Prefab Woningen: Snellere Bouwtijden, Minder Afval en Lagere Ecologische Voetafdruk

Prefab woningen (geprefabriceerde woningen) zijn gespecialiseerde huizen waarbij de componenten off-site in standaardsecties worden geconstrueerd om on-site gemonteerd en afgewerkt te worden. Als alternatieve bouwmethode biedt dit een snellere constructiemethode met minder afval en een minder negatieve ecologische voetafdruk. Prefab woningen kunnen op veel manieren worden aangeduid, waaronder geprefabriceerde huizen, modulaire huizen en modulaire woningen.

De Hong Kongse bouwsector genereert bijvoorbeeld afval tot 40% van de totale stortinname, en prefab constructie als alternatief wordt verwacht dit afval met bijna 85% te reduceren. Het is ook een snellere bouwmethode, zoals bewijst een Chinees bouwbedrijf dat in 2015 een 57-verdiepingen hoge structuur in 19 dagen oprichtte met deze methode [1].

Vanwege de aard van de eisen voor prefab woningen, moeten de gebruikte materialen aan bepaalde criteria voldoen, zoals duurzaamheid en lichtgewicht. Echter, niet elk element van een gebouw hoeft voor prefabricatie in aanmerking te komen. Alleen specifieke componenten die het grootste deel van de constructie en interieurafwerking van een gebouw uitmaken, kunnen worden geprefabriceerd, zoals muren, vloeren, daken, inbouwkasten en planken.

In dit artikel leert u over:

• Wat prefab woningen zijn
• Materialen die in prefab woningen worden gebruikt
• Toekomsttrends van prefab woningen

Wat zijn prefab woningen?

Prefab woningen zijn huizen waarvan de componenten off-site zijn geconstrueerd voordat ze op hun definitieve locatie worden gemonteerd/geïnstalleerd. De fabricage van deze componenten gebeurt in een gecontroleerde omgeving; meestal een fabriek. De drijvende principes achter prefab woningen zijn [2]:

1. Industrialisatie en Massa Productie

Prefab huizen kunnen in massa geproduceerd worden omdat de componenten relatief sneller geconstrueerd kunnen worden dan on-site bouw. Dit zou een verschuiving in de focus en infrastructuur van bouwen betekenen, van het produceren van grondstoffen zoals cement, zand en I-profielen, naar het produceren van modulaire componenten zoals voorgegoten panelen en multiplex.

2. Snelheid en Betaalbaarheid

Prefab huizen zijn goedkoper dan reguliere huizen door de hoeveelheid tijd en inspanning die bespaard wordt vergeleken met traditionele bouw. De verbruikte tijd zit vaker in het maken van de componenten dan in het monteren ervan.

3. Personalisatie en Duurzaamheid

Het ontwerp van prefab woningen vereist dat de componenten op een manier passen die een redelijke mate van personalisatie toelaat. Bovendien moeten de processen die in de constructie en montage worden gebruikt zo min mogelijk milieueffect hebben.

Kortom, de voordelen van prefab huizen zijn:

• relatief lagere totale kosten
• gemakkelijkere kwaliteitscontrole
• snellere en veiligere bouw
• minder afval en waardeterugwinning via demontage in plaats van sloop

De nadelen richten zich op hun verminderde sterkte en stabiliteit, wat een ernstige zorg is in gevallen van natuurrampen en zelfs tijdens het transport van de prefab segmenten van de fabricagelocatie naar de installatielocatie [3].

Materialen gebruikt in prefab huizen

Verschillende materialen worden in prefab huizen gebruikt, zoals beton, hout en metalen [4]. Hier onderzoeken we enkele van deze materialen en hun effectiviteit in gebruik.

Beton

Het gebruik van beton als bouwmateriaal is al goed gedocumenteerd. Echter, het gebruik ervan voor prefab woningen krijgt een andere dimensie aangezien andere overwegingen een rol spelen. Het is mogelijk om stevige structuren met zeer ingewikkelde profielen te bereiken door middel van vormen. Voorgegoten betonnen panelen kunnen ook in grotere hoogbouwconstructies worden gebruikt die de bouwblokken vormen. De materialen zelf kunnen geformuleerd worden om aan bepaalde eisen te voldoen, zoals lichtgewicht (er zijn betonformuleringen die op water kunnen drijven) en weerstand tegen temperatuurschwankingen. Additieven zoals grafene-oxide kunnen aan beton worden toegevoegd om het een duurzamer materiaal te maken.

Hout

Hout is een ander veelgebruikt materiaal in prefab huizen. Het kan as-is worden gebruikt, in de vorm van "zwaar hout", wat verwijst naar kolom- en balkstructuren, of in de vorm van "massa hout", wat verwijst naar het gebruik als paneelsystemen (een combinatie van hout en andere materialen). De brandbestendigheid van hout is vaak een punt van bezorgdheid, maar houtsystemen kunnen zo ontworpen worden dat ze een goede brandbestendigheid hebben door de ablative koollaag die zich vormt bij blootstelling aan vuur. Bamboe is een veelvoorkomend bouwmateriaal dat aangepast kan worden voor gebruik in prefab huizen. Hout kan ook geëngineerd worden tot composieten die goede materiaaleigenschappen hebben, zelfs vergelijkbaar met stalen. Voorbeelden van dergelijke houtmaterialen zijn gekruist gelaagd hout (CLT), gelamineerd gelamineerd hout (GLULAM) en gelamineerd furnierhout (LVL). Ze zijn allemaal essentieel verschillende secties van houtplaten die op een manier aan elkaar gelijmd zijn dat er geen continue vezellijnen zijn voor breukinitiatie of -voortplanting.

Staal

Staal is een veelvoorkomend bouwmateriaal dat gebruikt wordt als ondersteunende frames (I-profielen en kolommen), vloeren en muren voor modulaire gebouwen. Het kan in combinatie met materialen worden gebruikt of als het grootste deel van de bouwmaterialen, zoals in de aanpassing van zeecontainers. Onderzoek suggereert dat staalhuisstructuren zo hoog als tien verdiepingen of meer gebouwd kunnen worden.

Voordelen van staal zijn de relatief lage gewicht-tot-sterkte verhouding, gemakkelijkheid van transport en herbruikbaarheid. Tegenspraak, de nadelen zijn slechte isolatie, minder goede akoestische prestaties, en het feit dat het gebruik van staal voor dit doel het potentiëel uit de hergebruiksketen haalt.

Glas

Glas is een hoogst aanpasbaar materiaal voor diverse bouwfuncties. Verschillende soorten glas worden in de bouw gebruikt, waaronder gehard glas, gelamineerd glas, warmteversterkt glas en draadglas. Glas kan nuttige eigenschappen meebrengen, zoals hoge sterkte, isolatie, chemische bestendigheid en brandbestendigheid. Glas heeft ook een unieke esthetische kwaliteit en is volledig herbruikbaar, een veelvoorkomend thema van prefab huizen.

Gerecycleerde en herwonnen materialen

Herbruikbare materialen omvatten sommige traditionele bouwmaterialen, zoals beton, gipsplaten en staal. Ze omvatten ook andere materialen, zoals cellulose-isolatie, plafondpanelen, kunststoffen, keramische of porseleinen tegels en glasvezelisolatie. Al deze materialen kunnen worden gebruikt om prefab huizen te construeren.

De uitdaging van het gebruik van deze materialen is dat ervan sommige geen constante voorziening hebben en niet betrouwbaar zijn voor consistent gebruik. Sommige van deze materialen kunnen ook giftig of schadelijk zijn voor bewoners op de lange termijn en moeten daarom zorgvuldig bestudeerd worden als ze het doel zouden dienen.

Bijdrage van prefab woningen aan duurzaamheid

Modulaire prefabricatie is bewijzen als een proces met veel duurzame voordelen vergeleken met conventionele benaderingen. Naast de duidelijke aspecten zoals afvalreductie en lagere on-site energieverbruik, spelen talloze factoren hun rol in de duurzaamheid van prefab woningen, met name in de bouwfase. De duurzame prestaties zijn duidelijk gebleken bij het aanpakken van bouwafval, esthetische opties, locatiestoorwaterverbruik en vervuiling.

Om de duurzaamheid van prefab constructie — en bouw in het algemeen — goed te evalueren, moeten alle fasen van het construeren, exploiteren en onderhouden van een gebouw gedurende zijn levenscyclus worden overwogen.

Een studie uit 2019 naar de duurzame prestaties van geprefabriceerde modulaire gebouwen haalde 16 indicatoren op over economische, sociale en milieudimensies om te vergelijken met conventionele bouwprestaties. De resultaten toonden aan dat prefab constructie aanzienlijk minder impact had op het milieu, met name in termen van emissies, energie- en waterverbruik. Prefab constructie vertoonde ook economische voordelen omdat het de hoeveelheid staal, beton en vormwerk die in traditionele bouw werd gebruikt, met respectievelijk 60%, 56% en 77% reduceerde [5].

Hoe additieve manufacturing kan helpen bij het bouwen van prefab huizen

Additieve manufacturing (AM) is meestal beschouwd als een technologie beperkt tot kleine producten die moeilijk op te schalen zijn voor grotere ontwerpen. Nieuwere technologien maken doorbraken niet alleen in het gebruik van AM voor grootschalige ontwerpen, maar ook in het gebruik ervan voor bouw.

De grootste uitdaging is echter het formuleren van een materiaal dat eigenschappen heeft die geschikt zijn voor 3D-printen en dat resulteert in een voldoende stevig gebouw. Cement-gebaseerde materialen, polymeren en metalen zijn enkele van de materialen die gewijzigd kunnen worden voor additieve manufacturing.

Bouw via additieve manufacturing kan de bouwkosten aanzienlijk verlagen omdat het minder afval genereert en minder arbeidsintensief is. Enkele iconische gebouwen zijn al gebouwd met AM-technologie, waaronder een kantoorgebouw in Dubai, een brug in Amsterdam en een hotelgebouw in Manila, onder velen anderen [6].

Toekomsttrends van prefab woningen

Hoewel het hele concept van geprefabriceerde nogal nieuw is, zijn er opwindende nieuwe mogelijkheden in de sector. Wat materialen betreft, worden er meer materialen overwogen, zoals koolstofvezels voor het maken van vezelstructuren en speciale kunststoffen gebruikt voor 3D-printen van grote structuren. Wat uitvoering betreft, worden robotische technieken ontwikkeld die de menselijke inbreng tot een minimum kunnen reduceren en de bouw off-site kunnen voltooien via data van computerprogramma's zoals Building Information Modelling (BIM) [2].