Environmental performance of a multi-residential building: a comparative Life Cycle Assessment of deep retrofit and timber-based new construction scenario

The progressive decarbonisation of the building sector has shifted the focus of environmental assessment from operational energy performance to embodied impacts and whole-life carbon. In this context, the assumption that deep retrofit is more sustainable than demolition and reconstruction warrants critical re-evaluation, particularly when low-carbon structural systems, such as mass timber, are adopted. This thesis presents a comparative Life Cycle Assessment (LCA) of a multi-residential building in Bolzano, Italy, analysing a realised deep retrofit intervention and a hypothetical demolition–reconstruction scenario using a cross-laminated timber (CLT) structural system. The new-construction scenario assumes the complete replacement of the existing building while maintaining equivalent geometry, functional layout, and energy performance targets, thereby ensuring comparability between the two strategies. Particular attention is given to the impact of the different building parts, previous demolition impacts, and alternative end-of-life pathways for timber elements, which are modelled to assess the sensitivity of the results. The findings show that, under conventional end-of-life assumptions and excluding prior demolition impacts, the timber-based reconstruction may achieve a slightly lower Global Warming Potential than the deep retrofit. However, this outcome depends on modelling choices, particularly with respect to carbon storage and waste treatment scenarios. When demolition impacts and alternative end-of-life pathways are considered, the comparative ranking becomes strongly conditional. Beyond numerical comparison, the thesis reflects on the practical implementation of circular strategies in the construction sector. The research highlights the gap between theoretical circularity assumptions in LCA and the current limitations of waste management infrastructures, regulatory frameworks, and market conditions. Furthermore, the research demonstrates that neither structural preservation nor timber-based reconstruction can be regarded as universally superior. Instead, environmental performance arises from the interaction among material systems, demolition processes, service-life assumptions, and circularity strategies. By explicitly addressing the uncertainties embedded in timber-based LCAs, this thesis advocates for a more transparent and assumption-aware application of life-cycle thinking in building transformation strategies, supporting more informed and context-sensitive decarbonisation decisions.

La progressiva decarbonizzazione del settore edilizio ha spostato l’attenzione della valutazione ambientale dalla sola prestazione energetica in esercizio agli impatti incorporati nei materiali e alle emissioni di carbonio lungo l’intero ciclo di vita. In questo contesto, la supposizione secondo cui il deep retrofit sia più sostenibile rispetto alla demolizione e ricostruzione richiede una rivalutazione critica, in particolare quando si adottano sistemi strutturali a basso contenuto di carbonio, come il legno. La presente tesi sviluppa un Life Cycle Assessment (LCA) comparativo di un edificio residenziale plurifamiliare situato a Bolzano, analizzando l’intervento di deep retrofit realizzato e uno scenario ipotetico di demolizione e ricostruzione basato su una struttura in legno lamellare incrociato (CLT), equivalente al progetto di retrofit in termini di geometria, distribuzione funzionale e obiettivi di prestazione energetica. Particolare attenzione è dedicata agli impatti delle singole parti d’opera, delle demolizioni precedenti e agli scenari alternativi di fine vita per gli elementi strutturali in legno, modellati per analizzare la variazione dei risultati. I risultati mostrano che, in presenza di assunzioni convenzionali sul fine vita e in assenza della contabilizzazione delle demolizioni pregresse, la nuova costruzione in legno può conseguire un Global Warming Potential leggermente inferiore rispetto al deep retrofit. Tuttavia, tale esito risulta fortemente dipendente dalle scelte di modellazione: quando si includono gli impatti di demolizione e si considerano percorsi alternativi di fine vita, i risultati variano sensibilmente. Oltre al confronto quantitativo, la tesi riflette sull’implementazione concreta delle strategie di circolarità nel settore delle costruzioni. La ricerca evidenzia il divario tra le ipotesi teoriche di circolarità adottate nelle LCA e le attuali limitazioni infrastrutturali, normative e di mercato che caratterizzano i sistemi di gestione dei rifiuti e di recupero dei materiali. Infine, la ricerca sottolinea che né la conservazione strutturale né la ricostruzione in legno possono essere considerate universalmente superiori. La prestazione ambientale lungo il ciclo di vita emerge piuttosto dall’interazione tra i sistemi materici, i processi di demolizione, le ipotesi di vita utile e le strategie di circolarità. Affrontando le incertezze insite nelle LCA applicate agli edifici in legno, la tesi promuove un uso più trasparente e consapevole dell’approccio life-cycle nelle strategie di trasformazione del patrimonio edilizio, a supporto di decisioni di decarbonizzazione più informate e contestualizzate.