Life cycle assessment of composite straw bale technology in residential buildings in the context of environmental, economical and energy perspectives - case study

• Autorzy: Kozień-Woźniak Magdalena , Fąfara Marta , Łukaszewski Łukasz , Owczarek Eliza , Gierbienis Marcin

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.137154

Warianty tytułu

PL

Ocena cyklu życia technologii straw bale w budynkach jednorodzinnych w aspekcie środowiskowym, ekonomicznym i energetycznym - studium przypadku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Occurrences associated with the phenomena of climate change are increasingly visible. Effects of progressive environmental pollution are monitored with growing concern. Still, in the construction sector, the choice of sustainable materials and the knowledge concerning them is insignificant. Studies have shown that single-family residential buildings form the largest share of new buildings in Central European countries. It should be assumed that it is the improvement of this particular section of the construction sector to be the goal of further development of societies. This paper presents a case study of the construction of a house using straw - a material that, on the one hand, is a product associated with local tradition, while significantly reducing carbon footprint of its production and use, on the other. The construction of a prototypical house with the application of composite technology, i.e. timber framing with straw bale infill, was compared with a conventional method (ceramic masonry units) which is currently the most popular choice for building single-family houses in Poland. The study is based on the building’s life cycle assessment (LCA) over its consecutive phases as a tested and reliable method of the verification of a material’s impact on the environment.

PL

Z coraz większą uwagą przyglądamy się zjawiskom związanym ze zmianami klimatycznymi, coraz bardziej widocznymi, ale również odczuwalnymi psychofizycznie skutkami postępującego zanieczyszczenia środowiska. Temat rozwiązań przyjaznych środowisku przestał być jedynie ciekawostką, ale stał się realnym zagadnieniem, które podejmowane jest w wielu dziedzinach życia społeczeństw oraz dyskusji ogólnoświatowych. Począwszy od sposobu pozyskiwania surowców, poprzez gospodarkę i wiele sektorów przemysłowych. Nie inaczej jest również z budownictwem. Badania pokazują, że największy procent powstających budynków w krajach Europy środkowej stanowią budynki mieszkalne jednorodzinne. Należy założyć, że to właśnie poprawa tej części sektora budowlanego powinna stanowić cel dalszego rozwoju społeczeństw. W branży budowlanej wybór zrównoważonych materiałów i wiedza o nich wciąż nie jest duża. Pokazują to ankiety, które zostały wykonane również w ramach niniejszego artykułu. Jednocześnie wybór takich produktów na wczesnym etapie projektowania domu, porównując ich parametry, pozwala prowadzić do zmian w kierunku realizacji zrównoważonego budownictwa. W założeniu dalszego rozwoju ekologicznych postaw społecznych, ale przede wszystkim spodziewanych, bo już dziejących się zaostrzeń związanych z prawnymi regulacjami m.in. Unii Europejskiej możemy spodziewać się, że wybór materiałów ekologicznych będzie celem przyszłości. W oparciu o tę obiecującą tezę artykuł prezentuje przykład studium przypadku budowy domu z wykorzystaniem słomy - materiału, który jest z jednej strony produktem związanym z tradycją lokalną, ale również wpływającego znacząco na redukcję śladu węglowego przy produkcji i eksploatacji. Przykład budowy prototypowego domu z wykorzystaniem mieszanej technologii tj. konstrukcji drewnianej z wypełnieniem z bloczka ze słomy został porównany z konwencjonalną, najczęściej wybieraną formą budowy domów jednorodzinnych w Polsce (bloczkiem ceramicznym). Badania opierają się o analizę podczas faz oceny całkowitego cyklu życiu (LCA), jako sprawdzonego i wymiernego sposobu weryfikacji wpływu materiału na środowisko. Na ich podstawie stwierdzono, że zastosowanie technologii mieszanej w budowie domów jednorodzinnych może być szansą dla rozwijającego się rynku budownictwa ekologicznego w Polsce. Budynki te wykazują znaczny potencjał w zakresie śladu ekologicznego nie tylko ze względu na użyte do ich budowy materiały, ale także poprzez proekologiczne zachowania ich mieszkańców. Charakterystyka i parametry domu, a w szczególności jego izolacyjność oraz koszty budowy pozwalają uznać trend łączenia technologii i rozwiązań materiałowych za szansę na upowszechnienie proekologicznych tendencji w budownictwie jednorodzinnym w Polsce. W artykule przedstawiono najważniejsze cechy fizyczne słomy. Odpowiednio wykonane i przechowywane bloczki ze słomy charakteryzują się parametrami, które pozwalają konkurować z popularnymi materiałami ocieplającymi ściany, takimi jak wełna mineralna czy styropian. Przedstawiony w artykule przypadek / prototyp potwierdza tezę, że dzięki zastosowaniu technologii kompozytowej słoma niekoniecznie musi kojarzyć się z tradycyjną architekturą końca XIX i początku XX wieku, ale może być ciekawą alternatywą dla współczesnych budynków jednorodzinnych.

Słowa kluczowe

EN

straw; straw bale; CO2 reduction; life cycle assessment; sustainable material; market acceptance

PL

słoma; kostka słomiana; redukcja CO2; ocena cyklu życia; materiał zrównoważony; akceptacja rynku

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 2
• Strony: 49--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kozień-Woźniak Magdalena

• Cracow University of Technology, Faculty of Architecture, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3102-4876

autor

Fąfara Marta

• Cracow University of Technology, Faculty of Architecture, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8014-0542

autor

Łukaszewski Łukasz

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7999-0788

autor

Owczarek Eliza

• Cracow University of Technology, Faculty of Architecture, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7013-5080

autor

Gierbienis Marcin

• Cracow University of Technology, Faculty of Architecture, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2822-2695

Bibliografia

• [1] UNEP. Buildings and Climate Change: Status, Challenges and Opportunities, 2007
• [2] Global Status Report Towards a zero- emission, efficient and resilient buildings and construction sector 2018, 2019 https://webstore.iea.org/download/direct/2930?fileName=2019_Global_Status_Report_for_Buildings_and_Construction.pdf
• [3] Pierzchalski M.: „Architektoniczna optymalizacja budynków mieszkalnych jednorodzinnych w zakresie oddziaływania na środowisko naturalne przy wykorzystaniu oceny cyklu życia (LCA)”. Doctoral thesis, Faculty of Architecture, Warsaw University of Technology, 2018
• [4] European Parliament resolution of 14 March 2019 on climate change - a European strategic long-term vision for a prosperous, modern, competitive and climate neutral economy in accordance with the Paris Agreement https://www.europarl.europa.eu/doceo/document/TA-8-2019-0217_EN.html
• [5] Roaf. S., Fuentes M., Thomas S.: „Ecohouse: a design guide”. Third edition, Architectural Press, Oxford, 2007 http://library.uniteddiversity.coop/Ecological_Building/Ecohouse-A_Design_Guide.pdf
• [6] Tech Sterowniki. 2017 https://www.techsterowniki.pl/blog_old/wp-content/uploads/2017/09/wyniki-ankiety-budowa-domu.pdf
• [7] D’Agostino D., Daraio L., Marino C., Minichiello F.: „Cost-optimal methodology and passive strategies for building energy efficiency: a case-study”. Architectural Science Review, 2018 https://doi.org/10.1080/00038628.2018.1491826
• [8] Główny Urząd Nadzoru Budowlanego w Polsce, 2019 https://www.gunb.gov.pl/sites/default/files/attachment/ruch_budowlany_2019.pdf
• [9] Generowicz N., Kowalski Z.: „Cascade use of post-production waste from the wood industry”. 93-94, Polityka Energetyczna - Energy Policy Journal Vol. 23, Issue 1, 87-102, PAN, 2020 https://doi.org/10.33223/epj/118781
• [10] Kozłowski J.: „Jak najlepiej wykorzystać lasy do sekwestracji dwutlenku węgla?” Nauka, 50-51, No.4, 47-56, PAN, 2019 doi:10.24425/nauka.2019.131141, http://journals.pan.pl/dlibra/publication/131141/edition/114545/content/jak-najlepiej-wykorzystac-lasy-do-sekwestracji-dwutlenku-wegla-kozlowski-jan?language=pl
• [11] Holland J. M.: „Challenges and Considerations for Housing in the Future”. Family & Consumer Sciences, 2018 https://doi.org/10.1111/fcsr.12288
• [12] Pickerill J.” „Critically Interrogating Eco-Homes”. International Journal of Urban and Regional Research, 2017 https://doi.org/10.1111/1468-2427.12453
• [13] Rączka J.W., “Architektura drewniana”, Krajowa Agencja Wydawnicza, Kraków, 5-13, 1990
• [14] Swentzell Steen A., Steen B., Bainbridge D., Eisenberg D., The straw bale hause, Green Publushing, Chelsea, 1994
• [15] Hyła M., Kupiec-Hyła D.: „Domy z lekkiej gliny. Poradnik budowy szkieletowych domów z wypełnieniem z lekkiej gliny”. Wydawnictwo Zarządu Zespołu Jurajskich Parków Krajobrazowych, Kraków, 10-12, 1994 Retrieved from: https://zpkwm.pl/wp-content/uploads/2018/07/Domy_z_lekkiej_gliny.pdf
• [16] BREEAM International New Construction 2016 Technical Manual SD233 1.0, p. 289-301
• [17] Jarosz Z.: „Technical potential of straw in Poland and environmental effects of its alternative use”. Zeszyty Naukowe Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Problemy Rolnictwa Światowego tom 17 (XXXII), zeszyt 2, 81-92, 2016 https://doi.org/10.22630/PRS.2017.17.2.28
• [18] Grover R., Emmitt S., Copping A.: „Sustainable development and architectural practice: Framing strategic approaches in the United Kingdom”. Sustainable development Vol. 27 Issue 3, 377-387, 2018 https://doi.org/10.1002/sd.1910
• [19] Sodagar B., Rai D., Jones B., Wihan J., Fieldson R.: „The carbon-reduction potential of straw-bale housing”. Building Research & Information, 39:1, 51-65, 2011 https://doi.org/10.1080/09613218.2010.528187
• [20] Holzhueter K., Itonaga K.: „The Hygrothermal Environment and Potential for Mold Growth within a Straw Bale Wall”. Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 9:2, 495-499, 2010 https://doi.org/10.3130/jaabe.9.495
• [21] Bakhoum E. S., Garas G. L., Allam M. E.: „Sustainability analysis of conventional and eco-friendly materials: A step towards green building”. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, vol. 10, no. 2, 2005 https://www.researchgate.net/publication/282307106
• [22] Brojan L. , Petric A. & L.Clouston P.: „Comparative study of brick and straw bale wall systems from environmental, economical and energy perspectives”. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, vol. 8, 920-926, 2013 http://www.arpnjournals.com/jeas/research_papers/rp_2013/jeas_1113_971.pdf
• [23] Plebankiewicz E., Zima K., Wieczorek D.: „Original Model For Estimating The Whole Life Costs Of Buildings And Its Verification”. Archives of Civil Engineering Vol. 65, Issue 2, 163-17, PAN, 2019 https://doi.org/10.2478/ace-2019-0026
• [24] GUS, Główny Urząd Starystyczny, 2019
• [25] Móder I., Lublóy E., Takacs L.G.: „ Fire safety questions of straw bale walls”, Epitoanyag - Journal of Silicate Based & Composite Materials, 2010, Vol. 2010 Issue 4, p120-124, Retrived from: https://www.researchgate.net/publication/269656268
• [26] Application of composite technology (timber framing with straw bale infill) compared to a conventional method (ceramic masonry units) - Calculations for a case study: a house in Raciechowice. http://zpok.pk.edu.pl/research/calculations.pdf
• [27] Gaj K.: „Carbon dioxide sequestration by Polish forest ecosystems”. Forest Research Papers, vol. 73, 17-21, 2012 https://doi.org/10.2478/v10111-012-0002-8
• [28] Chegut A., Eichholtz P., Kok N.: „The Price of Innovation: An Analysis of the Marginal Cost of Green Buildings”. Journal of Environmental Economics and Management, 2020 https://doi.org/10.1016/j.jeem.2019.07.003
• [29] Owczarek M.: „Radioactivity of building materials used in construction (ionizing radiation)”. Inżynieria Bezpieczeństwa Obiektów Antropogenicznych, vol. 4, 16-18, 2016 http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-990b3c7e-e549-44e6-b4bad91a4b7222fc/c/owczarek.pdf
• [30] Bossuyt D.: „The value of self-build: understanding the aspirations and strategies of owner-builders in the Homeruskwartier, Almere”. Housing Studies, 2020 https://doi.org/10.1080/02673037.2020.1720616
• [31] Giesekam J., Barrett J.R. & Taylor P.: „Construction sector views on low carbon building materials”. Building Research & Information, 2016 https://doi.org/10.1080/09613218.2016.1086872

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).