Evaluation of initial embodied energy operational energy and recycling-reuse potential: a case study on contemporary housing in Spain

Abstract

The aim of this study is to understand the relationship between initial embodied, operation energy consumption and CO2 emissions and recycling/reuse potential of industrialized and conventional systems in architecture. This investigation establishes the impacts of residential buildings and shows the role of early design decisions on this subject. The whole process, from design phase to demolition is evaluated.

In this study, general properties of residential buildings in Catalonia, classification according to principal construction types and major features related with energy/emission character are investigated. Recently constructed residential buildings’ properties are compared with three created cases. Reference building is selected as a recently constructed industrialized modular system building in Catalonia and considered as medium-lightweight with minor revisions from the original module. Other two cases are created as lightweight industrialized and heavyweight conventional system with the same building plan of reference case. Three cases are evaluated respect to each other, since thermal masses are different. Impacts of trends in the three cases on the energy consumption and emissions are examined. The relationship between initial embodied energy and life time (fifty years) operational energy are evaluated using unit data values and heating/cooling demand calculation. Recycling/reuse potentials are evaluated with and introduced methodology. However, unit data values are used and indirect effects are not considered.

At the final part of the study, total embodied carbon at the end of the life time for three cases is compared and possible savings are discussed for future applications. Furthermore, required recruitment possibilities for industrialized modules and for conventional system are proposed according to the results of the embodied and operational carbon, as well as the possible savings by recylcling/reuse. Transport and packing system rating is discussed and future recommendations are made.

El objetivo de este estudio es entender la relación entre la energía y las emisiones de CO2 inicialmente incorporados a su vez también el consumo de energía y las emisiones de CO2 del uso y el potencial de reciclaje/reutilización de los sistemas industrializados y los sistemas convencionales utilizados en la arquitectura. Esta investigación establece el impacto de los edificios residenciales y muestra la importancia de las decisiones en la fase principal del diseño sobre este tema. Se ha evaluado el proceso, desde el diseño hasta la demolición. Se investigan las propiedades generales de algunos edificios residenciales en Cataluña, se clasifican según el tipo de construcción y según las características principales relacionadas con el carácter de la energía/emisiones. Las propiedades de la construcción nueva de edificios residenciales se han comparado con tres casos de estudio. Eligiendo un edificio de referencia, de construcción reciente, el cual posee un sistema industrializado modular, emplazado en Cataluña y se ha considerado como medio-ligero. Los otros dos casos se han construido con un sistema ligero industrializado y convencional pesado con la misma planta del edificio de referencia. Los tres casos se han evaluado con respecto a los otros, ya que las masas térmicas son distintas. Los impactos de las tendencias en el consumo de energía y las emisiones se han examinado en los tres casos. Se ha evaluado la relación entra la energía incorporada inicialmente y la energía de uso durante su vida útil (cincuenta años), utilizando el método de “unit data” y calculando la demanda de calefacción y refrigeración. Se ha evaluado el potencial de reciclaje/reutilización, con una metodología introducida. Sin embargo, los valores de “unit data” se han utilizado sin considerar los efectos indirectos. En la parte final de este estudio, se ha comparado el total de carbono incorporado al final de vida útil de los edificios, para los tres casos y se discuten los posibles ahorros para aplicaciones en el futuro. Además, las posibilidades de mejora para los sistemas industrializados y para el sistema convencional se han evaluado. Se proponen los posibles ahorros en reciclaje/reutilización según los valores de energía incorporada y de uso. También se discute la valoración del transporte y sistema de embalaje, haciendo recomendaciones para el futuro.