Integrated life-cycle analysis of six insulation materials applied to a reference building in Portugal

Abstract

O isolamento térmico dos edifícios assume um papel importante na redução do consumo de energia e dos impactes ambientais associados aos edifícios. No entanto, os impactes ambientais associados ao fabrico e consequente aplicação de isolamento podem também ser significativos. Uma avaliação de ciclo de vida é por isso importante para a identificação de níveis óptimos de isolamento, de forma a minimizar os impactes ao longo do ciclo de vida. A perspectiva de ciclo de vida a nível económico e o desempenho energético dos edifícios são também questões importantes a considerar. O objectivo principal desta tese é desenvolver uma avaliação comparativa de diferentes materiais de isolamento aplicados a um edifício de referência, para habitação unifamiliar nova em Portugal. A avaliação assenta em particular nas vertentes. económica e ambiental. A análise ambiental de ciclo de vida foi desenvolvida numa perspectiva “cradle-to-gate”, e integrando também a fase de utilização. Na fase de utilização, a análise do desempenho energético do edifício para os vários isolamentos foi efectuada com base no método de cálculo sazonal estabelecido na norma ISO 13790. Foram também avaliados os custos associados ao ciclo de vida dos isolamentos. O ciclo de vida do seis materiais de isolamento foi efectuado, com recurso a dois métodos de avaliação de impactes: CML 2001 e “Cumulative Energy Demand” (CED). Foi também desenvolvida uma análise consequencial dos diferentes isolamentos, para a perspectiva “cradleto- gate” e para a fase de utilização, no sentido de identificar níveis de isolamento a partir dos quais aumentar a espessura não adicionará benefícios ambientais. Os resultados mostram que o Polistireno Expandido tem contribuições reduzidas nas seguintes categorias de impacte: Acidificação (AP), Eutrofização (EP), Depleção da camada do ozono (ODP) e Potencial de aquecimento global (GWP). No caso da ODP, o Polistireno Expandido tem um desempenho 75% melhor que a Lã de Vidro, que apresenta o maior valor. Na EP, este tem um desempenho 96% melhor do que a Placa de Aglomerado de Cortiça Expandida. Os resultados mostram ainda que para a maioria dos materiais de isolamento, espessuras superiores aos 160 mm não oferecem benefícios, dadas as emissões incorporadas nos materiais de isolamento, que superam a redução devida à diminuição de consumo de energia na fase de utilização. De uma forma geral, os benefícios económicos da aplicação de materiais de isolamentos ao longo dos 30 anos de tempo vi de vida do edifício são muito superior aos investimentos iniciais associados aos custos dos isolamentos e respectiva instalação.

Thermal insulation of buildings has an important role in the reduction of energy consumption and environmental impacts of buildings; however, the environmental impacts of high insulation levels can be significant and a life-cycle perspective should be followed to identify optimal insulation levels minimizing overall LC impacts. Moreover, life-cycle cost perspective and energy performance of a building are also significant criteria which should be taken into account. The main goal of the thesis is to perform a comparative economic and environmental assessment of different thermal insulation materials applied to a reference building for new single-family houses in Portugal. The environmental life-cycle analysis was performed following two approaches; from cradle to gate and also adding the use phase. For the operation phase, building energy performance analysis of insulation materials was calculated with seasonal calculation method based on ISO standard 13790. An additional objective is to evaluate the total life-cycle costs. A life-cycle model was implemented for the six common insulation materials using CML 2001 and Cumulative Energy Demand (CED) life-cycle impact assessment methods. Furthermore, a consequential analysis was conducted from cradle to gate and use-phase of insulation materials to find out critical thicknesses which are not beneficial to increase the thickness. The results show that Expanded Polystyrene has lower contributions to Acidification (AP), Eutrophication (EP), Ozone layer depletion (ODP) and Global warming (GWP) impact categories which in terms of ODP it performs 75% better than Glass Wool with the highest impact and owing to EP impact category, it performs 96% better comparing with Insulation Cork Board. The results also show that for most of insulation materials, thicknesses greater than 160 mm are not beneficial due to the increased embodied emissions of insulation materials will exceed the reduced emissions from decreasing the building energy consumption. The gained benefits after applying insulation materials during 30 years building lifespan are much higher than the initial investments including material costs and installation labor fees.