

Kontaktperson ved IBAT: Anders Homb, NTNU Institutt for bygg- og miljøteknikk/SINTEF Byggforsk og Bjørn Aas ved SIAT

Oppgave nr: AK4

Tittel: Lydabsorbenter for lave frekvenser

Bakgrunn for oppgaven:

Krav til universell utforming innebærer at man må ivareta lydforhold i en rekke nye bygnings­kate­gorier og bruksområder i forhold til tidligere. Lydklassestandarden NS 8175 gir normative krav til etterklangstid og lydabsorpsjon som det viser seg er vanskelig å tilfredsstille ved lavere frekvenser.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Oppgaven er en videreføring av et arbeid med utvikling av en Helmholz-basert absorbent for lave og midlere frekvenser. Arbeidet omhandler teoretisk optimalisering av løsningen, bygging av prototyp i samarbeid med bedrift og gjennomføring av målinger. Ved videreføring i Masteroppgave vil det være aktuelt å designe en gymsal/idrettshall hvor utviklet lavfrekvent-absorbent integreres som en del av løsningen for å oppnås gode rom­akustiske forhold. Hvis mulig gjennomføres dette i tilknytning til et byggeprosjekt og eventuelt målinger i ferdig rom.

Antall studenter: 1
Kontaktperson ved IBAT: Anders Homb, NTNU Institutt for bygg- og miljøteknikk/SINTEF Byggforsk

Temaområde: Brannteknikk

Oppgave nr: BRANN1

Tittel: Brannstrategi for svømmehall

Bakgrunn: 

Svømmehaller er komplekse bygninger med mye prosessutstyr, både trykksatte systemer og systemer inneholdende kjemikalier som vil kunne ha helse- og miljøfare knyttet til seg dersom feil skulle oppstå. Samtidig er svømmehaller en type idrettsbygg der flere ulike brukergrupper er tilstede:

• Teknisk drift og badevakter
• Kommersielt personell (billettskranke, butikk, kafé)
• Idrettsutøvere som er regelmessige brukere
• Publikum i alle kategorier, mer eller mindre kjent i anlegget

Norske svømmehaller har svært høye byggekostnader sammenlignet med tilsvarende anlegg i våre naboland. Areal i svømmehall kan enkelt kategoriseres i tre grupper:

• Våt sone, dvs svømmehall og dusj
• Tørr sone, dvs garderober, gangareal, kafe, vestibyle etc
• Teknisk sone (kjeller under svømmehall med tilligende arealer)

Ulike soner har forskjellig klima (temperatur, relativ fuktighet) og ulike korrosjonsrisiki knyttet til fukt og kloridinnhold i luft og vann.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Oppgaven omfatter utvikling av en brannstrategi for svømmehaller basert på ulike kategorier/størrelser. Brannstrategien skal drøfte risiko knyttet til ulike utfall av hendelser i ulike deler av anlegget. Videre skal det drøfte aktive og passive tiltak for å oppnå tilstrekkelig sikkerhetsnivå i de ulike arealene. Eksempelvis bør det gjøres en vurdering av avdamping fra basseng og våte flater i en brannsituasjon i svømmehallen, og i hvilken grad dette kan hemme brannforløpet.

Bruk av vanntåke som slokkemiddel i avgrensede arealer bør vurderes som alternativ til andre aktive eller passive brannsikringstiltak.

Oppgaven løses ved kartlegging av et utvalg anlegg i Midt-Norge, avhengig av kandidatens mobilitet. Andre regioner kan velges dersom det er hensiktsmessig. Samarbeid med eiere av svømmehaller vil være en viktig del av arbeidet.

Antall studenter på oppgaven:

Det kan gjerne være to studenter på denne oppgaven, men det er ingen betingelse.

Kontaktperson ved IBM:

Senter for Idrettsanlegg og Teknologi: Bjørn Aas (bjorn.aas@ntnu.no)

Oppgave nr: BRANN2

Tittel: Kartlegging av brannskiller i svømmehall

Bakgrunn:

Svømmehaller er komplekse bygninger med mye prosessutstyr, både roterende utstyr, trykksatte systemer og systemer inneholdende kjemikalier som vil kunne ha helse- og miljøfare knyttet til seg dersom feil skulle oppstå. Bestemmelse av brannseksjonering er nært knyttet til driftstekniske forhold, og faktisk brannenergi som kan frigjøres i de ulike areal. Svømmehaller bygges gjerne som store åpne volum, og møter dermed arealgrenser som betinger seksjonering eller aktiv sikring i form av sprinkleranlegg e.l.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Oppgaven skal spesielt se på brannskille som dannes mellom svømmehall og underliggende teknisk kjeller. Denne etasjeskilleren er normalt et betongdekke med god brannmotstand. Nyere anlegg utføres nå i økende grad med basseng i stål og da vil etasjeskilleren i praksis være begrenset til en tynnplatekonstruksjon mellom basseng og betongdekke. Ved normal bruk er bassenget fylt med vann og overløpsrennen som danner etasjeskilleren er også vannfylt. Det er behov for en brannteknisk analyse av denne detaljen ut fra flere ståsted:

• Hvor mye brannenergi kan frigjøres i underliggende teknisk kjeller?
• Vil vannet i basseng og overløpsrenne begrense brannsmitte gjennom etasjeskille?
• Kan teknisk kjeller seksjoneres for å redusere samlet brannbelastning?
• Må det være en brannstrategi for tørt, tomt bygg og en annen for bygg under bruk, med vann i bassenget?
• I teknisk kjeller er alle større rør vannfylte, og normalt utført i PVC eller PE. Hva betyr det for risikovurdering?

Antall studenter: 

Det kan gjerne være to studenter på denne oppgaven, men det er ingen betingelse.

Kontaktperson ved IBM: 

Senter for Idrettsanlegg og Teknologi: Bjørn Aas (bjorn.aas@ntnu.no)

Oppgave nr: BRANN3

Tittel: Optimal styring av mekanisk ventilasjon ved brann i tunnel

Bakgrunn:

Vegtilsynet er Samferdselsdepartementet sin fagenhet som skal føre tilsyn med at krav om sikkerhet knyttet til riksveginfrastrukturen er ivaretatt av Statens vegvesen og Nye Veier AS. Vegtilsynet ønsker mer kunnskap og forskning innenfor temaet «sikkerhet i tunnel».

Katastrofepotensialet ved brann i tunnel er stort, noe som flere store tunnelbranner i Norge de siste årene har vist. Avstandene i landet er store, og det er forskjell på tilgjengelige redningsetater både med tanke på utstyr og kompetanse til å håndtere en stor hendelse i tunnelene. Sikkerheten i tunnelene er derfor i stor grad basert på selvredningsprinsippet, og at en ikke kan forvente å få hjelp fra nødetater.

Tunnelsikkerhetsforskriften (vedlegg 1 punkt 2.9) setter krav til ventilasjonssystem i alle tunneler som er lengre enn 1.000 meter med et større trafikkvolum enn 2.000 kjøretøy per kjørefelt. Det er vanlig at ventilasjonsluften går i samme løp som trafikken. Ved brann i tunnel vil ventilasjonen starte så snart brannen er varslet. I tiden fram til brannvesen er klar til innsats, er det viktig at røykspredningen og branneskaleringen er så liten så mulig for å sikre at trafikantene i tunnelen kan evakuere (selvredning). Når brannvesenet er klar til innsats, må ventilasjonen sikre at de har mulighet til å utføre innsats i tunnelen så raskt som mulig. Se kap. 5.1 Risikoanalyse av brann i tunnel (delrapport til nasjonalt risikobilde 2014). 

Kort beskrivelse av oppgaven:

Hensikten med oppgaven er å undersøke hva som er den optimale styringen av eksisterende ventilasjonssystem i de ulike fasene av en tunnelbrann for å sikre selvredning.

Metode:

1. Kartlegge relevant forskning innenfor temaet.
2. Simulering av brann i tunnel og evakuering med ulike ventilasjonshastigheter i de ulike fasene av brannen. Hensikten er å finne den optimale styringen av ventilasjonen for å sikre selvredning og innsats fra brannvesen.

Vegtilsynet vil bidra med å spisse og avgrense oppgaven.

Antall studenter: 

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Vegtilsynet

Oppgave nr: BRANN4

Tittel: Optimal sikkerhetsutrustning i tunnel for brannslokking og selvredning ved brann

Bakgrunn:

Vegtilsynet er Samferdselsdepartementet sin fagenhet som skal føre tilsyn med at krav om sikkerhet knyttet til riksveginfrastrukturen er ivaretatt av Statens vegvesen og Nye Veier AS. Vegtilsynet ønsker mer kunnskap og forskning innenfor temaet «sikkerhet i tunnel».

Katastrofepotensialet ved brann i tunnel er stort, noe som flere store tunnelbranner i Norge de siste årene har vist. Avstandene i landet er store, og det er forskjell på tilgjengelige redningsetater både med tanke på utstyr og kompetanse til å håndtere en stor hendelse i tunnelene. Sikkerheten i tunnelene er derfor i stor grad basert på selvredningsprinsippet, og at en ikke kan forvente å få hjelp fra nødetater.

I dag er krav til sikkerhetsutrustning i tunnel forankret i tunnelsikkerhetsforskriften. Forskriften kan i noen tilfeller være lite detaljert i sine formuleringer. Et eksempel på dette finner vi i forskriftens vedlegg 1 pkt. 2.10 Nødstasjoner. Her står det:

2.10.1. Hensikten med nødstasjoner er å stille forskjellig sikkerhetsutstyr til rådighet, særlig nødtelefoner og brannslokkingsapparater, men ikke å beskytte trafikantene mot virkningen av brann.

2.10.2. Nødstasjoner kan bestå av et skap på tunnelens sidevegg eller helst en nisje i veggen. De skal minst være utstyrt med en nødtelefon og to brannslokkingsapparater. Dagens praksis er at det er brukt brannslokkingsapparater ABC, 2 stk pr nødstasjon. 

Kort beskrivelse av oppgaven:

Undersøkelsen av flere av de siste tunnelbrannene viser til at motorhavari og høy varmeutvikling er årsak til at branner oppstår. Det er ønskelig å se på om sikkerhetsutrustningen i tunnelen per i dag er optimal med tanke på brannslokking og evakuering. Målet med oppgaven er å identifisere det beste slokkeutstyret for tunnel. å undersøke hvilken effekt nødutstyret som finnes i tunneler i dag har for selvredning, og undersøke hvilke utstyr som kunne hatt positiv effekt for selvredning og effekt/kostnader om tunneler kjøretøy ble utrustet med disse.

Metode

1. Simuleringer og test av slokkeeffekt for ulikt slokkeutstyr.
2. Test/vurdering av levetid/kostnad for ulikt slokkeutstyr i tunnel.
3. Oversikt over hvilke utstyr som finnes i tunneler i dag, og hvilken effekt det har for selvredning.
4. Kartlegging av hvilke utstyr som ville kunne fremme mulighetene til å overleve en tunnelbrann, og effekt/kostnader ved å utruste tunnel/kjøretøy med disse.

Vegtilsynet vil bidra med å spisse og avgrense oppgaven.

Antall studenter: 

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Vegtilsynet

Oppgave nr: BRANN5

Title: Energy storage in buildings

Background:

With the growing demand for electric power and the suggested shift in charging by  consumption of electric power instead of just charging by consumption of energy there will be incentives for storing energy in buildings to level out the power consumption during the day. 

Short description:

Energy can be stored in several ways and the intention of this assignment is to map out as many relevant methods of energy storage in buildings and compare them with respect to the following topics:

  -Fire safety

  -Storage capacity/cost

  -Feasibility for new buildings and/or retrofitting

Examples on energy storage that can be assessed: Batteries, hydrogen, heat, flywheel, pressure, potential energy etc. 

The study will be a part of the FRIC Fire Research and Innovation Centre, and a key element in the centre is communication of the research findings. The candidate will therefore be invited to participate and/or present their work in relevant seminars and conferences national or internationally. The project will be linked to the FRIC project Building integrated smart technology.

Number of students: 

Contactperson at IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

External collaboration partner: RISE Fire Research

Oppgave nr: BRANN6

Title: Smouldering fires – experimental study

Background:

Smouldering fires (fires with no flames) represent significant risks to dwellings, industry, and wildlands. These risks are associated with toxic emissions and degradation of materials, structures, and landscapes.  Further risks are connected to the ability of smouldering fires to induce flaming fires and explosions. Smouldering, transition to flaming and explosions are challenging for domestic fire safety, for industry and fire departments. In our homes, the hazard is linked to incidents ignition of furniture, electrical appliances or other household items, and industrially the hazard is linked to incidents in for example grain elevators, silos containing sawdust and wood pellets. 

Short description:

The objective of the project is to perform an experimental study of self-sustained smouldering in materials such as wood pellets, combustible building insulation etc, to study how changes in parameters such as degree of cooling, air inlet, size of the fuel bed etc affect the smouldering behavior. The study will also include analysis of the results and placing the findings into a larger context. This will be based on insight into the smoldering phenomenon gained from relevant scientific literature. The work will be closely linked to ongoing numerical work conducted at RISE Fire Research, and the candidate will get the opportunity to directly see how the experimental work is used for validation of the numerical work. The student should have interest in experimental work, research methodology and fire dynamics.

The study will be a part of the FRIC Fire Research and Innovation Centre, and a key element in the centre is communication of the research findings. The candidate will therefore be invited to participate and/or present their work in relevant seminars and conferences national or internationally.  The project will be linked to the FRIC project Smouldering: Effects of cooling.

Number of students: 

Contactperson at IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

External collaboration partner: RISE Fire Research

Oppgave nr: BRANN7

Tittel: Bruk av brannforskning i brannprosjektering

Bakgrunn: 

Det utføres mye brannforskning nasjonalt og internasjonalt.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Hvordan kan slik forskning benyttes i brannteknisk prosjekter, og hvordan kan bransjen ta steget fra akademiske forskningsresultater til dokumenterbare løsninger i byggebransjen. Hvilke usikkerheter representerer det å benytte brannforskning? Hva må vurderes når forskning benyttes? Hvilke områder av brann utføres det for lite forskning på? Oppgaven vil utformes og spesifiseres nærmere i samarbeid med Multiconsult.

Antall studenter på oppgaven:

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Multiconsult

Oppgave nr: BRANN8

Tittel: Brannteknisk utforming av skolebygg

Bakgrunn: 

Dagen preaksepterte ytelser i veiledning til teknisk forskrift samsvarer svært sjelden med måte nye norsk skolebygg utføres i dag.

Kort beskrivelse av oppgaven:

En gjennomgang av regler for skolebygg bør utføres og betydning av preaksepterte ytelser vs. moderne byggeskikk og arkitektonisk utforming. Oppgaven vil utformes og spesifiseres nærmere i samarbeid med Multiconsult.

Antall studenter på oppgaven:

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Multiconsult

Oppgave nr: BRANN9

Tittel: Redning ved brann

Bakgrunn: 

Dagens byggeforskrift angir at byggverk skal tilrettelegges for rømning og redning. Forskriften angir mange spesifikke krav for å tilrettelegge for rømning, men hvordan skal det tilrettelegges for redning? Hvordan gjennomføres redning i ulike objekter? Hva kan ansvarlig for brannprosjektering kreve at lokal beredskap har ivaretatt? Hvilken kapasitet har brannvesenet i Norge? Er det stor forskjell? Hva er betydning av at man maksimalt kan forvente redning inntil 23 m regel i bolig? Kan redning erstatte rømningsveier i større grad enn det regelverket oppfyller i dag?

Krav til redning har i mange år vært like, mens brannkrav til tekniske tiltak i byggverket har økt uten at krav til redning har blitt justert.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Oppgaven kan være en undersøkelse/studie. Den kan også være vinklet som en risikoanalyse av løsninger som er i dagens regelverk. Oppgaven vil utformes og spesifiseres nærmere i samarbeid med Multiconsult.

Antall studenter på oppgaven:

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Multiconsult

Oppgave nr: BRANN10

Tittel: Brannvegg

Bakgrunn: 

I Norge er det et branntekniske krav mellom ulike byggverk på ulike eiendommer. Kort oppsummert er det slik at dersom byggverket er mer enn 8,0 m fra nabobyggverk, så er det ikke noen særskilte brannkrav (med unntak av høyrisikoobjekter). Dersom byggene er nærmere enn 8,0 m, så er brannkravet REI120-M, som medfører betongvegg. Dette kravet er likt om det er snakk om 7,5 m eller 0 m mellom byggverkene og helt uavhengig av andre branntekniske tiltak. Ser man historisk på dette kravet, så har dette vært et krav som kommer er så langt tilbake som slutten av 1800/starten av 1900-tallet.

I dag er det strenge kvalitetskrav i bygninger. Dette går på arkitektur, materialbruk og dagslys. Fortetning er også et voksende problem.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Hvordan kan vi med dagens moderne løsninger oppnå tilsvarende brannsikkerhet mellom byggverk som det en brannvegg gir? Kan vi basere oss på aktive brannsikringstiltak? Kan fasadesprinkler benyttes og hvordan bør dette eventuelt dimensjoneres?
Er det nyanser mellom ca. 8 m og ca. 0 m? Hvilke forhold er avgjørende å vurdere når man skal sikre mot brannspredning mellom byggverk? Hvilke brannscenarier bør alltid vurderes? Må brannveggen være i betong? Hvilke regler gjelder i andre land som vi pleier å sammenligne oss med?

Oppgaven kan være en regelverkstudie, gjerne med historisk perspektiv. Nye metoder og mulige fremtidige løsninger. Kan om mulig kombineres med tester eller analyser. Oppgaven vil utformes og spesifiseres nærmere i samarbeid med Multiconsult.

Antall studenter på oppgaven:

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Multiconsult

Oppgave nr: BRANN11

Tittel: Konstruksjoners ytelse ved brann

Bakgrunn: 

Masteroppgave som knytter seg til bruk av ISO 24679 - Fire Safety engineering - Performance of structures in fire i forbindelse med brannteknisk prosjektering. Tradisjonelt så fastsettes branntekniske krav til bæresystem ut fra preaksepterte løsninger og tabellverdier. Denne standarden åpner for mulighet til å basere oppfyllelse av branntekniske ytelser på analyser. Standarden åpner opp for hvordan dette kan utføres.

Kort beskrivelse av oppgaven:

En masteroppgave kan være en litteraturstudie der standarden er nærmere vurdert, med tilhørende litteratur samt en case der man benytter standarden. Fag og interesse innenfor konstruksjonsanalyse er en fordel. Oppgaven vil utformes og spesifiseres nærmere i samarbeid med Multiconsult.

Antall studenter på oppgaven:

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Multiconsult

Oppgave nr: BRANN12

Tittel: Bærekraftig brannprosjektering

Bakgrunn: 

Bærekraft og miljø er ved siden av digitalisering noe av det absolutt viktigste utviklingen for bygge- og anleggsbransjen. Mye av det som knytter seg til bærekraft og miljø knytter seg til valg av materialer. Mengde materialer, ombruk, type etc. Brannteknikk som fag er i utgangspunktet et materialet nøytralt fag. Hvordan kan brannprosjektering bidra til at man oppnår gode bærekraftige løsninger i prosjekt?

Kort beskrivelse av oppgaven:

Hvor viktig er bærekraft og miljø sammenlignet med de branntekniske kriteriene for sikkert; personsikkerhet, verdisikkerhet, samfunnssikkerhet, sikkerhet for brann- og redningsmannskap? Kan sikkerhetsmarginer innenfor brann tøyes når man velger bærekraftige og løsninger for miljø? Oppgaven vil utformes og spesifiseres nærmere i samarbeid med Multiconsult.

Antall studenter på oppgaven:

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Multiconsult

Oppgave nr: BRANN13

Tittel: Systemer for røykkontroll i store åpne arealer

Bakgrunn: 

Tradisjonelt i Norge har røykventilasjon av atrier, haller og andre større arealer blitt løst med termisk røykventilasjon i form av luker. I andre land har man annen tradisjon for hvordan røykventilasjon kan løses. I dagens marked der man stadig ser mer åpenhet og spennende arkitektur, så vil det være behov for å benytte andre løsninger enn de mest tradisjonelle.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Et fordypningsprosjekt der man utfører litteraturstudie på ulike måter og sikre større volum med røykventilasjon, med påfølgende masteroppgave der man går i dybden og benytter CFD til å kartlegge effektivitet av tradisjonelle løsninger samt nyere løsninger. Interesse og opplæring innfor CFD er nødvendig. Oppgaven vil utformes og spesifiseres nærmere i samarbeid med Multiconsult.

Antall studenter på oppgaven:

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Multiconsult

Oppgave nr: BRANN14

Tittel: Tunnelevakuering

Bakgrunn: 

Katastrofepotensialet ved brann i tunnel er stort, noe som flere store tunnelbranner i Norge de siste årene har vist.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Hvordan ivareta gode nivå for personsikkerhet i tunneler? Dette knytter seg til passasjerer/trafikanter så vel som slokkemannskaper. Hva sier dagens regelverk? Hvor har dagens regelverk svakheter? Hva er kravet i Norge og hva er kravene i land vi liker å sammenligne oss med? Oppgaven vil utformes og spesifiseres nærmere i samarbeid med Multiconsult.

Antall studenter på oppgaven:

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Multiconsult

Oppgave nr: BRANN15

Tittel: Døren - det svakeste leddet

Bakgrunn: 

I brannsammenheng er det alltid en sannsynlighet for at en dør i et brannskille står åpen. Åpen dør muliggjør da rask røykspredning ved brann. I brannsammenheng er det også en risiko for at døren ikke åpner seg slik at personer kan komme seg ut av døren og i sikkerhet. Dører i bygninger skal ivareta veldig mange funksjoner og krav. Krav til sikkerhet mot innbrudd, krav til brannmotstand og tetthet, krav til varmeisolering, krav til lydisolering, krav til åpningsbredde og funksjon, krav til rømningsvei, krav til levetid og kvalitet, krav til brukervennlighet og overvåking mm. I nyere tid har det også kommet krav til universell utforming og åpningskraft for dører. Dører med tilhørende beslag og teknikk medfører store kostnader i et bygg. Det er ikke uvanlig at enkeltdører har en kostnad på kr 50.000,-.  Det er også ofte store vedlikeholdskostnader på dører. Det leveres et stort antall dører i de fleste bygg, og det finnes et mange varianter og løsningskombinasjoner. På grunn av kompleksiteten, er branndører også en utfordring med hensyn til gjenbruk, fordi det er vanskelig å dokumentere at de opprinnelige brannegenskapene er intakt.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Det er mange vinklinger og aspekter av dette temaet som man kan velge å fordype seg i. Problematikken kan sorteres, og man kan innledningsvis se litt på krav som stilles i regelverket og hvordan det løses i praksis, samt se på varianter av dører og kombinasjonsløsninger.

Man kan kartlegge erfaringer og eventuelle problemer og utfordringer fra forskjellige typer bygninger (skoler, boliger, sykehus, forsamlingslokaler, butikker, industri). Tema som kan undersøkes er

• Hvilke krav stilles til dokumentasjon for branndører?
• Hvilke problemer møter man, hvilke kompromisser må man gjøre, og hvilken konsekvens kan disse ha?
• Varianter av løsninger, gjerne i forskjellige land
• Hvor kritisk er døren for brannsikkerheten i en bygning sett i forhold til andre faktorer?
• Tar regelverket høyde for det?
• Hvilken innvirkning har kravene til universell utforming for brannsikkerheten?
• Bærekraft: Hvor lang levetid har en branndør, hvor mye vedlikehold og ressurser krever den i løpet av levetiden? Hva skal til for at en branndør kan gjenbrukes?
• Etter at det ble innført et felles europeisk standardsystem for over 20 år siden er det fortsatt ikke enighet om en felles europeisk produktstandard for brannklassifiserte innvendige dører. Hvorfor er det slik?

Antall studenter på oppgaven: Om ønskelig kan to studenter gjerne samarbeide om oppgaven.

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Norconsult

Oppgave nr: BRANN16

Tittel: Tilgang til slokkevann for brannvesenet – Er det et problem?

Bakgrunn: 

Regelverket knyttet til slokkevann og etablering av brannkummer har endret seg noe i senere tid. Det er også registrert et litt varierende fokus og litt ulik praksis med hensyn til hvordan dette er håndtert i Norge. I enkelte kommuner er det nå etablert en praksis som tilsier en vesentlig innskjerpelse med påfølgende store økonomiske og praktiske konsekvenser. Det er mange steder store begrensninger og usikkerhet i det kommunale vannettet. Innsatstiden til brannvesenet er også varierende.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Målet med oppgaven er å sortere informasjon og oppsummere hva som er problemet med hensyn til tilgang til slokkevann for brannvesenet. Oppgaven kan omfatte følgende aktiviteter:

• Redegjøre for krav som fremkommer i relevant regelverk og hvordan dette har utviklet seg de seneste 50 årene.
• Redegjøre for praktiske konsekvenser og usikkerhet rundt hvordan regelverket praktiseres.
• Redegjøre for reell risiko knyttet til brannsikkerheten.

Antall studenter på oppgaven: En

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Norconsult

Oppgave nr: BRANN17

Tittel: Brannteknisk oppdeling av sykehus og pleieinstitusjoner

Bakgrunn: 

Brannteknisk oppdeling i sykehus er viktig. Det medfører også en del utfordringer med hensyn til kostnader for byggingen og enkelte begrensninger for bruken. Enkelte forhold og tiltak er viktigere og mer avgjørende enn andre. 

Den branntekniske oppdelingen kan gjøres på forskjellige måter, og det kan stilles forskjellige krav til konstruksjonene. I sykehus er det f.eks. krav til brannseksjoneringsvegg for å muliggjøre horisontal evakuering av pasienter. Kravene til denne veggen er i regelverket REIM 120 (bygninger i brannklasse 2 og 3). Kravene til branncellevegger er EI 60, og røykskillene i korridorene skal være E 30. Sykehus og pleieinstitusjoner skal i tillegg ha automatisk brannalarmanlegg og sprinkleranlegg. 

Regelverket setter ikke krav til størrelse på selve branncellen. Det krever at pasientrom skal være egen branncelle, men sier f.eks. lite om hvor mange pasienter det kan være i et pasientrom. Det stiller heller ikke direkte krav til størrelsen på brannseksjonen. 

Korridorene fungerer f.eks. mange steder som kommunikasjonsareal og bruksareal. De er rømningsveier samtidig som de må være ventesoner og oppbevaringssoner for både utstyr og pasienter. Av praktiske årsaker for driften er det nødvendig å inkludere vaktrom med tilhørende funksjoner som en integrert del av korridoren. Dette innebærer at møbler og inventar også blir en naturlig del av korridoren/ rømningsvei.

Kort beskrivelse av oppgaven:

Målet med oppgaven er å undersøke om det kan tallfestes en sammenheng mellom størrelsen på brannseksjonen og størrelsen på branncellene, røyksonene og antall pasienter med bistandsbehov sett i forhold til tilgjengelig pleiepersonale og andre tiltak. Oppgaven kan omfatte følgende aktiviteter:

• Sortere hva regelverket sier og se litt på hvordan det er løst i forskjellige sykehus og pleieinstitusjoner med forskjellig alder og evt. undersøke hvordan sykehusene selv opplever brannsikkerheten.
• Evt. sortere og kategorisere type institusjon innenfor risikoklasse 6. Det finnes mange varianter hvor sikkerheten i mange tilfeller kan være veldig varierende.
• Vurdere sikringstiltak opp mot praktiske behov for sykehusene. Hva er typiske utfordringer, og hva er de sterke og de svake sidene med sikringstiltakene? Sortere og kategorisere tiltakene mht. betydning, kostnad, sårbarhet etc.
• Kan man finne relevante erfaringer i studier av branner? Hva sier regelverket i andre land det er naturlig å sammenligne seg med?
• Litteraturstudie.

Antall studenter på oppgaven: En

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen, anne.steen-hansen@ntnu.no

Ekstern samarbeidspartner: Norconsult

Oppgave nr: BRANN18

Tittel: Trefasader og brannsikkerhet

Bakgrunn: 

I forbindelse med at Direktoratet for byggkvalitet (DiBK) gjennomførte tilsyn med brannhemmende trekledning i 2020, ble det oppdaget at et produkt av brannmalt, royalbehandlet trekledning ikke tilfredsstilte påkrevd brannklassifisering. Det ble også avdekket at brannklassifiseringen til royalbehandlet trekledning uten brannhemmende behandling var langt dårligere enn det som ble oppgitt av produsentene. I ettertid er det kommet frem opplysninger om at ubehandlet trekledning som blir malt eller beiset heller ikke tilfredsstiller kriteriene til påkrevd brannklassifisering.

Det er derfor mye usikkerhet knyttet til brannsikkerheten ved bruk av trevirke i fasader, både for store og små byggverk. Er dagens norske regelverk godt nok på dette området? Utgjør bruk av trekledning på norske fasader en uakseptabel brannrisiko?

Kort beskrivelse av oppgaven:

I denne oppgaven skal bakgrunnen for de preaksepterte ytelsene for utvendig overflate i veiledning til byggteknisk forskrift (VTEK) undersøkes. Det skal gjøres en vurdering av om regelverket er godt nok på dette området, sett i forhold til bruk av trekledning med ulike typer av overflatebehandling og impregnering.

Oppgaven kan omfatte følgende oppgaver:

• Undersøke hvor stort omfanget av trebasert kledning på bygninger er i Norge, hvilke typer av overflatebehandling og impregnering som er i bruk, og i hvilket omfang
• Beskrive og vurdere brannrisiko i forbindelse med utvendige overflater
• Undersøke og beskrive bakgrunnen for dagens preaksepterte ytelser for utvendige overflater gitt i VTEK. Er dagens preaksepterte ytelser annerledes enn i tidligere byggeforskrifter, og har dette betydning for brannsikkerheten?
• Undersøke de branntekniske kravene til utvendig overflate i andre land i Norden. Hvor vanlig er det med trekledning i disse landene?
• Beskrive Royalimpregnert trekledning og bakgrunnen for problemstillingene knyttet til disse produktene
• Beskrive testmetoder for brannteknisk klassifisering av ytterkledning. Er metoder, og klassifiseringskriterier relevante med hensyn til brannrisiko for slike produkter?
• Branntesting av relevante produkter, f.eks. som takbelegg, eller i småskala test (konkalorimeter?). Hensikten med testene kan være å sammenlikne og vurdere brannegenskapene til trekledning med ulike typer behandling, som maling, beis, impregnering, etc.
• Casestudier av bygninger med ytterkledning av tre.

Hensikten med prosjektoppgaven vil være å få oversikt over dette fagområdet og sette seg inn i de brannfaglige problemstillingene. Prosjektoppgaven skal danne grunnlaget for planlegging av masteroppgaven, der oppgaver som branntesting og casestudier kan inngå.

Antall studenter på oppgaven: Om ønskelig kan to studenter gjerne samarbeide om oppgaven.

Kontaktperson ved IBM: Anne Steen-Hansen anne.steen-hansen@ntnu.no  

Ekstern samarbeidspartner: Multiconsult