On Life Cycle Assessment in the Built Environment: from Conventional Sustainability to Regeneration and Glocal Architecture

Abstract

[ES] La idea general de esta tesis es estudiar el papel que el Análisis de Ciclo de Vida (ACV) puede jugar como una herramienta para la toma de decisiones durante la fase de proyecto de una obra de construcción. El ACV es una metodología que permite el cálculo de los impactos ambientales de cualquier actividad humana. Este trabajo está construido en tres niveles, el estudio de materiales de construcción individualmente, las soluciones constructivas y por último el conjunto del edificio. A medida que los capítulos progresan, el foco del estudio se aleja desde las particularidades asociadas con los materiales hasta llegar al estudio del ciclo de vida de los edificios. El capítulo uno corresponde con el primer nivel. En este capítulo, varios biocomposites que contienen resina bio-epoxi se comparan con la placa de yeso laminado en términos de sus impactos medioambientales y sus propiedades mecánicas. En el caso de las soluciones constructivas, esta tesis analiza, además de los impactos ambientales, otros parámetros relevantes, tales como el comportamiento acústico y térmico. Sin un comportamiento adecuado en esos aspectos. las soluciones constructivas sostenibles no pueden considerarse una alternativa a las convencionales. En el caso del capítulo 2, se comparan varios tipos de particiones que combinan los biocomposites estudiados en el primer capítulo con absorbentes acústicos convencionales y no convencionales en términos de sus impactos medioambientales y su aislamiento a ruido aéreo. El tercer capítulo continúa tratando las soluciones constructivas. En este caso se analiza el uso de paneles de fachada formados a partir de residuo de paja de arroz generada en el parque natural de la Albufera. Una fachada compuesta por estos paneles se compara a una fachada de doble hoja de ladrillo. El estudio lidia con la comparación de sus impactos ambientales, su aislamiento a ruido aéreo y su transmitancia térmica. Además se analiza el comportamiento higrotérmico de la fachada de paja. El último capítulo compara los impactos ambientales de una casa de madera pensada para ser una referencia de la media europea en cinco ciudades diferentes. Las ciudades estudiadas son Munich, Ljubljana, Portorož, Madrid, and Valencia. El propósito es comprender como las barreras hacia la sostenibilidad regenerativa cambian dependiendo de la ubicación. En referencia a los resultados, el primer capítulo indica que los composites propuestos pueden ser una alternativa sostenible a la placa de yeso laminado al reducir un 50% su impacto ambiental. El segundo capítulo muestra que reemplazar la placa de yeso laminado y la lana mineral de las particiones por los biocomposites y con un material basado en residuo de lana de oveja puede reducir las emisiones de carbono un 60%. El tercer capítulo señala la importancia de encontrar manera de utilizar la paja de arroz de la albufera como materia prima. Además, la fachada de paja de arroz analizada demuestra no solo ser beneficiosa para el medio ambiente (evita la emisión de 52 kg de CO2 eq. por metro cuadrado), sino también demuestra ser una alternativa adecuada en términos de su comportamiento acústico, térmico e higrotérmico. Debido a los beneficios ambientales que el uso de los paneles de paja supone para el medio ambiente, la paja de arroz puede ser considerada como un material glocal. El último capítulo muestra que las medidas de sostenibilidad convencional, como el uso de la madera en la estructura y el aumento del aislamiento, no son suficientes para llegar a construir edificios regenerativos ni de emisiones de carbono neutras (NZED). El uso de materiales de base biológica, un correcto diseño y nuevas tecnologías enfocadas a la eficiencia energética son fundamentales para alcanzar el objetivo de la sostenibilidad regenerativa. En general los resultados enfatizan la necesidad de utilizar el ACV como una herramienta para la toma de decisiones en fase de proyecto de un edificio. El ACV es la única metodología capaz de ofrecer una representación fiable de la influencia que un edificio tiene sobre el medio ambiente

[CA] La idea general d'aquesta tesi es estudiar del paper que l'Anàlisi de Cicle de Vida (ACV) podria jugar com a ferramenta per a la pressa de decisions durant la fase de projecte d'una obra de construcció. El ACV és una metodologia que permet el càlcul dels impactes ambientals de qualsevol activitat humana. Aquest treball està construït en tres nivells, el estudi de materials de construcció de manera individual, les solucions constructives i per últim l'edifici com a conjunt. A mesura que els capítols progressen, el focus s'allunya des de les particularitats dels materials fins arribar a l'estudi del cicle de vida dels edificis. El capítol 1 es correspon amb el primer nivell. En aquest capítol. diversos biocomposites formats amb resina bio-epoxi es comparen amb la placa de guix laminat en termes dels seus impactes ambientals y les propietats mecàniques. En el cas de les solucions constructives, aquesta tesi analitza, a més dels impactes ambientals, uns altres paràmetres rellevants, com el comportament acústic i tèrmic. Sense un comportament adequat en eixos aspectes, una solució constructiva composada de materials sostenibles no pot ser considerada una alternativa al mètodes de construcció convencional. En el cas del segon capítol, diversos tipus de particions que combinen els biocomposites estudiats en el primer capítol amb absorbents acústics convencionals i no convencionals en termes dels seus impactes ambiental i el seu aïllament a soroll aeri. El tercer capítol continua analitzant solucions constructives. En aquest cas s'analitza l'ús de panels de façana composats de residu de palla d'arròs generada al parc natural de l'Albufera de València. Una façana composta d'aquestos panells es compara amb una façana de doble fulla de maó. L'estudi tracta la comparació dels seus impactes ambientals, el seu aïllament acústic i la transmitància tèrmica. A més s'analitza el comportament higrotèrmic de la façana de palla.L'últim capítol compara els impactes ambientals de una casa de fusta pensada com una referència de la mitjana europea en cinc ciutats diferents. Les ciutats estudiades són Múnich, Liubliana, Portorož, Madrid, and València. L'objectiu es comprendre com les barreres cap a la sostenibilitat regenerativa canvien depenent de la ubicació del edifici. En el referent als resultats, el primer capítol indica que els compòsits proposats poden ser una alternativa sostenible a la placa de guix laminat al reduir un 50% el seu impacte ambiental. El segon capítol mostra que reemplaçar la placa de guix laminat i la llana mineral de les particions amb els biocomposites i amb un material basat en residu de llana d'ovella pot reduir les emissions de carboni un 60%. El tercer capítol senyala la importància de trobar maneres d'emprar la palla d'arròs de l'Albufera com a matèria prima. A més, la façana de palla d'arròs analitzada demostra ser no sols beneficiosa per al medi ambient (evita la emissió de 52 kg de CO2 eq. per metre quadrat), sinó també demostra ser una alternativa adequada en termes del seu comportament acústic, tèrmic i higrotèrmic. L'últim capítol mostra que mesures de sostenibilitat convencional, com emprar estructura de fusta i augmentar l'aïllament, no son suficients per arribar a construir edificis d'emissions neutres de carboni (NZEB). L'ús de materials de base biològica, un correcte disseny i noves tecnologies enfocades a l'eficiència energètica són fonamentals per arribar a la sostenibilitat regenerativa. En general, els resultats emfatitzen la necessitat d'utilitzar el ACV com a una ferramenta per a la pressa de decisions en la fase de projecte d'un edifici. El ACV és l'única metodologia capaç d'oferir una representació fiable de la influència que un edifici te sobre el medi ambient.

[EN] The overarching idea of this thesis is to analyze the role of Life Cycle Assessment (LCA) as a project decision-making tool. LCA is a methodology to conduct a sustainability analysis of any human activity. This work is constructed in three levels, the study of building materials individually, the constructions, such as façades and partitions, and finally, the whole building. As the chapters progress, the focus of the study zooms out from the particularities associated with materials until arriving at the study of the life cycle of buildings. Chapter one corresponds with the first level. In this chapter, several composite boards with bio-epoxy resin and natural fibers are compared to plasterboard in terms of their environmental impact and mechanic characteristics. In the case of constructions, this thesis analyzes some important aspects related to their performance, such as acoustic and thermal insulation. Without at least a competent performance in those parameters, constructions composed of new sustainable materials cannot be considered alternatives to the conventional solutions. In chapter 2, several partition typologies combining the biocomposites and new and conventional acoustic absorbents are compared in terms of their environmental impacts and their airborne acoustic insulation. The third chapter, which also deals with constructions, analyzes the use of façade panels built using rice straw waste from the Albufera park in Valencia and compares it to the most common façade typology in Valencia, the double-layered brick wall. The study assesses the airborne acoustic insulation and the thermal transmittance of the straw construction experimentally. The hygrothermal performance of this material is also analyzed. The last chapter deals with the environmental impacts of buildings as a whole by comparing a European reference wood house in different locations in Europe. The environmental impacts of this house are studied over its whole life cycle in Munich, Ljubljana, Portorož, Madrid, and Valencia to understand how barriers towards regenerative sustainability change depending on location. When it comes to the results, the first chapter indicates that the bio-epoxy composites proposed can be a sustainable alternative to plasterboard by reducing the environmental impact by around 50%. The second chapter shows that replacing the plasterboard and the mineral wool in a drywall partition with the bio-composites and a sheep wool acoustic absorbent can reduce carbon emissions by almost 60%. The third chapter highlights the importance of finding ways of using the rice straw from the Albufera park as a raw material. Moreover, the rice straw façade analyzed demonstrated to be not only beneficial for the environment (avoids the emission of 52 kg of CO2e to the atmosphere per square meter), but also perfectly adequate to be a sustainable alternative to the most common façade typologies in Valencia in terms of acoustic, thermal and hygrothermal performance. Because of the environmental benefits of its use and the fact that it is a proximity material, the rice straw façade panels can be considered a glocal material. The last chapter shows that conventional sustainability measures, such as a wooden frame and high thermal insulation, are not enough to successfully build neither regenerative nor Nearly Zero Emissions Buildings (NZEB). The use of bio-based materials, designing towards passive efficiency, and new technologies are necessary to reach regenerative sustainability. Overall, the results emphasize the need to use LCA as a decision-making tool during the project stage of a building. LCA is the only tool that can provide an accurate representation of the influence a building will have on the environment over its lifespan.