Life Cycle Assessment (LCA) and environmental comparison the selected construction methods of residential buildings in traditional and straw cubes technology - a case study

• Autorzy: Fąfara Marta , Łukaszewski Łukasz , Owczarek Eliza , Źrebiec Izabela

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.141883

Warianty tytułu

PL

Ocena cyklu życia (lca) oraz porównanie wpływu na środowisko wybranych metod budowania domów jednorodzinnych w technologii tradycyjnej i kostek słomy - studium przypadku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Popular, traditional building materials typically exhibit a high energy intensity and a detrimental effect on the environment. Only a negligible part of them are recovered and recycled, re-used in the building trade or other branches of industry. However, the technology of building detached houses based on ceramic blocks is still most often favored by investors due to its price and high availability (in terms of materials and workmanship). The research indicates that 25-30% of CO2 emissions generated by buildings originate from materials and their manufacturing process. In contrast, 70-75% can be attributed to the use of buildings over a longer period of time. As a result, the importance of alternative materials with minimal environmental impacts is growing year by year. Eco-friendly housing, using natural products, pollutes the environment less significantly compared to conventional construction. Its key element is the use of materials characterized by the lowest possible degree of processing, and thus by the lowest possible embodied energy. A type of material that perfectly fits into the above assumptions is straw bale. The purpose of the article focus on, four variants of a construction of detached house have been compared by means of the LCA method. Variant I - the reference one, presents the technology utilizing ceramic hollow bricks, variants II, III and IV are eco-friendly technologies employing wood and straw. The study presents the amount of energy required for construction and carbon footprint that remains in the environment following the construction of the buildings.

PL

Popularne, konwencjonalne materiały budowlane zwykle charakteryzują się wysoką energochłonnością i szkodliwym oddziaływaniem na środowisko. Tylko niewielka ich część poddawana jest procesom odzysku i recyklingu, do ponownego użycia w budownictwie czy też innych gałęziach przemysłu. Technologia budowania domów jednorodzinnych z bloczków ceramicznych jest jednak wciąż najczęściej wybierana przez inwestorów z uwagi na cenę i dużą dostępność (materiałową i wykonawczą). Badania wskazują, ze 25-30% emisji CO2 generowanej przez budynki pochodzi z materiałów oraz procesu ich produkcji. Natomiast 70-75% odpowiedzialne jest użytkowanie budynków w dłuższym okresie czasu. W rezultacie znaczenie alternatywnych materiałów o minimalnym wpływie na środowisko naturalne jest z roku na rok coraz większe. Budownictwo ekologiczne, używając produktów naturalnych, znacznie mniej zanieczyszcza otoczenie naturalne niż budownictwo konwencjonalne. Kluczowym jego elementem jest stosowanie materiałów o jak najmniejszym stopniu przetworzenia, a co za tym idzie o jak najmniejszej energii wbudowanej. Materiałem, który doskonale wpisuje się w powyższe założenia są kostki słomy, tzw. straw bale, które na przestrzeni ostatnich lat są coraz chętniej używane w budownictwie ekologicznym. W artykule, za pomocą metody LCA porównano cztery warianty budowy domu jednorodzinnego. Wariant I - referencyjny, przedstawia technologie z wykorzystaniem pustaka ceramicznego, wariant II, III i IV to technologie ekologiczne z wykorzystaniem drewna i słomy. W badaniach przedstawiono ilość energii potrzebnej do wybudowania i ślad węglowy jaki pozostaje w środowisku po wybudowaniu obiektów. Porównano także ich parametry ekonomiczne takie jak rzeczywiste koszty materiałów i wykonawstwa. Wyniki badań są źródłem wiedzy w temacie projektowania ekologicznego z wykorzystaniem słomy. Pokazują i zachęcają do wykorzystania zrównoważonego projektowania w architekturze domów jednorodzinnych.

Słowa kluczowe

EN

straw bale; carbon dioxide reduction; life cycle assessment; LCA; sustainable material; market acceptance; single-family building; traditional technology; green technology

PL

kostka słomiana; redukcja dwutlenku węgla; ocena cyklu życia; LCA; materiał zrównoważony; akceptacja rynku; budynek jednorodzinny; technologia tradycyjna; technologia ekologiczna

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 3
• Strony: 241--255
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., il., tab.

Twórcy

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

Źrebiec Izabela

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

• https://orcid.org/0000-0003-0342-0388

Bibliografia

• [1] GUS, “Statistics Poland, 2019”. [Online]. Available: https://stat.gov.pl/en/. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [2] M.M. Campbell, A.M. Brunner, H.M. Jones, S.H. Strauss, “Forestry’s fertile crescent: the application of biotechnology to forest trees”, Plant Biotechnology Journal, 2003, vol. 1, no. 3, pp. 141-154, DOI: 10.1046/j.1467-7652.2003.00020.x.
• [3] European Commission, 2019. [Online]. Available: https://ec.europa.eu/growth/sectors/raw-materials/industries/forest-based/woodworking_en. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [4] Deutche Statistiche Budesamst, 2019. [Online]. Available: https://www-genesis.destatis.de/genesis/online?operation=previous&levelindex=0&step0&titel=Tabellenaufbau&levelid=1610198425986&accepts cookies=false#abreadcrumb. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [5] GUS, Statistics Poland, 2019. [Online]. Available: https://stat.gov.pl/en/. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [6] Norway statistics, 2019. [Online]. Available: http://www.ssb.no/. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [7] D.D’Agostino, L. Daraio, C. Marino, F. Minichiello, “Cost-optimal methodology and passive strategies for building energy efficiency: a case-study”, Architectural Science Review, 2018, vol. 61, no. 6, pp. 400-409, DOI: 10.1080/00038628.2018.1491826.
• [8] A.S. Jayawardana, N.G.R. Perera, L.A.S.R. Perera, “Cradle to Gate” assessment of material related embodied carbon: A design stage stratagem for mid-rise housing in Sri Lanka”, Energy & Buildings, 2021, vol. 230, DOI: 10.1016/j.enbuild.2020.110542.
• [9] R. Gellert, “Inorganic mineral materials for insulation in buildings”, in Materials for Energy Efficiency and Thermal Comfort in Buildings. Cambridge, 2010, pp. 193-228, DOI: 10.1533/9781845699277.2.193.
• [10] M. Kozień-Woźniak, M. Fąfara, E. Owczarek, M. Gierbienis, Ł. Łukaszewski, “Life Cycle Assessment of composite straw bale technology in residential buildings in the context of environmental, economical and energy perspectives - case study”, Archives of Civil Engineering, 2021, vol. 67, no. 2, pp. 49-65, DOI: 10.24425%2Face.2021.137154.
• [11] T. Woolley, S. Kimmins, “Green building handbook: vol. 2: A guide to building products and their impact on the environment”, Spon Press, 2000.
• [12] L. Foissac, “La construction en paille. Principes fondamentaux - Techniques de mises en oeuvre - Exemples de réalisations”. Terre Vivante, 2012, pp. 219-223.
• [13] Ecological Building Network, “Fire tests of Building Construction and Materials”, 2007. [Online]. Available: http://www.dcat.net/resources/Cement_Stucco_Wall.pdf. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [14] G. Minke, B. Krick, “Podręcznik budowania z kostek słomy”. Łódź: Fundacja Cohabitat, 2015.
• [15] J. Ružicka, “Test of fire resistance of a plastered strawbale wall”, 2011. [Online]. Available: https://www. baubiologie.at/download/firetests/FireTest-2011-CZ-certificate.pdf. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [16] S. Platt, D. Maskell, P. Walker, A. Laborel-Préneron, “Manufacture and characterisation of prototype straw bale insulation products”, Construction and Building Materials, 2020, vol. 262, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120035.
• [17] J-P. Costes, A. Evrard, B. Biot, G. Keutgen, A. Daras, S. Dubois, F. Lebeau, L. Courard, “Thermal Conductivity of Straw Bales: Full Size Measurements Considering the Direction of the Heat Flow”, Buildings, 2017, vol. 7, no. 1, DOI: 10.3390/buildings7010011.
• [18] O. Douzane, G. Promis, J-M. Roucoult, A.-D.T. Le, T. Langlet, “Hygrothermal performance of a straw bale building: In situ and laboratory investigations”, Journal of Building Engineering, 2016, vol. 8, pp. 91-98, DOI: 10.1016/j.jobe.2016.10.002.
• [19] L. Conti, M. Barbari, M. Monti, “Steady-State Thermal Properties of Rectangular Straw-Bales (RSB) for Building”, Buildings, 2016, vol. 6, no. 4, DOI: 10.3390/buildings6040044.
• [20] A.D. Shea, K. Wall, P. Walker, “Evaluation of the thermal performance of an innovative prefabricated natural plant fibre building system”, Building Services Engineering Research and Technology, 2013, vol. 34, no. 4, pp. 369-380, DOI: 10.1177/0143624412450023.
• [21] C. Rojas, M. Cea, A. Iriarte, G. Valdés, R. Navia, J-P. Cárdenas-R, “Thermal insulation materials based on agricultural residual wheat straw and corn husk biomass, for application in sustainable buildings”, Sustainable Materials and Technologies, 2019, vol. 20, DOI: 10.1016/j.susmat.2019.e00102.
• [22] C. Buratti, E. Belloni, F. Merli, V. Zanella, P. Robazza, C. Cornaro, “An innovative multilayer wall composed of natural materials: Experimental characterization of the thermal properties and comparison with other solutions”, Energy Procedia, 2018, vol. 148, pp. 892-899, DOI: 10.1016/j.egypro.2018.08.097.
• [23] R. Dalmeijer, “Straw-bale Sound Isolation and Acoustics”, The Last Straw, 2006, no. 53. [Online]. Available: https://www.thelaststraw.org/strawbale-sound-isolation-acoustics/. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [24] R. Deverell, S. Goodhew, R. Griffiths, P. De Wilde, “The noise insulation properties of non-food-crop walling for schools and colleges: A case study”, Journal of Building Appraisal, 2009, vol. 5, pp. 29-40, DOI: 10.1057/jba.2009.11.
• [25] S. Dance, P. Herwin, “Straw bale sound insulation: Blowing away the chaff”, in Proceedings of Meetings on Acoustics, 2013, vol. 19, no. 1, DOI: 10.1121/1.4798962.
• [26] M. Zatylny, “Uwarunkowania formalno-prawne dla budownictwa naturalnego w Europie i w Polsce ze szczególnym uwzględnieniem zastosowania kostek słomy”, Program Narodów Zjednoczonych ds. Rozwoju (UNDP). [Online]. Available: https://issuu.com/pawesroczyski/docs/uwarunkowania_formalno-prawne_ budownictwa_naturaln. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [27] [Online]. Available: http://zpok.pk.edu.pl/research/calculations1.pdf. [Accessed: 10. Dec. 2021].
• [28] Ch. H.(Alex) Koh, D. Kraniotis, “A review of material properties and performance of straw bale as building material”, Construction and Building Materials, 2020, vol. 259, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120385.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).