Life-cycle environmental impacts of a standard house and three log house cases
Antti Ruuska
VTT Technical Research Centre of Finland
P.O. Box 1000 (Tekniikantie 4 A, Espoo)
FI-02044 VTT, Finland
Tel. +358 20 722 111, fax +358 20 722 7001
ISBN 978-951-38-[…] (Soft back ed.) ISBN 978-951-38-[…] (URL: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp)
VTT Technology [No.]
ISSN-L 2242-1211 ISSN 2242-1211 (Print) ISSN 2242-122X (Online)
Copyright © VTT 2013
A comparison of a typical Finnish house
and three ecological log house designs
with alternative external wall thicknesses
impacts of a typical Finnish wood framed house, called ‘standard house’. The calculation results are also presented for three alternative log house, with extensive use of wood and log products in structures. The log house cases vary only in their external wall log thickness. The results take into account the emissions from material acquisition, production and transportations, as well the emissions from construction phase.
The lifetime emissions are considered in terms of materials for repairs and renovations,and emissions from operational energy use over a life-cycle of 50 years. Also, theenergy use for demolition and removal of demolition waste from site is included inthe assessment. The results for the material production show that the greenhouse gas emissions of log houses are 40% lower than those of the standard house. Total GHG emissions for standard house are 25 tonnes (in terms of CO2-equ), whereas the emissions for log house scenarios are 15 tonnes. The structures of log house cases store 3.8 to 4.2 times the carbon of the standard house in their structures. The standard house stores some 14 tonnes of carbon dioxide, whereas the figures for log houses are 53 to 58 tonnes. According to the results, the energy content of the structures of log house casesis 2.6 to 2.9 that of the standard house. Energy content of standard house is 270 GJ, and the values for log houses vary from 720 GJ to 800 GJ. The mass of standard house is 88 tonnes, while the total mass of log housecases varies from 70 to 74 tonnes.
When the total lifetime emissions from material-related sources are considered,the results show that the greenhouse gas emissions of log houses are some 33%
lower than those of the standard house. Total emissions for standard house are 39 tonnes (in terms of CO2-equ emissions), whereas the emissions for log house
scenarios are some 26 tonnes. The total material need over the 50-year lifetime of standard house is 106
tonnes, while the material need of log house cases vary from 81 to 85 tonnes. The operational energy use of the log house cases of this publication is higherthan that of the standard house, due to differences in space-heating energy needs. This is caused by differences in U-values of external walls. This results in acarbon or bio-energy are made. If the carbon storage is credited in the calculation
of the carbon footprint, the differences between standard house and log houses diminish to a level of 0 to 10%.When both bioenergy and stored carbon are considered, the carbon footprint for standard house is 167 tonnes and for log house 200, 168 tonnes (CO2-equ). For log houses 243 and 270, the figures are 150 tonnes (CO2-equ), and 139 tonnes (CO2-equ), respectively. The results show that when both bio-energy of side-streams and structures and carbon credits are taken into account, the carbon footprint of log house 200 is at the same level as the standard house. The carbon footprint of the log houses 243 and 270 are 10 and 16% lower than that of the standard house. This publication also studies the so called total energy consumption figures, as defined in Finnish building regulations. The figure for standard house is 166 kWh/m2, and for the log houses 184 to 194 kWh/m2, when calculation is done as stated in regulations.
Two alternative calculations of theoretical nature are also made. Firstly, the bioenergy related to wood-based structures and their side-streams is taken into account
by assuming this bio energy could be used to replace heating energy use in the building. This is done by assigning the energy in wood-based structures an energy-type factor of 0.5, as in the Finnish building regulations. The results show that with these assumptions, the total energy figure for standard house is 164 kWh/m2. For log houses, the figures vary from 176 to 187 kWh/m2.
Secondly, bio-energy is taken into account by assuming it to be completely emission free bio-energy, thus using a value of zero for its energy type specific factor. The results show that the total energy figure for the standard house is
159 kWh/m2. For log houses, the figures vary from 156 to 169 kWh/m2.
Tiivistelmä
Tämä julkaisu esittelee elinkaaren aikaisten ympäristövaikutusten laskentatulokset suomalaiselle perustasoiselle ”normitalolle”. Tulokset esitetään lisäksi myös kolmelle hirsitaloratkaisulle, joissa puutuotteiden ja hirren käyttö on maksimoitu. Hirsitaloratkaisut poikkeavat toisistaan ulkoseinäpaksuuden osalta. Tulokset huomioivat rakennusmateriaalien raaka-ainehankinnan, tuotannon ja
kuljetuksen päästöt sekä rakentamisesta aiheutuvat päästöt. Elinkaarenaikaiset päästöt huomioivat korjausten ja uusimisten sekä käytönaikaisesta energiankulutuksesta
aiheutuvat päästöt 50 vuoden elinkaaren aikana. Myös elinkaaren lopussa tapahtuvasta purkutyöstä aiheutuvat päästöt sekä purkujätteen kuljetuksen päästöt on huomioitu laskennassa. Materiaalituotannosta aiheutuvat päästöt ovat hirsitaloilla noin 40 % matalammat kuin normitalolla. Tuotannon aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt normitalolla ovat 25 tonnia (CO2-ekvivalenttitonnia), kun ne ovat kaikilla hirsitaloskenaarioilla 15 tonnia. Hirsitalojen rakenteet sitovat itseensä 3,8–4,2-kertaisen määrän hiiltä normitaloon verrattuna. Normitalon rakenteisiin sitoutuu noin hiiltä 14 tonnia, kun hirsitalon rakenteisiin sitoutuneen hiilen määrä on 53–58 tonnia (CO2-
ekvivalenttitonnia). Laskennan hirsitalojen rakenteiden energiasisältö on 2,6–2,9- kertainen normitaloon verrattuna. Normitalon energiasisältö on 270 GJ, kun se on hirsitaloilla 720–800 GJ. Normitalon rakenteiden massa on 88 tonnia. Hirsitalojen rakenteiden massa vaihtelee välillä 70–74 tonnia. Koko 50 vuoden elinkaaren aikaisten materiaalipäästöjen tarkastelu osoittaa, että hirsitalojen kasvihuonekaasupäästöt ovat noin 33 % matalammat kuin normitalolla. Normitalon elinkaaren aikaiset kokonaispäästöt ovat 39 tonnia (CO2- ekvivalenttitonnia), kun taas hirsitalojen vastaavat päästöt ovat noin 26 tonnia. Rakennusmateriaalien kokonaistarve 50 vuoden elinkaaren aikana on normitalolla 106 tonnia, hirsitalojen materiaalitarpeen vaihdellessa välillä 81–85 tonnia. Tässä julkaisussa käytetyt käytönaikaisen energiankulutuksen arvot ovat hirsitaloilla korkeammat kuin normitalolla, mikä johtuu tilojen lämmitystarpeen erosta. Lämmitystarpeen ero syntyy erosta ulkoseinien U-arvoissa. Jos hirsitalojen sitoutunutta hiiltä tai bioenergiaa ei hyvitetä laskennassa, hirsitalojen hiilijalanjälki on 10–19 % suurempi kuin standarditalolla. Jos hiilivarasto huomioidaan laskennassa, on hirsitalojen hiilijalanjälki minimitapauksessa samaa tasoa (270 mm paksu ulkoseinä) kuin normitalolla. Maksimitapauksessa hirsitalon hiilijalanjälki on 10 % suurempi (200 mm ulkoseinäpaksuus) kuin normitalolla, kun hiilivarasto on huomioitu. Jos sekä hiilivarasto että bioenergiatarkastelut huomioidaan laskennassa, on normitalon hiilijalanjälki ja hirsirakenteiden hiilijalanjälki samaa tasoa ohuimmalla ulkoseinäpaksuudella (200 mm hirsiseinä). Käytettäessä 243 mm tai 270 mm paksuutta
hirsitalojen hiilijalanjälki on 10–16 % pienempi kuin normitalolla. Tässä julkaisussa tarkastellaan myös kokonaisenergialukuja Suomen rakentamismääräyskokoelman mukaisilla laskenta-arvoilla. Normitalolle laskettu kokonaisenergialuku
on 166 kWh/m2 ja hirsitaloille 184–194 kWh/m2.
Julkaisussa tehdään myös kaksi teoreettista tarkastelua. Ensiksi rakenteiden bioenergian merkitystä tarkastellaan teoreettisella tasolla, olettamalla että rakenteiden bioenergiaa voitaisiin käyttää korvaamaan tilojen lämmityksen energiatarvetta. Tämä käsitellään laskennassa käyttämällä tilojen lämmitysenergiaa korvaavalle bioenergialle rakentamismääräysten mukaista bioenergian kerrointa 0,5. Näillä laskentaoletuksilla normitalolle laskettu kokonaisenergialuku on 164 kWh/m2 ja hirsitaloille 176–187 kWh/m2. Toiseksi rakenteiden bioenergia käsitellään muuten samoin kuin edellä, mutta
bioenergialle käytetään määräyksistä poikkeavaa kerrointa ja sen energiamuodon kerroin oletetaan nollaksi. Näillä laskentaoletuksilla normitalon kokonaisenergialuku
on 159 kWh/m2 ja hirsitaloille 156–169 kWh/m2.