Assessment of the environmental profile incidence of mechanical, electrical, and plumbing systems in two different types of buildings

The construction sector is one of the most imposing industries in terms of environmental impact, responsible for 40% of the energy consumption and its associated 37% of emissions for the production of building materials and components, registered in the European context. The European Commission released acts of remarkable importance to oppose this trend, starting from the Green Deal in 2019 to arrive at the Fit for 55% package and the new version of the Energy Performance of Buildings Directive specifically drafted and revised for the building sector. This research aimed to investigate the environmental impact of two different case studies, developing a global analysis for both, from which a specific focus on the load given by building services was extrapolated. These components are, in fact, subjected to a remarkable knowledge gap: the research wanted to investigate their emissions, trying to demonstrate that these can be more considerable than expected or estimated. The Life Cycle Assessment (LCA) methodology was adopted and conducted according to the requirements of European regulations, such as EN 15978 and EN 15804, framed inside Level(s), to detect the environmental profile of these, both in terms of embodied and operational emissions. The two case studies differed in terms of location, surface, technology, and category use. An office in Milan was studied, together with a hospital in Palermo. The environmental profile incidence of building systems was studied in both these cases with One Click LCA. Results for building services were the following: 546 kgCO2eq / m2 of Net Internal Floor Area (NIA) out of the 2 446 kgCO2eq / m2 of NIA for the office; 717 kgCO2eq / m2 of Gross Floor Internal Area (GIFA) out of the 1 389 kgCO2eq / m2 of GIFA for the hospital. Then, a deeper focus on building services was conducted. An energetic system composed of a chiller and an evaporative cooling tower was extracted from the hospital and studied separately using SimaPro (with the ecoinvent database) and One Click LCA. This was done to demonstrate the existence of remarkable discrepancies in results between the two modelling systems when dealing with the same object of study: a difference of around 30% in the outputs was found, starting from the same input data. Specifically, 72.2 gCO2eq / kWhth was obtained in SimaPro and 103 gCO2eq / kWhth was obtained from One Click LCA. The magnitude of this deviation demonstrates that certain results are characterized by a considerable degree of relativity. In conclusion, the author aims to show that such systems cannot be neglected and that this field of research needs to increase the knowledge and interest in these, trying to implement and consolidate their components in the LCA analyses.

Il settore delle costruzioni è una delle industrie più gravose in termini di impatto ambientale, responsabile per il 40% del consumo energetico e del 37% di emissioni associate alla produzione di materiali da costruzione e componenti, registrati nel contesto europeo. La Commissione Europea ha rilasciato degli atti di riguardevole importanza con lo scopo di contrastare questa tendenza, dal Green Deal del 2019, arrivando al più recente pacchetto Fit for 55% e alla nuova versione dell’Energy Performance Building Directive, specificamente redatto e revisionato per il settore edile. Questa ricerca si è posta l’obiettivo di investigare l’impatto ambientale dato da due casi studio, sviluppandone un’analisi globale, da cui è stato estrapolato un focus specifico sul carico ambientale imposto dai sistemi impiantistici. Questi componenti, infatti, sono soggetti ad un significativo knowledge gap: questa ricerca ha voluto investigare le loro emissioni, cercando di dimostrare che queste possono essere più considerevoli di quanto aspettato o stimato. Per tracciarne il profilo ambientale, sia in termini di emissioni incorporate e di fase d’uso, il metodo Life Cycle Assessment (LCA) è stato adottato, sviluppandolo secondo i requisiti delle normative europee, quali EN 15978 ed EN 15804, dentro il framework Level(s). I due casi studio differivano in termini di localizzazione, superficie, tecnologia, e categoria d’uso. Sono stati studiati un ufficio a Milano ed un ospedale a Palermo. L’incidenza del profilo ambientale dei sistemi impiantistici è stata studiata per entrambi in One Click LCA. I risultati per entrambi gli edifici sono stati i seguenti: 546 kgCO2eq / m2 di Superficie Netta Interna (NIA) su 2 446 kgCO2eq / m2 per l’ufficio; 717 kgCO2eq / m2 di Superficie Interna Lorda (GIFA) su 1 389 kgCO2eq / m2 per l’ospedale. Successivamente, un’analisi più approfondita sui sistemi impiantistici è stata effettuata. Un sistema energetico, composto da un chiller e da una torre evaporativa estratti dal caso studio dell’ospedale, è stato studiato separatamente usando SimaPro (con il database ecoinvent) e One Click LCA. Questo è stato fatto per dimostrare che esistono differenze significative nei risultati dei due sistemi di modellazione, anche se nella valutazione di uno stesso oggetto di studio: uno scarto di circa il 30% nei risultati è stato trovato, a partire dagli stessi dati di input. Nello specifico, 72.2 gCO2eq / kWhth ottenuti in SimaPro e 103 gCO2eq / kWhth da One Click LCA. L’ordine di grandezza di questa differenza dimostra che certi risultati sono caratterizzati da un importante grado di relatività. In conclusione, l’autore ambisce a provare che i sistemi impiantistici non possono essere trascurati e che questo campo di ricerca necessita di incrementare la conoscenza e l’interesse verso questi, provando ad implementarli e consolidarli nelle analisi LCA.