Definition of environmental criteria for rating heating, ventilation, and air conditioning systems based on the LCA method

In buildings, energy consumption and carbon dioxide production are two major problems. The principal energy consumers in buildings are heating, ventilation, and air conditioning systems, which have not been thoroughly investigated with a life cycle assessment approach. By using life cycle assessment methods, the research compares two distinct heating, ventilation, and air conditioning systems in terms of their environmental impacts. The target group could be the energy systems which will be installed in mega event organizations like Milano Cortina 2026 or other temporary buildings which will be placed in Milano, Italy. The different heating, ventilation, and air conditioning system types being analyzed include an electric heat pump and natural gas boiler. According to the reported energy need for the new buildings in Italy, for both systems, it is considered equal to 89.1 [kWh /m2 /y] and as a hypothesis, the area is 150 [m2]. The environmental footprints are analyzed using the environmental life cycle assessment method. The life cycle assessment was conducted in accordance with ISO 14040-44 and EN 15804 standards. It was performed using SimaPro software with the ecoinvent v3 database. The life cycle impact assessment method used was EN 15804 + A2 Method V1.03 / EF 3.0; utilized to determine the characterization, normalization, and weighting procedures. The purpose and scope of the life cycle assessment, the life cycle inventory, the life cycle impact analysis, and the interpretation are all fully described in this study. Since the weight of two impact categories of “climate change” and “Resource use, minerals, and metals” prevailed over the rest of the categories, the focus of this research was put on these two impact categories. Findings demonstrate that the usage phase of the natural gas boiler with a ratio of 77% and the end-of-life stage of the electric heat pump with a ratio of 51% under the impact category of climate change and components with ratios of 55% and 99% for electric heat pump and natural gas boiler respectively, under the impact category of resource use mineral and metals, have the significant influence on the environment. The variables impacting these effect categories were identified with a deeper investigation. In conclusion, the rating system is proposed to reduce CO2eq emissions and the depletion of natural non-fossil resources in heating, ventilation, and air conditioning systems with temporary operation. This rating system introduces the criteria to manage the refrigerant, wastes and energy, that have a high potential for controlling the environmental impact and strategies for converting existing systems to eco-friendly ones. According to the results of the life cycle assessment and considering the green rating building systems, the points are assigned for each of the criteria set. Another useful technique for simplifying the evaluation of these systems is rating.

Negli edifici, il consumo di energia e la produzione di anidride carbonica sono due grandi problemi. I principali consumatori di energia negli edifici sono i sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria, che non sono stati studiati a fondo con un approccio di valutazione del ciclo di vita. Lo scopo di questa ricerca è confrontare gli impatti ambientali di due distinti sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria con un approccio di valutazione del ciclo di vita. Il gruppo target potrebbe essere costituito dai sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria che saranno installati in organizzazioni di mega eventi come Milano Cortina 2026 o altri edifici temporanei che saranno collocati a Milano, in Italia. Le diverse tipologie di impianto di riscaldamento, ventilazione e condizionamento oggetto di analisi comprendono la pompa di calore elettrica e la caldaia a gas naturale. Secondo il fabbisogno energetico riportato per i nuovi edifici in Italia, per entrambi gli impianti, è considerato pari a 89.1 [kWh /m2 /a] e come ipotesi l'area è di 150 [m2]. Le impronte ambientali vengono analizzate utilizzando il metodo di valutazione del ciclo di vita ambientale. La valutazione del ciclo di vita è stata condotta in conformità agli standard ISO 14040-44 e EN 15804. È stato eseguito utilizzando il software SimaPro con il database ecoinvent v3. Il metodo di valutazione dell'impatto del ciclo di vita utilizzato è stato EN 15804 + Metodo A2 V1.03 / EF 3.0; utilizzato per determinare le procedure di caratterizzazione, normalizzazione e ponderazione. Lo scopo e l'ambito della valutazione del ciclo di vita, dell'inventario del ciclo di vita, dell'analisi dell'impatto del ciclo di vita e dell'interpretazione sono tutti ampiamente descritti in questo studio. Poiché il peso di due categorie di impatto "cambiamento climatico" e "Uso delle risorse, minerali e metalli" ha prevalso sul resto delle categorie, l'attenzione di questa ricerca si è concentrata su queste due categorie di impatto. I risultati dimostrano che la fase di utilizzo della caldaia a gas naturale con un rapporto del 77% e la fase di fine vita della pompa di calore elettrica con un rapporto del 51% nella categoria di impatto del cambiamento climatico e dei componenti con rapporti del 55% e 99 % rispettivamente per la pompa di calore elettrica e la caldaia a gas naturale, nella categoria di impatto dell'uso delle risorse minerali e metalli, hanno un'influenza significativa sull'ambiente. Le variabili che influenzano queste categorie di effetti sono state identificate con un'indagine più approfondita. In conclusione, il sistema di rating è proposto per ridurre le emissioni di CO2eq e l'esaurimento delle risorse naturali non fossili negli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento con funzionamento temporaneo. Questo sistema di rating introduce i criteri per la gestione del refrigerante, dei rifiuti e dell'energia, che hanno un alto potenziale per il controllo dell'impatto ambientale e le strategie per convertire i sistemi esistenti in quelli ecologici. In base ai risultati della valutazione del ciclo di vita e considerando i sistemi di green rating degli edifici, vengono assegnati i punti per ciascuno dei criteri stabiliti. Un'altra tecnica utile per semplificare la valutazione di questi sistemi è il rating.