Model-based life cycle cost and assessment tool for sustainable building design decision

There is a growing concern in reducing greenhouse gas emissions all over the world. The U.K. has set 34% target reduction of emission before 2020 and 80% before 2050 compared to 1990 recently in Post Copenhagen Report on Climate Change. In practise, Life Cycle Cost (LCC) and Life Cycle Assessment (LCA) tools have been introduced to construction industry in order to achieve this such as. However, there is clear a disconnection between costs and environmental impacts over the life cycle of a built asset when using these two tools. Besides, the changes in Information and Communication Technologies (ICTs) lead to a change in the way information is represented, in particular, information is being fed more easily and distributed more quickly to different stakeholders by the use of tool such as the Building Information Modelling (BIM), with little consideration on incorporating LCC and LCA and their maximised usage within the BIM environment. The aim of this paper is to propose the development of a model-based LCC and LCA tool in order to provide sustainable building design decisions for clients, architects and quantity surveyors, by then an optimal investment decision can be made by studying the trade-off between costs and environmental impacts. An application framework is also proposed finally as the future work that shows how the proposed model can be incorporated into the BIM environment in practise.

Impatto ambientale di sistemi di riscaldamento domestico a biomasse: applicazione della metodologia LCA (Life Cycle Assessment)

Le biomasse hanno sempre rappresentato per l’umanità una fonte estremamente versatile e rinnovabile di risorse e tutt’oggi il loro impiego risulta vantaggioso in particolare per produrre energia termica ed elettrica attraverso processi di combustione, sistemi che tuttavia emettono sostanze dannose verso la salute umana e l’ecosistema. Queste pressioni ambientali hanno indotto alcune amministrazioni regionali (fra cui la Lombardia) a bandire temporaneamente l’installazione di nuovi impianti a biomasse, per prevenire e contenere le emissioni in atmosfera a tutela della salute e dell’ambiente. Il presente studio intende approfondire l’effetto ambientale di tali sistemi di riscaldamento domestico attraverso la tecnologia di analisi LCA (Life Cycle Assessment). Lo scopo dell’elaborato di Tesi consiste nell’eseguire un’analisi dell’intero ciclo di vita di due processi di riscaldamento domestico che utilizzino biomassa legnosa: una stufa innovativa a legna e una stufa a pellet. L’analisi ha quindi posto a confronto i due scenari con mezzi di riscaldamento domestico alternativi quali il boiler a gas, il pannello solare termico integrato con caldaia a gas e la pompa di calore elettrica. È emerso che tra i due scenari a biomassa quello a legna risulti decisamente più impattante verso le categorie salute umana e qualità dell’ecosistema , mentre per il pellet si è riscontrato un impatto maggiore del precedente nella categoria consumo di risorse. Dall’analisi di contributo è emerso che l’impatto percentuale maggiore per entrambi gli scenari sia legato allo smaltimento delle ceneri, pertanto si è ipotizzata una soluzione alternativa in cui esse vengano smaltite nell’inceneritore, riducendo così gli impatti. I risultati del punteggio singolo mostrano come lo scenario di riscaldamento a legna produca un quantitativo di particolato superiore rispetto al processo di riscaldamento a pellet, chiaramente dovuto alle caratteristiche chimico-fisiche dei combustibili ed alla efficienza di combustione. Dal confronto con gli scenari di riscaldamento alternativi è emerso che il sistema più impattante per le categorie salute umana e qualità dell’ecosistema rimane quello a legna, seguito dal pellet. I processi alternativi presentano impatti maggiori alla voce consumo di risorse. Per avvalorare i risultati ottenuti per i due metodi a biomassa è stata eseguita un’analisi di incertezza attraverso il metodo Monte Carlo, ad un livello di confidenza del 95%. In conclusione si può affermare che i sistemi di riscaldamento domestico che impiegano processi di combustione della biomassa legnosa sono certamente assai vantaggiosi, poiché pareggiano il quantitativo di CO2 emessa con quella assorbita durante il ciclo di vita, ma al tempo stesso possono causare maggiori danni alla salute umana e all’ecosistema rispetto a quelli tradizionali.

Approccio multidisciplinare per le valutazioni ambientali: Problematiche e sinergie in un uso combinato delle metodologie life cycle assessment (lca) e risk assessment (ra)

In questo lavoro di tesi si è elaborato un quadro di riferimento per l’utilizzo combinato di due metodologie di valutazione di impatti LCA e RA, per tecnologie emergenti. L’originalità dello studio sta nell’aver proposto e anche applicato il quadro di riferimento ad un caso studio, in particolare ad una tecnologia innovativa di refrigerazione, basata su nanofluidi (NF), sviluppata da partner del progetto Europeo Nanohex che hanno collaborato all’elaborazione degli studi soprattutto per quanto riguarda l’inventario dei dati necessari. La complessità dello studio è da ritrovare tanto nella difficile integrazione di due metodologie nate per scopi differenti e strutturate per assolvere a quegli scopi, quanto nel settore di applicazione che seppur in forte espansione ha delle forti lacune di informazioni circa processi di produzione e comportamento delle sostanze. L’applicazione è stata effettuata sulla produzione di nanofluido (NF) di allumina secondo due vie produttive (single-stage e two-stage) per valutare e confrontare gli impatti per la salute umana e l’ambiente. Occorre specificare che il LCA è stato quantitativo ma non ha considerato gli impatti dei NM nelle categorie di tossicità. Per quanto concerne il RA è stato sviluppato uno studio di tipo qualitativo, a causa della problematica di carenza di parametri tossicologici e di esposizione su citata avente come focus la categoria dei lavoratori, pertanto è stata fatta l’assunzione che i rilasci in ambiente durante la fase di produzione sono trascurabili. Per il RA qualitativo è stato utilizzato un SW specifico, lo Stoffenmanger-Nano che rende possibile la prioritizzazione dei rischi associati ad inalazione in ambiente di lavoro. Il quadro di riferimento prevede una procedura articolata in quattro fasi: DEFINIZIONE SISTEMA TECNOLOGICO, RACCOLTA DATI, VALUTAZIONE DEL RISCHIO E QUANTIFICAZIONE DEGLI IMPATTI, INTERPRETAZIONE.

Life cycle assessment in construction field: A life cycle cost analysis of reinforcement concrete bridge

The present work is included in the context of the assessment of sustainability in the construction field and is aimed at estimating and analyzing life cycle cost of the existing reinforced concrete bridge “Viadotto delle Capre” during its entire life. This was accomplished by a comprehensive data collection and results evaluation. In detail, the economic analysis of the project is performed. The work has investigated possible design alternatives for maintenance/rehabilitation and end-of-life operations, when structural, functional, economic and also environmental requirements have to be fulfilled. In detail, the economic impact of different design options for the given reinforced concrete bridge have been assessed, whereupon the most economically, structurally and environmentally efficient scenario was chosen. The Integrated Life-Cycle Analysis procedure and Environmental Impact Assessment were also discussed in this work. The scope of this thesis is to illustrate that Life Cycle Cost analysis as part of Life Cycle Assessment approach could be effectively used to drive the design and management strategy of new and existing structures. The final objective of this contribution is to show how an economic analysis can influence decision-making in the definition of the most sustainable design alternatives. The designers can monitor the economic impact of different design strategies in order to identify the most appropriate option.

Applicazione della Metodologia LCA(Life Cycle Assesment): La sostenibilità ambientale di Impianti a Biomassa della regione Emilia Romagna

Lo studio che la candidata ha elaborato nel progetto del Dottorato di ricerca si inserisce nel complesso percorso di soluzione del problema energetico che coinvolge necessariamente diverse variabili: economiche, tecniche, politiche e sociali L’obiettivo è di esprimere una valutazione in merito alla concreta “convenienza” dello sfruttamento delle risorse rinnovabili. Il percorso scelto è stato quello di analizzare alcuni impianti di sfruttamento, studiare il loro impatto sull’ambiente ed infine metterli a confronto. Questo ha consentito di trovare elementi oggettivi da poter valutare. In particolare la candidata ha approfondito il tema dello sfruttamento delle risorse “biomasse” analizzando nel dettaglio alcuni impianti in essere nel Territorio della Regione Emilia-Romagna: impianti a micro filiera, filiera corta e filiera lunga. Con la collaborazione di Arpa Emilia-Romagna, Centro CISA e dell’Associazione Prof. Ciancabilla, è stata fatta una scelta degli impianti da analizzare: a micro filiera: impianto a cippato di Castel d’Aiano, a filiera corta: impianto a biogas da biomassa agricola “Mengoli” di Castenaso, a filiera lunga: impianto a biomasse solide “Tampieri Energie” di Faenza. Per quanto riguarda la metodologia di studio utilizzata è stato effettuato uno studio di Life Cycle Assesment (LCA) considerando il ciclo di vita degli impianti. Tramite l’utilizzo del software “SimaPro 6.0” si sono ottenuti i risultati relativi alle categorie di impatto degli impianti considerando i metodi “Eco Indicator 99” ed “Edip Umip 96”. Il confronto fra i risultati dell’analisi dei diversi impianti non ha portato a conclusioni di carattere generale, ma ad approfondite valutazioni specifiche per ogni impianto analizzato, considerata la molteplicità delle variabili di ogni realtà, sia per quanto riguarda la dimensione/scala (microfiliera, filiera corta e filiera lunga) che per quanto riguarda le biomasse utilizzate.

Accommodating energy price volatility in life cycle cost analysis of asphalt pavements

Energy price is related to more than half of the total life cycle cost of asphalt pavements. Furthermore, the fluctuation related to price of energy has been much higher than the general inflation and interest rate. This makes the energy price inflation an important variable that should be addressed when performing life cycle cost (LCC) studies re- garding asphalt pavements. The present value of future costs is highly sensitive to the selected discount rate. Therefore, the choice of the discount rate is the most critical element in LCC analysis during the life time of a project. The objective of the paper is to present a discount rate for asphalt pavement projects as a function of interest rate, general inflation and energy price inflation. The discount rate is defined based on the portion of the energy related costs during the life time of the pavement. Consequently, it can reflect the financial risks related to the energy price in asphalt pavement projects. It is suggested that a discount rate sensitivity analysis for asphalt pavements in Sweden should range between –20 and 30%.

Whole of life cycle cost analysis in bridge rehabilitation

The report presents a methodology for whole of life cycle cost analysis of alternative treatment options for bridge structures, which require rehabilitation. The methodology has been developed after a review of current methods and establishing that a life cycle analysis based on a probabilistic risk approach has many advantages including the essential ability to consider variability of input parameters. The input parameters for the analysis are identified as initial cost, maintenance, monitoring and repair cost, user cost and failure cost. The methodology utilizes the advanced simulation technique of Monte Carlo simulation to combine a number of probability distributions to establish the distribution of whole of life cycle cost. In performing the simulation, the need for a powerful software package, which would work with spreadsheet program, has been identified. After exploring several products on the market, @RISK software has been selected for the simulation. In conclusion, the report presents a typical decision making scenario considering two alternative treatment options.

Strategies for minimising the whole of life cycle cost of reinforced concrete bridge exposed to aggressive environments

n design of bridge structures, it is common to adopt a 100 year design life. However, analysis of a number of case study bridges in Australia has indicated that the actual design life can be significantly reduced due to premature deterioration resulting from exposure to aggressive environments. A closer analysis of the cost of rehabilitation of these structures has raised some interesting questions. What would be the real service life of a bridge exposed to certain aggressive environments? What is the strategy of conducting bridge rehabilitation? And what are the life cycle costs associated with rehabilitation? A research project funded by the CRC for Construction Innovation in Australia is aimed at addressing these issues. This paper presents a concept map for assisting decision makers to appropriately choose the best treatment for bridge rehabilitation affected by premature deterioration through exposure to aggressive environments in Australia. The decision analysis is referred to a whole of life cycle cost analysis by considering appropriate elements of bridge rehabilitation costs. In addition, the results of bridges inspections in Queensland are presented

The importance of environmental issues and costs in Life Cycle Cost Analysis (LCCA) for highway projects

Sustainability has been increasingly recognised as an integral part of highway infrastructure development. In practice however, the fact that financial return is still a project’s top priority for many, environmental aspects tend to be overlooked or considered as a burden, as they add to project costs. Sustainability and its implications have a far-reaching effect on each project over time. Therefore, with highway infrastructure’s long-term life span and huge capital demand, the consideration of environmental cost/ benefit issues is more crucial in life-cycle cost analysis (LCCA). To date, there is little in existing literature studies on viable estimation methods for environmental costs. This situation presents the potential for focused studies on environmental costs and issues in the context of life-cycle cost analysis. This paper discusses a research project which aims to integrate the environmental cost elements and issues into a conceptual framework for life cycle costing analysis for highway projects. Cost elements and issues concerning the environment were first identified through literature. Through questionnaires, these environmental cost elements will be validated by practitioners before their consolidation into the extension of existing and worked models of life-cycle costing analysis (LCCA). A holistic decision support framework is being developed to assist highway infrastructure stakeholders to evaluate their investment decision. This will generate financial returns while maximising environmental benefits and sustainability outcome.

A framework for life cycle cost estimation of a product family at the early stage of product development

A cost estimation method is required to estimate the life cycle cost of a product family at the early stage of product development in order to evaluate the product family design. There are difficulties with existing cost estimation techniques in estimating the life cycle cost for a product family at the early stage of product development. This paper proposes a framework that combines a knowledge based system and an activity based costing techniques in estimating the life cycle cost of a product family at the early stage of product development. The inputs of the framework are the product family structure and its sub function. The output of the framework is the life cycle cost of a product family that consists of all costs at each product family level and the costs of each product life cycle stage. The proposed framework provides a life cycle cost estimation tool for a product family at the early stage of product development using high level information as its input. The framework makes it possible to estimate the life cycle cost of various product family that use any types of product structure. It provides detailed information related to the activity and resource costs of both parts and products that can assist the designer in analyzing the cost of the product family design. In addition, it can reduce the required amount of information and time to construct the cost estimation system.