Dynamic environmental life cycle assessment model of a building

This thesis presents a comprehensive Life Cycle Assessment (LCA) of a five-story building located in Milan, spanning a total gross floor area of 492 m2 and 286 m2 of conditioned space per floor. The primary objective is to develop a dynamic model for the building's life cycle and subsequently compare it with the static LCA model, identifying discrepancies and overestimations. The study also includes the dynamic climate profile of the electricity distributed based on decarbonisation scenarios. Motivated by the need for accurate and reliable sustainability assessments, this research addresses key scientific questions related to the life cycle environmental burden of the building, emphasizing the importance of dynamic modeling in capturing temporal variations and accurately reflecting the environmental performance over time. The methodological approach thoroughly examines the building's life cycle stages, from construction to operation and eventual decommissioning, integrating data on energy consumption, material use, and waste generation. In addition, the dynamic model was developed using Python and subsequently implemented in Excel for ease of use and accessibility. This integration of programming and spreadsheet tools enhances the transparency and reproducibility of the model, facilitating further research and applications within the field. The findings of this study contribute valuable insights into the limitations of static LCA models and underscore the significance of adopting dynamic approaches for a more accurate representation of the environmental impacts associated with the building's life cycle. The outcome achieved can be summarized in: (i) 1,710 kgCO2eq / m2 of floor conditioned area (for the static model) and (ii) 643 kgCO2eq / m2 of floor conditioned area. Importantly, the research recognizes the presence of a fifth-generation district heating and cooling system to supply the services of space heating, space cooling, and domestic hot water, influencing the energy dynamics and sustainability profile. The relevance and impact of the research extend to the broader field of sustainable building design and operation, providing a foundation for improved decision-making in the pursuit of environmentally responsible practices.

Questa tesi presenta una completa Analisi del Ciclo di Vita (LCA) di un edificio di cinque piani situato a Milano, con una superficie costruita di 492 m2 per piano e 286 m2 di superficie di pavimento condizionata per piano. L'obiettivo principale è sviluppare un modello dinamico per il ciclo di vita dell'edificio e successivamente confrontarlo con il modello LCA statico, identificando discrepanze e sovrastime. Lo studio include anche l'implementazione di un modello dinamico al fine di valutare il profilo climatico dell’elettricità distributa utilizzando scenari di decarbonizzazione. Motivata dalla necessità di valutazioni di sostenibilità accurate e affidabili, questa ricerca affronta domande scientifiche chiave relative agli impatti del ciclo di vita dell'edificio, sottolineando l'importanza della modellazione dinamica nel catturare variazioni temporali e riflettere accuratamente le performance ambientali nel tempo. L'approccio metodologico prevede un'esaminazione approfondita delle fasi del ciclo di vita dell'edificio, dalla costruzione all'operatività e alla successiva dismissione, integrando dati su consumo energetico, uso di materiali e generazione di rifiuti. Inoltre, il modello dinamico è stato sviluppato utilizzando Python e successivamente implementato in Excel per facilitarne l'uso e l'accessibilità. Questa integrazione di strumenti di programmazione e fogli di calcolo migliora la trasparenza e la riproducibilità del modello, agevolando ulteriori ricerche e applicazioni nel settore. I risultati di questo studio forniscono preziose intuizioni sulle limitazioni dei modelli LCA statici e sottolineano l'importanza di adottare approcci dinamici per una rappresentazione più accurata degli impatti ambientali associati al ciclo di vita dell'edificio. Il risultato ottenuto può essere riassunto come segue: (i) 1.710 kgCO2eq / m2 di area condizionata al piano (per il modello statico) e (ii) 643 kgCO2eq / m2 di area condizionata al piano. Inoltre, la ricerca riconosce la presenza di un sistema di teleriscaldamento di quinta generazione nel distretto dell'edificio, influenzando la dinamica energetica e il profilo di sostenibilità La rilevanza e l'impatto della ricerca si estendono al campo più ampio del design e dell'operatività sostenibili degli edifici, fornendo una base per un miglior processo decisionale nell'ambito delle pratiche ambientalmente responsabili.