Life cycle design of a single family house in Poland – comparative study

Abstract

Die aktuelle Marktsituation in Polen wird von einem fachspezifischen Informationsmangel beeinflusst welcher bewirkt, dass Neubauten meistens auf konventionelle Weise gebaut werden. Andererseits werden Niedrigenergiebauten und energieeffiziente Systeme öffentlich stark gefördert. Ziel dieser Masterthesis war es ökologische, wirtschaftliche und energiespezifische Aspekte solcher Konstruktionen über die gesamte Gebäudelebenszyklusdauer zu analysieren. Fünf Szenarien wurden in Bezug auf Leistung und Kosten über eine 50 Jahre lange Lebenszyklusdauer analysiert und verglichen. Zu den Szenarien gehören typische Bauten von Einfamilienhäusern in Polen, d.h. Kalksandsteinziegel mit Mineralwolle isoliert, Keramikziegel isoliert mit EPS und Porenbetonziegel. Das Stampflehmhaus mit Holzfasern isoliert wurde als Repräsentant von Konstruktionen mit niedrigem Verbrauch von grauer Energie analysiert. Zwei Arten von Gebäudeausstattungen wurden simuliert, d.h. ein konventionelles System bestehend aus Gaskessel sowie ein modernes System bestehend aus mechanischer Belüftung, Photovoltaik, solarthermisch unterstützter Fußbodenheizung und Warmwasser. Einer der Forschungsschwerpunkte war eine dynamische Energiesimulation, welche zur Analyse des operativen Energieverbrauchs der unterschiedlichen Szenarien beiträgt. Die Energiesimulation verdeutlicht wie erwartet, dass das Szenario mit der high-end energieeffizienter Gebäudeausstattung den kleinsten Energiebedarf hat. Dennoch zeigt der Vergleich der Primärenergie-Indikatoren aufgrund des besonderen elektrischen Energieportfolios in Polen fast keinen Unterschied zwischen den Szenarien. In Abhängigkeit von der Umweltverträglichkeitskategorie (GWP, ODP, AP, POCP, ADPF) wurde jedes Szenario unterschiedlich positioniert. Als Ergebnis konnte kein klarer Gewinner der Lebenszyklusanalyse gewählt werden. In Bezug auf die Kosten, die als Nettogegenwartswert repräsentiert wurden, führte das Szenario welches mit Keramikziegel gebaut und mit konventionellem Energiesystem ausgestattet wurde, während das energieeffiziente Hochleistungsgebäude und jene Konstruktion mit niedrigem Verbrauch von grauer Energie schlechter abschnitten.

Current situation on the market in Poland and lack of proper information causes that the most popular new built houses are still conventional ones. On the other hand, low energy and low embodied energy objects are highly promoted. The goal of this thesis was to investigate environmental, economic and energy performance aspects of these constructions during their life cycle. Five scenarios were analysed and compared in regard of Life Cycle Assessment and Life Cycle Cost over 50 years of service life. The scenarios include typical constructions of single family houses in Poland, i.e. sand-lime brick insulated with mineral wool, ceramic brick insulated with EPS and aerated concrete brick. Rammed earth house insulated with wood fibre was analysed as a representative of low-embodied energy constructions. Two types of building services were investigated, i.e. conventional system including a condensing gas boiler, as well as advanced system consisting of mechanical ventilation, photovoltaic panels, solar thermal assisted underfloor radiant heating and DHW supported with an electric coil. One of the focuses of the research has been also dynamic energy simulation contributing to analysis of the impact of the operational energy use in every scenario. Energy simulation showed as expected that Scenario containing high performance building services has the smallest energy demand. Nevertheless, due to particular electrical energy mix in Poland, comparison of the primary energy demand shows very small difference among the scenarios. Depending on environmental impact category (GWP, ODP, AP, POCP, ADPF) every scenario was positioned differently. As a result a clear leader in whole Life Cycle Assessment has not been chosen. Concerning cost represented as a Net Present Value, a scenario built with ceramic brick and equipped with conventional energy system performed the best, while high performance building and low-embodied energy building the worst.