LCA som værktøj til helhedsorienterede designvalg

LCA er et stærkt værktøj til at identificere de materialer og bygningsdele, der har størst betydning for et byggeprojekts klimaaftryk. Men hvis analyserne udelukkende bruges til at optimere enkelte komponenter, risikerer vi at overse de sammenhænge, der i sidste ende afgør bygningens samlede performance.

I arbejdet med VELUX Project Development Guide undersøgte vi en bygning, hvor dagslys, passiv opvarmning, naturlig ventilation og energiproduktion er integreret som en del af det arkitektoniske koncept. Casen viste, hvordan en tilsyneladende oplagt klimaoptimering faktisk førte til et dårligere samlet resultat – og understregede, hvorfor bæredygtige beslutninger kræver, at vi betragter bygningen som et samlet system frem for en samling af enkeltkomponenter.

De ældre medarbejdere, kan aktiveres med kaffe og farveblyanter.

Velux Project Development Guide

Aktuelt arbejder vi sammen med VELUX på Project Development Guide, der gennemgår, hvordan rådgivere bedst muligt designer et mindre byggeprojekt med digitale værktøjer. Formålet med projektet – hvis indsigter vi fortsat glæder os til at dele med jer i den kommende tid – er at udvikle en hands-on, guide som demonstrerer det optimale BIM-baserede projekt-workflow for bygningsdesign. 

Projektet beskriver blandt andet skitsering, visualisering, detaljering, modellering af konstruktioner og installationer, optimering af konstruktions-dimensioner og kollisionskontrol. Udover selve designprocessen gennemgår vi også, hvordan rådgivere lettest muligt kan lave LCA-bregninger, dagslys- og indeklimasimuleringer for at opnå den bedste building performance, samt mulighederne for at samarbejde og formidle byggeprojektet. Læs mere om VELUX Project Development Guide hér »

Som en del af arbejdet har vi haft særligt fokus på samspillet mellem operationel energi – altså energien til især opvarmning, køling og ventilation – og klimaaftryk.

En bygning designet til at arbejde med klimaet

I VELUX Project Development Guide har vi arbejdet med en bygning, hvor energidesign er integreret som en grundlæggende del af arkitekturen. Bygningen er særligt interessant, fordi det tydeligt ses, hvor gennemarbejdet samspillet mellem geometri, orientering, dagslys og energisystemer er.

Et af de mest interessante aspekter ved bygningen er måden, hvorpå den udnytter passive strategier.

Tagudhæng, taghældninger og vinduesplaceringer er nøje afstemt, så bygningen modtager mest muligt dagslys uden at blive overophedet. Om vinteren, hvor solen står lavt på himlen, kan solens stråler trænge dybt ind i bygningen og bidrage med både dagslys og passiv opvarmning, og på den måde minimere behovet for fjernvarme eller andre aktive varmekilder. Om sommeren fungerer udhæng og udvendig solafskærmning som beskyttelse mod den højtstående sol, så de sydvendte rum ikke overophedes. Samtidig understøttes komforten af naturlig kryds- og skorstensventilation, som gør det muligt at køle bygningen passivt uden behov for mekanisk køling.

Tilsammen skaber disse strategier en bygning med højt dagslysniveau, lavt energiforbrug og et komfortabelt indeklima gennem hele året.

Diagrammerne viser, hvordan passiv solvarme maksimeres om vinteren, mens solens varme lukkes ude om sommeren, og nordvendte vinduer giver dagslys og en skorstenseffekt for optimeret naturlig ventilation.

Variationsstudie: Solafskærmning & overophedning

Da vi gennemgik bygningens LCA i projekteringsfasen, bemærkede vi hurtigt, at den udvendige solafskærmning havde en relativt høj klimapåvirkning. Faktisk var klimaaftrykket fra de udvendige skodder til ovenlysvinduerne omtrent dobbelt så stort som klimaaftrykket fra selve vinduet.

Det gav anledning til et interessant spørgsmål: Kunne bygningens samlede klimaaftryk reduceres ved at fjerne solafskærmningen?

For at undersøge dette gennemførte VELUX en ny simulering i energiberegnings-programmet IDA ICE, hvor den udvendige solafskærmning på de sydvendte tagvinduer blev fjernet. Ved første øjekast lignede det en oplagt optimering. Men analysen viste hurtigt, at solafskærmningen havde en langt større betydning for bygningens samlede performance, end klimapåvirkningen fra skodderne alene.

Uden solafskærmningen blev bygningen udsat for væsentligt mere direkte solindfald i sommerperioden, hvilket medførte en markant risiko for overophedning. For at opretholde et acceptabelt indeklima ville det derfor være nødvendigt at installere mekanisk køling i form af fire individuelle airconditionanlæg.

Det ændrede regnestykket markant.

Airconditionanlæggene medfører deres eget klimaaftryk fra produktion, drift og end-of-life behandling. Med en forventet levetid på omkring 20 år ville anlæggene desuden skulle udskiftes flere gange i løbet af bygningens levetid. Hertil kommer energiforbruget til drift samt yderligere komponenter som kølemiddel og udendørs enheder, som ikke indgik i den forenklede beregning.

Samtidig steg bygningens årlige energiforbrug fra 99,9 kWh/m² til 128,6 kWh/m² som følge af det øgede kølebehov. Altså en stigning på omkring 30% alene til at køle bygningen, som konsekvens af manglende udvendig solafskærmning.

LCA-beregningens fordel er, at den i dette tilfælde medregner fordelen ved mindre klimapåvirkning fra materialer og produktion af solafskærmningen, men samtidig tillægger klimapåvirkningen fra materialer og produktion af kølesystemet, samt medtager klimapåvirkning ved driften af kølesystemet, baseret på en beregning af overophedning fra solindfaldet gennem tagvinduerne. 

Beregningerne fra DesignLCA, hvor man øverst ser scenariet med udvendig solafskærmning af tagvinduerne, og nederst ser det alternative scenarie med aktiv køling. I lagkage-diagrammerne ses forskellen på CO2e fra energien til bygningens drift med mørk blå og CO2e fra vinduernes materialer (inkl. udvendig solafskærmning) med gul.

Da resultaterne blev samlet, viste det sig, at basisscenariet med passiv køling og udvendig solafskærmning gav det bedste samlede resultat – også set fra et LCA-perspektiv. Klimaaftrykket fra produktion, drift og udskiftning af airconditionanlæggene oversteg den besparelse, der kunne opnås ved at fjerne solafskærmningen.

Det ville give mening, også at kigge på omkostningerne gennem en LCC-analyse (Life Cycle Cost), hvor vi også vurderer at det vil være billigere at investere i udvendig solafskærmning, fremfor indkøb og drift af airconditioning. – Også når udskiftninger medregnes for både skodder or kølesystem.

Den vigtigste læring

Det mest interessante resultat af analysen var måske ikke forskellen mellem de to scenarier, men den indsigt processen gav os.

Når vi arbejder med LCA, kan det være fristende at fokusere på enkelte materialer eller bygningskomponenter og optimere dem hver for sig. I dette tilfælde pegede analysen umiddelbart på den udvendige solafskærmning som et oplagt sted at reducere klimaaftrykket. Men bygninger fungerer ikke som summen af isolerede komponenter. De fungerer som komplekse systemer, hvor arkitektur, materialer, energi og komfort er tæt forbundne.

Da vi fjernede solafskærmningen, reducerede vi ganske vist klimaaftrykket fra én komponent. Til gengæld skabte vi et behov for aktiv køling, som medførte et højere energiforbrug, flere tekniske installationer og et større samlet klimaaftryk.

Casen blev derfor en vigtig påmindelse om, at de bedste bæredygtige løsninger sjældent findes ved at optimere enkelte produkter isoleret. De findes ved at forstå samspillet mellem bygningens forskellige elementer og vurdere konsekvenserne over hele bygningens levetid.

Netop derfor har en af de vigtigste læringer i arbejdet med VELUX Project Development Guide været værdien af at betragte bygningen som en helhed. LCA skaber størst værdi, når den bruges som et aktivt designværktøj til at understøtte kvalificerede beslutninger gennem hele projekteringen -- særligt når analyserne er integreret direkte i BIM-processen og kan indgå som en løbende del af designudviklingen.

LCA er på denne måde en form for holistisk tilgang, hvor forskellige løsningers samlede klimaaftryk vurderes, da de aldrig står alene. Vælger man én fundaments-løsning frem for en anden, vil terrændæk og bygningens yderligere konstruktion ændres. Flyttes et vindue fra sydfacaden til østfacaden, vil mænden af passiv solvarme ændres, og måske give fordele om vinteren og ulemper om sommeren. Øges tages udhæng ”koster” det mere CO2e i materaler, men mindsker måske behovet for køling. Skiftes betondæk ud med CLT, sparer man CO2e på dækmaterialet, men skal måske have flere søjler, da spænvidden er kortere. 

Alle disse arkitektoniske og ingeniørtekniske overvejelser er komplekse og skal altid ses samlet. Derfor giver det altid mening at beregne LCA på bygningen som et samlet økosystem, og ikke som enkeltdele taget ud af sammenhængen ved f.eks. en analyse af 4 forskellige fundamenter eller 3 forskellige vægopbygninger. 

Bygningsdesign er ikke kun funktionalitet og æstetik, men også design af en systemer for opvarmning, køling, ventilation, der sikrer dagslys og indeklima med mindst mulig klimapåvirkning. – Det gør det langt mere spændende at arbejde med arkitektur!