Pre-use phase LCA of a multi-story residential building: Can greenhouse gas emissions be used as a more general environmental performance indicator?

Both the construction and use of buildings cause significant environmental pressures. The greenhouse gas (GHG) emissions imposed by buildings have been studied rather extensively, but less is known about other impacts. Still, climate change is only one harmful impact driven by buildings. Furthermore, no studies exist about how the other impacts are correlated with GHG emissions in the building context, and thus to what extent GHGs could be utilized as a more general environmental performance indicator. This paper fills these gaps by presenting a life cycle assessment of the pre-use phase of a modern concrete-element residential building with a very comprehensive life cycle inventory (LCI). The focus of the study is on the comparison of the accumulation of different environmental impacts relative to GHGs. The accumulation is analyzed from two perspectives common to building LCAs: building systems and different construction materials. The ReCiPe midpoint assessment method is utilized to reach wide impact category coverage. The study shows how GHGs act as a relatively good indicator for eight impact categories, but not for the others. The study also depicts that a very high coverage in the LCI must be reached to capture the majority of the different impacts. Many materials and building systems are considered non-relevant and are often excluded from building LCAs, which are in fact of great importance in many impact categoriesThe Academy of Finland (Grant 286747)Peer reviewed pre-printRitrýnt tímari

Asuinalueen rakentamisessa syntyvien hiilidioksidipäästöjen hybridi-LCA-mallinnus

Global warming is considered as one of mankind's most severe challenges in the future. Carbon dioxide (CO2) is the most significant greenhouse gas released to the atmosphere by people. In order to slow down global warming mankind has to find information about the sources of CO2-emissions in order to make informed decisions how to minimize them. Buildings, during their life cycle, are responsible of a large part of mankind's CO2-emissions. The thesis evaluates the CO2-emissions caused by the construction project at Nupurinkartano residential area. The research method is a hybrid-LCA-tool that is based on the life cycle assessment. input - output method EIO-LCA forms the basis of the tool which is enhanced with current and local process data. Nupurinkartano residential area consists of 54 hectares of land and is planned to accommodate approximately 600 persons. Budget for construction project is about 76.5 million euro. Total CO2-emissions caused by the construction project are approximately 60 500 tons. The buildings' share of this amount is about 91 percent and infrastructure's share about 9 percent. The most essential sources of the CO2-emissions are concrete, steel and energy that are used in the construction project. These combined cause approximately 23 percent of the total CO2-emissions. The results of the thesis may be applied to the evaluations of similar constructions projects. The research method may also be used in future research as well as in development of hybrid-LCA-methods.Ilmaston lämpenemistä pidetään yhtenä ihmiskunnan lähitulevaisuuden suurimmista haasteista. Hiilidioksidi on merkittävin ihmisen aiheuttamista, ilmastonmuutosta edistävistä kasvihuonekaasuista ja hiilidioksidipäästöjen lähteistä on saatava tietoa, jotta perustellut valinnat ja päätökset näiden päästöjen vähentämiseen tähtäävien toimenpiteiden suhteen ovat mahdollisia. Rakennukset aiheuttavat elinkaarensa aikana merkittävän osan kaikista hiilidioksidipäästöistä. Opinnäytetyössä selvitetään Espooseen rakennettavan Nupurinkartanon asuinalueen rakentamisessa syntyvien hiilidioksidipäästöjen määrä elinkaarinäkökulmaa hyödyntävällä hybridiLCA-mallinnusmenetelmällä. Tutkimusmetodi pohjautuu panos-tuotos-elinkaarimenetelmiin lukeutuvaan EIO-LCA-mallinnukseen, jota tarkennetaan ajankohtaisella ja paikallisella prosessidatalla tärkeimpien kohteiden osalta. Nupurinkartanon asuinalueen koko on noin 54 hehtaaria ja sinne rakennetaan rivi- ja paritaloasuntoja noin 600 henkilön tarpeisiin. Asuinalueen rakentamisen kustannukset ovat yhteensä noin 76,3 miljoonaa euroa. Nupurinkartanon asuinalueen rakentamisessa syntyvät hiilidioksidipäästöt ovat noin 60 500 tonnia. Rakennusten rakentamisen osuus näistä päästöistä on noin 91 ja infrastruktuurin osuus noin yhdeksän prosenttia. Oleellisimpia yksittäisiä hiilidioksidipäästöjen aiheuttajia ovat rakentamisessa käytettävä betoni, teräs sekä energia. Näiden yhteenlaskettu osuus koko asuinalueen rakentamisen aiheuttamista hiilidioksidipäästöistä on kuitenkin vain noin 23 prosenttia. Hybridi-LCA-metodiin sisältyy elinkaarimallinnuksessa tehtäviin valintoihin liittyviä epävarmuuksia. Hybridimallin EIO-LCA-pohjaa varten tehdyillä sektorivalinnoilla on suuri vaikutus elinkaarimallinnuksen lopputuloksiin. Malliin kuuluvan prosessidatan suhteen erityisesti käytettävän energian tuotannon aiheuttamien hiilidioksidipäästöjen arviointiin liittyy epävarmuustekijöitä. Opinnäytetyön tuloksia voidaan soveltaa samankaltaisten asuinalueiden rakentamisessa syntyvien hiilidioksidipäästöjen arvioimiseen. Opinnäytteen hybridi-LCA-sovellusta voidaan myös hyödyntää tulevassa tutkimuksessa ja hybridi-LCA-menetelmien kehittämisessä

Asuinaluerakentamisen vaikutukset ilmastonmuutokseen - Rakentamisen hiilipiikki kyseenalaistaa energiatehokkuuden hyödyt

Climate change, driven by greenhouse gas (GHG) emissions, is considered to be one of the most severe threats to the mankind in the future. Consequently, various institutions have set climate change mitigation targets that require substantial GHG reductions throughout all industries. The real estate and construction sector is responsible for a significant share of the global GHG emissions and therefore is expected to contribute remarkably to climate change mitigation targets. The use phase emissions had been considered to dominate the building life cycle emissions until the modern energy-efficient housing types emerged. Since then, relative shares of construction and use phase emissions have changed and the construction phase actually seems to dominate the life cycle emissions of the modern housing types. The early timing of the construction phase emissions in a building life cycle raises their harmfulness. Yet, construction of new residential areas is expected to contribute positively to climate change mitigation due to improved energy efficiency that rapidly negates the construction phase emissions. The dissertation argues that the contribution of a residential area construction to climate change is wider than what the common belief is. The studies employ hybrid LCA models that are used in assessing construction and use phase GHG emissions. The analyses include a temporal perspective, which highlights the relevance of construction phase emissions i.e. a carbon spike occurring early compared to the use phase emissions emitted in the distant future. The main argument of the dissertation is that the construction phase carbon spike is likely to turn the new residential areas' expected benefits from high energy-efficiency into undesired acceleration of climate change. This is due to significant construction phase emissions remaining in the atmosphere for a long time and increasing the atmosphere's GHG concentration for several decades. Additionally, use phase emissions occurring in the distant future contain significant uncertainties that might reduce the anticipated benefits of new energy-efficient housing. The dissertation suggests that energy renovations of the current building stock should be favoured instead of new construction projects whenever possible. Thus, the energy efficiency of the current building stock increases with less construction phase emissions. While the issue was not investigated in this dissertation, finding and utilizing low-carbon materials in new constructions and thus reducing the carbon spike would also offer a solution. Only minimizing both the construction and use phase emissions will result in true low impact residential areas.Kasvihuonekaasupäästöjen (KHK) vauhdittamaa ilmastonmuutosta pidetään yhtenä ihmiskunnan suurimmista uhista tulevaisuudessa. Useat instituutiot ovat asettaneet kaikkia toimialoja koskevia ilmastotavoitteita. Kiinteistö- ja rakennussektorilla on merkittävä vastuu ilmastotavoitteissa, sillä rakennukset aiheuttavat kolmanneksen globaaleista KHK-päästöistä. Ennen energiatehokkaita talotyyppejä käyttövaihe muodosti suurimman osan uusien rakennusten elinkaaren KHK-päästöistä. Elinkaaren eri vaiheiden osuus päästöistä on energiatehokkaiden talotyyppien myötä muuttunut; rakennusvaiheen osuus on kasvanut. Uusien asuinalueiden on kuitenkin ajateltu edistävän KHK-päästövähennyksiä, sillä korkean energiatehokkuuden hyötyjen oletetaan nopeasti ylittävän rakentamisvaiheen päästöhaitat. Väitöskirjan mukaan asuinalueen rakentaminen vaikuttaa ilmastonmuutokseen laajemmin kuin yleisesti uskotaan. Tutkimuksessa sovellettua menetelmää, hybridi-elinkaarilaskentaa, käytetään rakentamis- ja käyttövaiheiden KHK-päästölaskentaan asuinaluetasolla. Laskennassa huomioidaan myös aikanäkökulma, joka korostaa rakennusvaiheen suurien päästöjen – niin kutsutun hiilipiikin – merkittävyyttä elinkaaren alussa verrattuna myöhemmin aiheutettuihin käyttövaiheen päästöihin. Väitöskirjan pääjohtopäätöksen mukaan rakennusvaiheen hiilipiikki muuttaa uuden asuinalueen korkean energiatehokkuuden odotetut hyödyt epätoivotuksi ilmastonmuutoksen edistämiseksi. Tämä on seurausta rakennusvaiheen aikaisessa vaiheessa aiheutuneista päästöistä, jotka säilyvät ilmakehässä pitkään nostaen ilmakehän KHK-pitoisuutta useiden vuosikymmenien ajaksi. Tulevaisuuteen ajoittuviin käyttövaiheen päästöihin liittyy lisäksi merkittäviä epävarmuuksia, jotka saattavat pienentää korkeaan energiatehokkuuteen liittyviä hyötyjä. Tutkimuksen perusteella suositellaan nykyisen rakennuskannan energiakorjaamista uudisrakentamisen sijaan mahdollisuuksien niin salliessa, jolloin nykyisen rakennuskannan energiatehokkuus paranee uudisrakentamista pienemmillä korjausrakentamisen päästöillä. Myös uusien vähäpäästöisten rakennusmateriaalien kehittäminen ja käyttäminen saattaa soveltua uudisrakentamisen hiilipiikin pienentämiseen. Ainoastaan sekä rakennus- että käyttövaiheen KHK-päästöjen minimointi mahdollistaa aidosti ympäristötehokkaat asuinalueet

Internet of Buildings - Tutkimushankkeen loppuraportti

Internet of Buildings -tutkimushankkeessa pyrittiin edistämään kiinteistö- ja rakennussektorin (KIRA) digitalisaatioedellytyksiä. Älykkäistä rakennuksista saatava data on digitalisoituvan liiketoiminnan uusi avainresurssi KIRA-sektorilla. Hankkeen tutkimuksen perusteella älykkäistä rakennuksista saatavaa dataa hyödynnetään omassa liiketoiminnassa, mutta levitetään vain harvoin yritysrajojen ulkopuolelle. Syynä tähän ovat puutteet datan arvonmuodostuksessa sekä levittämisessä tarvittavissa rooleissa. Tutkimushankkeen päälöydös on Internet of Buildings -viitekehys, joka havainnollistaa sekä datan kaupallistamisessa että ulkoisessa levittämisessä tarvittavia alustaekosysteemejä sekä yritysten rooleja niissä. Tutkimuksen löydökset edesauttavat KIRA-sektorin yrityksiä hyötymään kokonaisvaltaisemmin datasta sekä edistyksellisessä analytiikassa että liiketoiminnan transformaatiossa.

Data commercialisation

The purpose of this paper is to explore the current state of data commercialisation and external distribution in the Finnish real estate and construction (REC) sector. We focus on how companies could more effectively benefit from digitalisation, with more holistic utilisation of data from smart buildings. We assess the current state of data utilisation and distribution using a start-up company analysis and industry workshops. According to our research, the data from smart buildings is gathered on a large scale but very seldom distributed outside company borders. The reason for this almost non-existent external data distribution is the lack of value of the external data. As a solution, we propose the Internet of Buildings framework. The framework is based on a platform ecosystem model that is complemented with data commercialisation roles. It takes into account the current data-related opportunities and challenges in the sector. Within the framework, we suggest stakeholder roles and modes of interaction that promote value creation from smart building data. The framework can be used as a starting point for developing data commercialisation and external data distribution in the sector.Peer reviewe

A Longitudinal Study on the Carbon Emissions of a New Residential Development

Buildings account for nearly 50% of all greenhouse gases globally. While this has been widely recognized, the GHG mitigation strategies have traditionally concentrated on reducing the use phase emissions, as over 90% of the emissions are generated during the use phase according to several studies. However, two current developments increase the importance of the construction phase emissions and the embodied emissions of the building materials. Firstly, the improvements in the energy efficiency of buildings directly increase the relative share of the construction phase emissions. Secondly, the notification of the temporal allocation of the emissions increases the importance of the carbon spike from construction. While these perspectives have been noted, few studies exist that combine the two perspectives of the construction and the use phase. In this paper, we analyze the implications of low-carbon residential construction on the life cycle emissions of a residential area with a case study. Furthermore, we demonstrate that when the temporal allocation of the emissions is taken into account, the construction phase emissions can hinder or even reverse the carbon mitigation effect of low-carbon buildings for decades

Tulevaisuuden elinvoimaiset lähiöt - Aalto-yliopiston ja Tampereen teknillisen yliopiston yhteishankkeen loppuraportti

Tulevaisuuden elinvoimaiset lähiöt hankkeessa on kehitetty lähiöiden ekologista, taloudellista ja sosiaalista kestävyyttä parantavaa konseptia. Tavoitteena oli muodostaa elinvoimaisen lähiön konsepti, jolla lähiöistä tehtäisiin houkuttelevampia ympäristöjä asua sekä harjoittaa kannattavaa liiketoimintaa. Lisäksi visioitiin erilaisia ratkaisuja lähiöiden palvelutason, liikkumisvaihtoehtojen sekä vapaa-ajanviettomahdollisuuksien parantamiseksi. Hankkeessa pyrittiin kartoittamaan tulevaisuuden kehityssuuntia luomalla katsaus kehittyvän tekniikan mahdollisuuksiin. Lähitulevaisuudessa työ ja palvelut voivat mahdollistua lähiössä entistä monipuolisemmin ubiikilla tekniikalla tuetun jakamistalouden, etäkauppaa vauhdittavan lähilogistiikan, etätyötä tukevan virtuaalisen työtilan, sekä osallisuutta lisäävän digitaalisen median vaikutuksesta. Tutkimushankkeessa hyödynnettiin elinkaarilaskentamalleja lähiöasukkaiden sekä aluerakentamisen aiheuttamien kasvihuonekaasupäästöjen arviointiin sekä eri rakentamistoimenpiteiden elinkaarten aikaisten päästövaikutusten ennustamiseen. Hankkeessa on kyseenalaistettu vallitsevia näkemyksiä rakennetun ympäristön kestävästä kehityksestä kasvihuonekaasunäkökulmasta. Lisäksi tutkittiin erilaisten elämäntapojen ja kulutusvalintojen vaikutuksia asukkaiden hiilijalanjälkiin. Tutkimuksen tuloksista voi todeta olemassa olevien rakennusten säilyttämisen ja energiaparantamisen tehokkaimmaksi tavaksi vähentää rakennusten aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä etenkin lyhyellä ja keskipitkällä aikavälillä. Lisäksi hankkeessa on selvitetty lähiörakennusten arvoon liittyviä tekijöitä ja todettu huonosta arvostuksesta kärsivien ja korjausvelkaisten lähiöiden tarvitsevan vetovoimaa parantavia toimenpiteitä. Eräs tapa parantaa kaupunginosan houkuttelevuutta on sen toiminnallisen rakenteen kehittäminen. Tätä varten rakennettiin parametrinen malli, jonka avulla on mahdollista visualisoida kehitettävän kaupunginosan tilallis-toiminnallinen konsepti ja arvioida sen toiminnallista omavaraisuutta. Lisäksi hankkeessa on kartoitettu yhteissuunnittelun periaatteita ja tuotettu sen perusteella ehdotus lähiöiden kehittämisestä sosiaalisesti kestävällä tavalla. Hankkeen yhteydessä on todettu lähiöiden kehittämisen ongelmakentän olevan hyvin monimuotoinen ja monialainen. Kaupunkirakenteen kehittäminen ei voi perustua yksittäiseen toimenpiteeseen, vaan se on kokoelma useita toisiinsa kytkeytyneitä toimenpiteitä, joissa huomioidaan koko kaupunkiseudun toiminta. Yksittäisiin sektoreihin panostamalla ei saada aikaan huomattavia kasvihuonekaasupäästöjen vähennyksiä, vaan eri alojen on toimittava yhteistyössä ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Myös kehittyvän tekniikan avulla voidaan tulevaisuudessa aikaansaada kokonaisvaltaisia muutoksia, joiden kestävyyttä on vaikea arvioida