Sustainability assessment of envelope wall solutions using MAXergy methodology

Abstract

Since the 1987 Brundtland Report and 1992 United Nations Rio Declaration on Environment and Development, the ideals of sustainable development have been influencing the decisions made by designers and policymakers in the building industry. In the European Union building construction and operation currently represent about half of all extracted materials, one third of all waste generated, one third of all water consumed, and half of all energy consumed. This work proposes a justification for using regrowable biotic envelope wall building solutions to reduce these negative impacts and act as a more sustainable alternative to conventional wall solutions. A comparative Life Cycle Sustainability Assessment (LCSA) was conducted to evaluate the combined material-energy impact for adapted Netherlands straw, hemp/flax, and brick envelope wall elements within a theoretical closed loop system. The MAXergy methodology and Embodied Land Tool were used to provide a functional framework for the assessment by calculating a solution’s embodied land for a wide range of thermal resistance states, which provided a physical and realistic unit to represent a closed system’s resource capacity. The initial assessment resulted in the brick solution having an average of 17.9 times and 25.8 times more embodied land than the straw and hemp/flax solutions respectively. Depending on each solution’s inputted material and PV panel rates of change, different optimum thermal resistance conditions were found. An additional analysis was conducted to determine a better understanding of the relationship between the material and PV panel impact on embodied land. The results provide a structure for recognizing aspects such as material density, thermal conductivity, climate zone and equipment coefficients of performance as significantly influential factors that shift the optimum embodied land conditions to a higher or lower thermal resistance value. With further development including more in-depth energy simulations and absolute material details, an ideal range of criteria could be determined and applied to a wide variety of building solutions in order to achieve optimal embodied land.

Desde o Relatório Brundtland de 1987 e da Declaração do Rio 1992 das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, os ideais de desenvolvimento sustentável têm influenciado as decisões tomadas por projetistas de edifícios e decisores políticos na indústria da construção. Na União Europeia a construção e operação de edifícios representam atualmente cerca de metade de todos os materiais extraídos, um terço de todos os resíduos gerados, um terço de toda a água consumida e metade de toda a energia consumida. Este trabalho propõe uma justificação para a utilização de soluções de construção de paredes-envelope bióticas regrowable para reduzir estes impactos negativos, apresentando-se como uma alternativa mais sustentável às soluções de paredes convencionais. Foi realizado neste trabalho um estudo comparativo da Avaliação de Sustentabilidade do Ciclo de Vida (LCSA - Life Cycle Sustainability Assessment) para avaliar o impacto combinado de material e energia em blocos de fachada teoricamente executados em palha Holandesa adaptada, cânhamo/linho e paredes exteriores em tijolo, num sistema teórico de circuito fechado (closed loop system). A metodologia MAXergy e Embodied Land Tool foram usadas para fornecer um quadro funcional para a avaliação calculando a terra incorporada de uma solução para uma ampla gama de estados de resistência térmica, o que forneceu uma unidade física e realista para representar a capacidade de recursos do sistema fechado. A avaliação inicial resultou numa solução de bloco com uma média de 17,9 vezes e 25,8 vezes mais terra incorporada do que as soluções de palha e de cânhamo/linho, respetivamente. Dependendo do material imputado a cada uma das soluções e das taxas de mudança dos painéis FV, foram encontradas condições para diferentes resistências térmicas ótimas. Uma análise adicional foi realizada para determinar a melhor compreensão da relação entre o material e o impacto do painel fotovoltaico na terra incorporada. Os resultados fornecem uma estrutura para o reconhecimento de aspetos como a densidade do material, condutividade térmica, zona climática e coeficientes de desempenho de equipamentos como fatores significativamente influentes que mudam as condições ótimas de terra incorporada para um valor maior ou menor de resistência térmica. Com um maior desenvolvimento, incluindo simulações mais aprofundadas da energia e de detalhe do material total poderia ser determinada uma faixa de critérios ideais a serem aplicados a uma grande variedade de soluções de construção a fim de alcançar o nível ótimo de terra incorporada.