Environmental assessment of building retrofit - alternative scenarios for the roof retrofit of a single-family house

Abstract

De acordo com o relatório da UE sobre o roteiro de energia para 2050, a reabilitação de edifícios desempenha um papel importante para reduzir os impactes ambientais atualmente associados ao parque edificado. No entanto, ainda são escassos os estudos realizados sobre reabilitação de edifícios numa perspectiva ambiental de ciclo de vida (CV), especialmente em relação a grandes obras de reabilitação. Assim, esta dissertação tem três objetivos: 1) elaborar uma avaliação de ciclo de vida (ACV) da reabilitação de uma casa unifamiliar em Portugal e caracterizados os diferentes processos do CV em termos de energia e impactes ambientais; 2) estudar a influência da escolha da solução construtiva para a cobertura e, particularmente, a escolha do material de isolamento térmico, no desempenho global de CV do edifício; 3) identificar oportunidades de melhoria da sustentabilidade ambiental da reabilitação da casa. Foi desenvolvido um modelo de CV para avaliar cenários alternativos para a reabilitação da cobertura de uma casa unifamiliar. A análise de cenários foi estabelecida segundo: materiais de estrutura (madeira, aço galvanizado e laje aligeirada de betão leve), material de isolamento térmico (lã de rocha, poliestireno expandido extrudido e espuma de poliuretano) e níveis de isolamento (40, 80 e 120 mm). As principais fases do modelo de CV são: remoção da cobertura original, construção das soluções alternativas e utilização (operação e manutenção). A unidade funcional seleccionada para este estudo é de 1 m2 de área útil por um período de 50 anos. Os resultados de avaliação de impacte ambiental de CV foram calculados para seis categorias. A fase de utilização representa cerca de 60% a 70% dos impactes de CV em todas as categorias ambientais. Para espessuras de isolamento superiores a 80 mm, os ganhos em eficiência energética devido a um aumento de 40 mm de isolamento não são significativos (inferior a 3%), quando comparados com o aumento de cerca de 20% dos impactos ambientais incorporados. Verifica-se um aumento nos impactos globais de CV de cerca de 5% em ambos os materiais de isolamento devido à redução dos impactes na fase de utilização. Esta dissertação mostra a importância de avaliar a reabilitação de edifícios numa perspectiva de CV para reduzir os impactos ambientais noutras fases para além da fase de utilização, nomeadamente na selecção de materiais e níveis de isolamento durante a fase construção.

According to the EU report on Energy roadmap 2050, building retrofit plays an important role to reduce the environmental loads currently associated with the building stock. However, research on retrofit of existing buildings is still limited, especially regarding major refurbishment works. This dissertation has three main goals. Firstly, to perform a comprehensive life-cycle assessment (LCA) of the roof retrofit of a Portuguese single-family house characterizing the various life-cycle processes in terms of energy and environmental impacts. Secondly, it aims to study the influence of the roof retrofit solution, and particularly the insulation material choice, in the overall life-cycle (LC) performance of the building. Thirdly, it aims to identify opportunities for improving the LC environmental sustainability of building retrofit for a single-family house in Coimbra. A LC model was developed to assess alternative scenarios for roof retrofit of the single-family house. 27 alternative scenarios were defined combining three types of frame materials (wood, steel and lightweight concrete slab), three types of insulation material (rock wool, extruded polystyrene and polyurethane foam) and three insulation levels (40, 80 and 120 mm). The main processes of the LC model are: removal of the original roof, construction phase and use phase (heating, cooling and maintenance). The functional unit selected for this study is 1 m2 of living area over a period of 50 years. LC impact assessment results were calculated for six categories (primary energy, climate change, ozone depletion, terrestrial acidification, freshwater eutrophication and marine eutrophication) showing that wood scenarios had the lowest impacts in all the categories. The use phase (maintenance and operational energy) accounted for about 60% to 70% of the LC impacts in all categories The results also showed that, for insulation thicknesses greater than 80 mm, the reduction in energy consumption during use phase, due to a further increase of 40 mm, is not significant (less than 5%), while there is an increase of about 6% to 20% of the environmental impacts associated with the embodied phase, leading to an increase in the overall LC impacts of less than 5%. This dissertation shows the importance of addressing the entire life-cycle of building retrofit to reduce environmental impacts in other phases, namely in the selection of construction materials and insulation levels.