LCA and LCC of different thermal insulation materials in a wood-based wall

Abstract

Syfte: Syftet med arbetet var att utföra en jämförelse av olika isoleringsmaterial i en träbaserad väggkonstruktion genom LCA och LCC och att sedan skapa ett beslutsunderlag vid val av isoleringsmaterial. Tidigare forskning kring koldioxidutsläpp för olika byggmaterial finns. Däremot är det inte vanligt att dessa studeras tillsammans med ekonomiska aspekter. Målet med arbetet var att genomföra en LCA- och LCC-jämförelse av mineralull och andra typer av isoleringsmaterial i en träbaserad väggkonstruktion och genom resultatet skapa beslutsunderlag vid val av isoleringsmaterial. Detta bryts ner i tre frågeställningar: (1) Vilket isoleringsmaterial ger minst koldioxidbelastning med förutsättningen att tjockleken på isoleringsmaterialet ger samma u-värde i en väggkonstruktion? (2) Vilket isoleringsmaterial har lägst LCC med förutsättningen att tjockleken på isoleringsmaterialet ger samma u-värde i en väggkonstruktion? (3) Hur kan LCA- och LCC-resultat sammanvägas för att skapa beslutsunderlag för val av isoleringsmaterial? Metod: För att besvara ovan nämnda frågeställningar genomförs en litteraturstudie, fallstudie med livscykelanalys och livscykelkostnadsanalys samt dokumentanalys. Resultat: Fyra olika isoleringsmaterial i en träbaserad väggkonstruktion studerades med hänsyn till koldioxidutsläpp och livscykelkostnader. Materialåtgång och u-värde beräknades för väggkonstruktionen. Funktionell enhet för analyserna är 1 kvadratmeter av väggkonstruktionen med ett u-värde på först 0,164 W/m2K och sedan 0,106 W/m2K. Det material som leder till lägst koldioxidutsläpp för väggkonstruktionen är i första hand cellulosa och därefter träfiber, mineralull och sist polyuretan. Det material som leder till lägst kostnader för väggkonstruktionen är i första hand mineralull, cellulosa, träfiber och sist polyuretan. Konsekvenser: Arbetet visar att val av isoleringsmaterial kan sänka koldioxidutsläpp under produktionsfasen utan att medföra höga kostnader. Det visar även att val av isoleringsmaterial blir än mer relevant när energisnåla byggnader ska produceras där u-värde för väggkonstruktionen ligger runt 0,11 W/m2K då detta innebär större isoleringstjocklekar totalt för väggen. För att minska koldioxidutsläpp utan att nämnvärt höja kostnaden bör organiska isoleringsmaterial väljas. Begränsningar: Arbetet behandlar ej klimatpåverkan från husets energi- eller uppvärmningssystem. För att få samma förutsättningar för de valda isoleringsmaterialen måste samma u-värden i väggkonstruktionen uppnås. Arbetet avser hela livscykeln från vagga till grav i en LCA och LCC, dock har utsläpp genererade av transport utelämnats i analyserna. Enbart de termiska och miljömässiga egenskaperna hos isoleringsmaterialen kommer att beaktas. I fallstudien beaktas en träbaserad yttervägg av ett flerbostadshus med trästomme.Purpose: The aim of this thesis is to perform a comparison of different insulation materials in a wood-based wall structure through LCA and LCC analysis, and then tocreate a decision base for the selection of insulation material. Previous research oncarbon dioxide emissions for various building materials has been done. On the otherhand, it is not common for these to be studied together with economic aspects. The aimof the work is to perform an LCA and LCC comparison of mineral wool and other types of insulation material in a wood-based wall structure and through the result create decision basis in the selection of insulation material. This is investigated by three questions: (1) Which insulation material emits the lowest amount CO2-equivalents, considering that the thickness of the insulation material has the same u-value in a wall structure? (2) Which insulation material leads to lowest LCC, considering that the thickness of the insulation material gives the same u-value in a wall structure? (3) How can LCA and LCC results together create decision bases for choosing insulation materials? Method: In order to answer the above questions a literature study, case study with lifecycle analysis and life cycle cost analysis and document analysis is conducted. Findings: Four different insulation materials in a wood-based wall structure were studied concerning carbon dioxide emissions and life cycle costs. Material utilization and u-value were calculated for the wall structure. Functional unit for the analyses is 1 square meter of the wall structure with a u-value of 0.166 W/m2K and 0.107 W/m2K. The material that leads to the lowest carbon dioxide emissions for the wall structure is cellulose, wood fibre, mineral wool and lastly polyurethane. The material that leads tothe lowest cost of the wall structure is mineral wool, cellulose, wood fibre and lastly polyurethane. Implications: The work shows that the choice of insulation materials can reduce carbondioxide emissions during the production phase without incurring excessive costs. It alsoshows that the choice of insulation materials becomes even more relevant when energy efficient buildings are to be produced where the u-value of the wall structure is around 0.11 W/m2K, as this means larger insulation thicknesses in total for the wall. In orderto reduce CO2 emissions without significantly increasing costs, organic insulation materials should be chosen. Limitations: The work does not address climate impact from the house's energy or heating system. To get the same conditions for the selected insulation materials, thesame u-values in the wall structure must be achieved. The work concerns the entire lifecycle from cradle to grave in an LCA and LCC, however, emissions generated bytransport have been omitted in the analyses. Only the thermal and environmental properties of the insulation materials are treated. The case study considers a wood-based exterior wall of a multi-story building