hig.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard-cite-them-right
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • sv-SE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • de-DE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Carbon assessment of a wooden single-family building – A novel deep green design and elaborating on assessment parameters
University of Gävle, Faculty of Engineering and Sustainable Development, Department of Building Engineering, Energy Systems and Sustainability Science, Energy Systems and Building Technology. Högskolan Dalarna.
University of Gävle, Faculty of Engineering and Sustainable Development, Department of Building Engineering, Energy Systems and Sustainability Science, Environmental Science.ORCID iD: 0000-0002-5661-2917
Högskolan Dalarna.
2023 (English)In: Building and Environment, ISSN 0360-1323, E-ISSN 1873-684X, Vol. 233, article id 110093Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

The aim of this study was to investigate how the carbon accounting of a wooden single-family house is affected by (1) decreasing the carbon footprint by changes in building design, (2) differentiating biogenic carbon from fossil carbon and (3) including external benefits beyond the state-of-the-art system boundaries. The motivation of exploring different system boundaries, improved building design and investigating benefits aside of system boundaries rely on the fact of having the “full” picture of GHG emissions of building products. Changes in building design were analyzed by life cycle assessment (LCA) focusing on greenhouse gas (GHG) emissions, while the costs were assessed by using lice cycle cost (LCC). The findings showed that by including positive and negative emissions from the production phase for an improved building design within scenario 4 ‘Cradle to Gate + Biogenic Carbon + D module’ has the lowest embodied GHG emissions when compared to other approaches with −3.5 kg CO2e/m2/y50. Considering the impacts of the whole building, the lowest GHG emissions are within the scenario 8 ‘Cradle to Grave + Biogenic Carbon + D module‘ for the improved building design with −0.7 kg CO2e/m2/y50. The results suggest that a change to sustainable alternatives for building components that makes the whole building to be constructed by wood, could lead to significant reduction of GHG emissions compared to conventional material choices. Economically, testing sustainable solutions, the highlighted results are the construction costs that are almost double higher for CLT elements for the foundation compared to concrete.

Place, publisher, year, edition, pages
Elsevier , 2023. Vol. 233, article id 110093
Keywords [en]
Biogenic carbon, Greenhouse gas (GHG), Life cycle assessment (LCA), Life cycle cost (LCC), Wood
National Category
Civil Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:hig:diva-41234DOI: 10.1016/j.buildenv.2023.110093ISI: 000946735400001Scopus ID: 2-s2.0-85150344074OAI: oai:DiVA.org:hig-41234DiVA, id: diva2:1745945
Available from: 2023-03-27 Created: 2023-03-27 Last updated: 2024-04-02Bibliographically approved
In thesis
1. Whole Life Carbon Assessment and Life Cycle Cost Analysis of a Single-family Building
Open this publication in new window or tab >>Whole Life Carbon Assessment and Life Cycle Cost Analysis of a Single-family Building
2024 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The building sector is responsible for 34% of final energy consumption and contributes to 37% of global CO2 emissions. In alignment with sustainability goals, the European Union has set a target to reduce CO2 emissions in the building sector by up to 90% by 2050. Consequently, there is a great need to examine the climate impact of buildings and adopt a comprehensive perspective using a whole life carbon assessment. The aim of the thesis was to examine greenhouse gas (GHG) emissions and costs throughout all life cycle stages, applying a whole life carbon assessment and life cycle cost analysis for a single-family building situated in a Nordic climate. Additionally, both positive (released) and negative GHG emissions were explored and documented, encompassing operational and embodied impacts. In the thesis, the life cycle assessment and the life cycle cost methods have been applied by following the “cradle-to-grave” life cycle perspective. The study includes an analysis of the reference building design and comparisons with improved building design. 

The thesis findings highlight a substantial decrease in released GHG emissions with 23% reduction for the analyzed improved building design showing 5.2 kg CO2e/m2/y50 compared to the reference building design showing 6.7 kg CO2e/m2/y50. Moreover, incorporating biogenic carbon and the D module into the cradle-to-grave approach shows the lowest total GHG emissions, manifesting as negative values, -0.7 kg CO2e/m2/y50 for the improved building design. Embodied impact accounts for 79% and 72% of the total impact, while operational impact accounts for 21% and 28% for the reference and improved building designs. When analyzing all building materials, it is shown that an increased share of wooden building materials in the improved building design results in decreased released (positive) GHG emissions and increased negative GHG emissions. The results underscore the significance of using wood-based building materials due to their manufacturing process having lower GHG emissions compared to non-wood solutions. Considering the reference building design, when analyzing the building energy systems, it should be noted that the embodied GHG emissions from the production phase of solar PV panels are considerably higher when compared to emissions from the ventilation system and heat pump. To decrease the embodied GHG emissions during the production phase of solar PV panels, the manufacturing process should be done in countries with a larger share of renewable energy sources in the electricity grid. Moreover, recognizing building materials with low GHG emissions that are economically profitable during the early phases of building design and construction is essential for reducing long-term environmental and economic consequences. Additionally, considering the utilization of reusable building products over new ones could be seen as a winning strategy for mitigating the climate impact in the building sector and decreasing the use of natural resources and waste. 

Considering the economic impact, it can be noted that the construction costs are greater than operational costs and end-of-life costs comparing all life cycle stages. Approximately 50% of the construction costs are labor costs, followed by investment costs for building materials, installations, and pre-construction costs. Analyzing the building products’ costs, it is important to note that selecting cross-laminated timber (CLT) for a foundation could lead to higher investment costs compared to concrete slabs. 

In conclusion, the result of the thesis encompasses a whole life carbon assessment in buildings. It underscores the importance of revealing all carbon flows associated with single-family buildings. Finally, the thesis outlines the advantages of utilizing wood-based materials and reusable building products for building owners, contractors, designers, architects, consultants, and other decision-makers. It emphasizes the importance of considering both the environmental and economic aspects of buildings to attain a comprehensive understanding.

Abstract [sv]

Byggsektorn är ansvarig för 34% av slutlig energiförbrukning och bidrar till 37% av de globala CO2-utsläppen. I linje med hållbarhetsmålen har Europeiska unionen satt som mål att minska CO2-utsläppen inom byggsektorn med upp till 90% till år 2050. Följaktligen finns det ett stort behov av att undersöka byggnaders klimatpåverkan och anta ett helhetsperspektiv genom att använda livscykelanalys av koldioxid. Syftet med avhandlingen var att undersöka koldioxidutsläpp (växthusgasutsläpp) och kostnader under alla livscykelstadier genom att tillämpa en hel livscykelanalys och livscykelkostnadsanalys för ett enfamiljshus i ett nordiskt klimat. Dessutom undersöktes och dokumenterades både positiva (utsläppta) och negativa växthusgasutsläpp, som innefattade påverkan från både produktion och användning. I avhandlingen har metoderna livscykelanalys och livscykelkostnadsanalys använts med ett ”vagga-till-grav” livscykelperspektiv. Studien inkluderar en analys av referensbyggnadens utformning samt jämförelser med förbättrade utformningar av byggnaden.

Avhandlingens resultat lyfter fram att växthusgasutsläppen minskar med 23% för den analyserade förbättrade utformningen av byggnaden, som ger 5.2 kg CO2e/m2/y50 jämfört med referensbyggnadens utformning som ger 6.7 kg CO2e/m2/y50. Dessutom, när biogen koldioxid och D-modulen inkluderas i livscykelanalysen från vaggan till graven visar sig de lägsta totala (växthusgas)utsläppen, som innebär negativa värden, -0.7 kg CO2e/m2/y50 för den förbättrade utformningen av byggnaden. Påverkan från produktion av material och produkter står för 79% och 72% av den totala påverkan (på koldioxidutsläppen), medan påverkan från driften står för 21% och 28% för referens- och förbättrad byggnadsdesign. När alla byggnadsmaterial analyseras visar det sig att en ökad andel av byggnadsmaterial av trä i den förbättrade utformningen av byggnaden resulterar i en minskning av utsläppta (positiva) växthusgasutsläpp och ökade negativa växthusgasutsläpp. Resultaten understryker vikten av att använda trä som byggmaterial på grund av de lägre koldioxidutsläppen från tillverkningsprocessen jämfört med icke-träbaserade lösningar. Vid analys av byggnadens energisystem bör det noteras att de inbäddade växthusgasutsläppen från produktionsfasen av solcellspaneler är betydligt högre jämfört med utsläpp från ventilationssystemet och värmepumpen för referensbyggnadens utformning. För att minska de inbäddade växthusgasutsläppen under produktionsfasen av solcellspaneler bör tillverkningsprocessen ske i länder med en större andel förnybara energiproduktion i elnätet. Dessutom är det avgörande att i tidiga skeden av byggprojekt och byggproduktion uppmärksamma byggmaterial med låg klimatpåverkan som är ekonomiskt lönsamma för att minska de långsiktiga konsekvenserna på miljö och ekonomi. Dessutom kan användningen av återanvändbara byggprodukter jämfört med nya ses som en framgångsrik strategi för att minska klimatpåverkan inom byggsektorn och minska användningen av naturresurser och avfall.

Vid bedömning av ekonomisk påverkan kan det noteras att vid jämförelse av alla livscykelfaser byggkostnaderna större än driftskostnader och kostnader vid slutet av livscykeln. Ungefär 50% av byggkostnaderna är arbetskraftskostnader, följt av investeringskostnader för byggmaterial, installationer och förberedande byggkostnader. Vid analys av byggprodukternas kostnader är det viktigt att notera att valet av korslaminerat trä för en grund (bottenbjälklag) kan leda till högre kostnader jämfört med användning av betong i bjälklaget.

Sammanfattningsvis omfattar avhandlingens resultat en livscykelanalys av koldioxidutsläpp från byggnader. Den betonar vikten av att avslöja alla flöden av koldioxid som är förknippade med byggnader. Slutligen beskriver avhandlingen fördelarna med att använda träbaserade material och återanvändbara byggprodukter för fastighetsägare, entreprenörer, designers, arkitekter, konsulter och andra beslutsfattare. Den betonar betydelsen av att ta hänsyn till såväl miljöaspekter som ekonomiska aspekter av byggnader för att uppnå en omfattande förståelse.

Place, publisher, year, edition, pages
Gävle: Gävle University Press, 2024. p. 59
Series
Doctoral thesis ; 46
Keywords
Building, greenhouse gas emissions, global warming potential, building energy systems, life cycle assessment, life cycle cost, reuse, wood, Byggnad, utsläpp av växthusgaser, global uppvärmningspotential, energisystem, livscykelanalys, livscykelkostnad, återanvändning, trä
National Category
Building Technologies Construction Management Energy Systems
Identifiers
urn:nbn:se:hig:diva-43955 (URN)978-91-89593-32-9 (ISBN)978-91-89593-33-6 (ISBN)
Public defence
2024-06-03, 12:108, Kungsbäcksvägen 47, Gävle, 09:15 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2024-05-03 Created: 2024-04-02 Last updated: 2024-05-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Other links

Publisher's full textScopus

Authority records

Petrovic, BojanaEriksson, Ola

Search in DiVA

By author/editor
Petrovic, BojanaEriksson, Ola
By organisation
Energy Systems and Building TechnologyEnvironmental Science
In the same journal
Building and Environment
Civil Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 112 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard-cite-them-right
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • sv-SE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • de-DE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf