Klimagassutslipp fra tekniske systemer i bygninger: En utforskende studie av beregningsmetoder og resultater

Abstract

FNs miljøprogram (UNEP) sin statusrapport for 2022 viser at bygge- og anleggsnæringen står for en betydelig del av det globale energi- og CO2-utslippet. Rapporten peker på økende materialbruk som en viktig utfordring i arbeidet med å redusere utslippene. Det er imidlertid lite kunnskap om miljøpåvirkninger som kommer fra de tekniske systemene i bygninger. Formålet med denne masteroppgaven er å utforske dette temaet, med spesielt vekt på klimagassutslipp fra produksjon av komponenter i klimakontrollsystemet, vann- og avløpssystemet, samt det elektriske systemet i bygninger. Det vil bidra til å fylle kunnskapsgapet om miljøpåvirkningene fra tekniske systemer, og gi innsikt som kan være nyttig for beslutninger om rehabilitering og utskifting av komponenter i bygninger. Oppgaven har fire forskningsspørsmål som tar sikte på å undersøke tidligere studier, klimagassberegninger gjennom en casestudie og en sammenligning av disse.

Forskningsdesignet for oppgaven kan beskrives som en blanding av kvalitative og kvantitative metoder, kjent som en "mixed method research". Det involverer en kvalitativ litteraturstudie av tidligere forskning, som ble utført ved hjelp av både tradisjonelle og systematiske tilnærminger. Utvalgt litteratur ble identifisert gjennom søk i anerkjente databaser som Scopus og Web of Science. Videre involverte det en casestudie av Tordenskiolds gate 12 (T12), der klimagassutslippene fra bygningens tekniske systemer i produktfasen (A1-A3) ble beregnet gjennom kvantitativ dataanalyse. Som indikator for klimagassutslipp ble "Global Warming Potential" (GWP) benyttet. Klimagassutslippet ble beregnet ved å følge en arbeidsflyt som innebar bruk av en bygningsinformasjonsmodell (BIM), i kombinasjon med analyser av miljødeklarasjoner (EPD-er) og produktdatablader. Miljødataene ble hovedsakelig innhentet gjennom bruk av verktøyet One Click LCA, supplert med EPD-er fra nettsider til produktleverandører, samt utslippsfaktorer for materialer.

Tidligere studier konkluderer med at klimagassutslippene fra tekniske systemer utgjør en betydelig andel av produktfasen til en bygning. Beregningene er imidlertid avhengige av ulike parametere, slik som metode for kvantifisering av komponenter og materialer, samt tilgang på pålitelige miljødata. Det er av felles erfaring, både fra annen forskning og fra casestudien av T12, at det er mangel på produktspesifikk miljødata for tekniske komponenter. Det er derfor nødvendig å basere seg på EPD-er for lignende produkter og datablader med sammenlignbare materialekomposisjoner, noe som gir usikkerheter i beregningene. Generelle konklusjoner i litteraturen og i casestudien av T12 antyder at klimakontrollsystemet, spesielt ventilasjonsaggregater og -kanaler, genererer det største utslippet. Det er på grunn av komplekse komponenter som enten har høy vekt, innholder metaller med stort utslipp i produktfasen, eller begge deler.

Resultatene fra klimagassberegningene for de tekniske systemene i T12 er i stor grad påvirket av lav detaljeringsgrad i den anvendte BIM-modellen. Denne begrensningen medfører usikkerheter som skyldes betydelige antagelser i mengdeberegningene og ved innhenting av miljødata for komponentene. Vurderingen er likevel omfattende i den forstand at en stor andel av elementene i BIM-modellen er medberegnet, noe som anses som en styrke ved studien. Beregnet GWP er 78,65 kg CO2-ekvivalenter per kvadratmeter oppvarmet bruksareal for de tekniske systemene i T12.

Videre arbeid bør legge vekt på å redusere usikkerhetene i resultatene og utvikle mer tidseffektive metoder, for eksempel ved å forbedre datakvaliteten i BIM-modeller, og samarbeide med produsenter og leverandører for å få mer pålitelig informasjon om materialinnholdet i komponentene. Flere casestudier bør gjennomføres for å etablere generiske verdier for klimagassutslipp fra tekniske systemer, i tillegg til at alle livsløpsstadier og relevante miljøindikatorer bør inkluderes i miljøvurderingene. Implementeringen av slike forbedringer vil bidra til å styrke påliteligheten og effektiviteten av klimagassberegninger og miljøvurderinger av tekniske systemer.

The United Nations Environment Programme's (UNEP) status report for 2022 reveals that the construction industry accounts for a significant portion of global energy and CO2 emissions. The report highlights increasing material usage as a crucial challenge in efforts to mitigate emissions. However, there is a lack of knowledge regarding the environmental impacts arising from the technical systems within buildings. The objective of this master's thesis is to explore this subject, with particular emphasis on the greenhouse gas emissions resulting from the production of components in the building's climate control system, water and sanitation system, and electrical system. This research aims to fill the knowledge gap concerning the environmental impacts of technical systems and provide insights that can inform decisions regarding the rehabilitation and replacement of components in buildings. The thesis encompasses four research questions that seek to investigate previous studies, conduct greenhouse gas calculations through a case study, and compare the findings.

The research design for this thesis can be described as a mixed-method approach, incorporating both qualitative and quantitative methods. It involves a qualitative literature review of prior research conducted using traditional and systematic approaches. Relevant literature was identified through searches in reputable databases such as Scopus and Web of Science. Furthermore, it entails a case study of Tordenskiolds gate 12 (T12), where the greenhouse gas emissions from the building's technical systems during the production phase (A1-A3) were quantitatively analyzed. The Global Warming Potential (GWP) was employed as the indicator for greenhouse gas emissions. The emissions were calculated by following a workflow that involved utilizing a building information model (BIM) in conjunction with analyses of environmental product declarations (EPDs) and product datasheets. Environmental data were primarily gathered using the One Click LCA tool, supplemented by EPDs from product suppliers' websites and emission factors for materials.

Previous studies conclude that greenhouse gas emissions from technical systems constitute a significant proportion of a building's production phase. However, these calculations rely on various parameters, such as the quantification method for components and materials, as well as access to reliable environmental data. Both literature reviews and the T12 case study indicate a lack of product-specific environmental data for technical components. Consequently, reliance on EPDs for similar products and datasheets with comparable material compositions introduces uncertainties into the calculations. General conclusions in the literature and the T12 case study suggest that the climate control system, particularly ventilation units and ducts, generate the highest emissions due to complex components that either have high weight, contain highly emitting metals in the production phase, or both.

The results of the greenhouse gas calculations for T12's technical systems are largely influenced by the low level of detail in the applied BIM model. This limitation introduces uncertainties resulting from significant assumptions in quantity estimations and data collection for the components. Nonetheless, the assessment is comprehensive in the sense that a substantial portion of elements in the BIM model is included, which is considered a strength of the study. The calculated Global Warming Potential (GWP) is 78,65 kg CO2 equivalents per square meter of heated floor area for T12's technical systems.

Future work should focus on reducing uncertainties in the results and developing more time-efficient methods. This can be achieved by improving data quality in BIM models and collaborating with manufacturers and suppliers to obtain more reliable information regarding the material content of components. Conducting additional case studies to establish generic values for greenhouse gas emissions from technical systems is also recommended, along with incorporating all life cycle stages and relevant environmental indicators in the assessments. Implementing such improvements will strengthen the reliability and effectiveness of greenhouse gas calculations and environmental assessments of technical systems.