Assessment of the total carbon footprint of the regional energy system, including embodied carbon
Karppinen, Ida (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Ympäristötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231128149599
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231128149599
Tiivistelmä
The aim of the study is to conduct the carbon footprint assessment for regional energy system, including the embodied carbon. The study utilizes the initial data of the energy systems of the project planning phase of the residential area, consisting of two block areas. A centralized energy system with district heating or regional energy system consisting of air-water heat pump system or geothermal system built into bedrock are planned for the area.
The carbon footprint assessment of the energy system is carried out following the guidelines of the low-carbon assessment method for building in accordance with Ministry of Environment (2021). The method enables impact assessment throughout the whole life cycle, including the product-, construction process-, use-, and end of life stages. The result provides GHG emissions expressed as carbon dioxide equivalents. The assessed life cycle period of 50 years is considered in the study according to the low-carbon assessment method.
The carbon footprint is 5,62 kg CO2e/m2/a in the centralized energy system, 2,39 kg CO2e/m2/a in the geothermal system and 2,03 kg CO2e/m2/a in the air-water heat pump system. According to the results of the study, carbon footprint of energy systems is mainly affected by the energy use. Therefore, the amount of purchased energy becomes a decisive factor in selecting energy systems based on the carbon footprint. The study addresses the amount of embodied carbon in the total carbon footprint is 12% in the centralized energy system, 17% in the geothermal system and 10% in the air-water heat pump system. The most significant emission impact on embodied carbon is identified from pipes, heating/cooling devices and drilling energy wells.
The results of this study indicate that regional energy systems have a significant carbon footprint, and it is important to continue considering them in the future calculations of building’s carbon footprint. As regional energy systems become more common, obtaining information on the embodied carbon of these energy systems is increasingly important. This is necessary to guide the selection of low-carbon energy systems. Työn tarkoituksena on määrittää alueellisen energiajärjestelmän kokonaishiilijalanjälki, sisältäen myös tuotesidonnaisen hiilen. Selvityksessä hyödynnetään kahdesta korttelialueesta koostuvan asuinalueen hankesuunnitteluvaiheen energiajärjestelmien lähtötietoja. Alueelle suunnitellaan keskitettyä energiärjestelmää, johon kuuluu kaukolämmitys, tai alueellista energiärjestelmää, joka sisältää ilma-vesilämpöpumppujärjestelmän tai kallioperään rakennetun geotermisen järjestelmän.
Energiärjestelmän hiilijalanjälkiarviointi suoritetaan noudattaen Ympäristöministeriön vuonna 2021 julkaisemaa rakennuksen vähähiilisyyden arviointimenetelmää. Menetelmä mahdollistaa vaikutusarvioinnin koko elinkaaren ajalta, mukaan lukien tuote-, rakentamis-, käyttö- ja elinkaaren loppuvaiheen. Tuloksena saadaan kasvihuonekaasupäästöt hiilidioksidiekvivalentteina ilmaistuna. Tutkimuksessa huomioidaan 50 vuoden arviointijakso vähähiilisen arviointimenetelmän mukaisesti.
Hiilijalanjälki on 5,62 kg CO2e/m2/v keskitetyssä energiärjestelmässä, 2,39 kg CO2e/m2/v geotermisessä järjestelmässä ja 2,03 kg CO2e/m2/v ilma-vesilämpöpumppujärjestelmässä. Tutkimustulosten perusteella energiärjestelmien hiilijalanjälkeen vaikuttaa pääasiassa energiankulutus. Siksi ostetun energian määrä on ratkaiseva tekijä energiärjestelmien valinnassa. Tutkimus käsittelee tuotesidonnaisia hiilijalanjälkeä, joka on 12% keskitetyn energiärjestelmän, 17% geotermisen järjestelmän ja 10% ilma-vesilämpöpumppujärjestelmän kokonaishiilijalanjäljestä. Suurin vaikutus tuotesidonnaiseen hiilijalanjälkeen tunnistettiin putkissa ja lämmitys-/jäähdytyslaitteissa sekä energiakaivojen porauksissa.
Tämän työn tulokset osoittavat, että alueellisilla energiajärjestelmillä on merkittävä hiilijalanjälki ja nämä olisi tärkeä huomioida myös jatkossa rakennusten hiilijalanjälkilaskennassa. Alueellisten energiajärjestelmien yleistyessä on yhä tärkeämpää saada tietoa energiajärjestelmien tuotesidonnaisesta hiilijalanjäljestä. Tämä on tarpeen, jotta voidaan ohjata vähähiilisten energiajärjestelmien valinnassa.
The carbon footprint assessment of the energy system is carried out following the guidelines of the low-carbon assessment method for building in accordance with Ministry of Environment (2021). The method enables impact assessment throughout the whole life cycle, including the product-, construction process-, use-, and end of life stages. The result provides GHG emissions expressed as carbon dioxide equivalents. The assessed life cycle period of 50 years is considered in the study according to the low-carbon assessment method.
The carbon footprint is 5,62 kg CO2e/m2/a in the centralized energy system, 2,39 kg CO2e/m2/a in the geothermal system and 2,03 kg CO2e/m2/a in the air-water heat pump system. According to the results of the study, carbon footprint of energy systems is mainly affected by the energy use. Therefore, the amount of purchased energy becomes a decisive factor in selecting energy systems based on the carbon footprint. The study addresses the amount of embodied carbon in the total carbon footprint is 12% in the centralized energy system, 17% in the geothermal system and 10% in the air-water heat pump system. The most significant emission impact on embodied carbon is identified from pipes, heating/cooling devices and drilling energy wells.
The results of this study indicate that regional energy systems have a significant carbon footprint, and it is important to continue considering them in the future calculations of building’s carbon footprint. As regional energy systems become more common, obtaining information on the embodied carbon of these energy systems is increasingly important. This is necessary to guide the selection of low-carbon energy systems.
Energiärjestelmän hiilijalanjälkiarviointi suoritetaan noudattaen Ympäristöministeriön vuonna 2021 julkaisemaa rakennuksen vähähiilisyyden arviointimenetelmää. Menetelmä mahdollistaa vaikutusarvioinnin koko elinkaaren ajalta, mukaan lukien tuote-, rakentamis-, käyttö- ja elinkaaren loppuvaiheen. Tuloksena saadaan kasvihuonekaasupäästöt hiilidioksidiekvivalentteina ilmaistuna. Tutkimuksessa huomioidaan 50 vuoden arviointijakso vähähiilisen arviointimenetelmän mukaisesti.
Hiilijalanjälki on 5,62 kg CO2e/m2/v keskitetyssä energiärjestelmässä, 2,39 kg CO2e/m2/v geotermisessä järjestelmässä ja 2,03 kg CO2e/m2/v ilma-vesilämpöpumppujärjestelmässä. Tutkimustulosten perusteella energiärjestelmien hiilijalanjälkeen vaikuttaa pääasiassa energiankulutus. Siksi ostetun energian määrä on ratkaiseva tekijä energiärjestelmien valinnassa. Tutkimus käsittelee tuotesidonnaisia hiilijalanjälkeä, joka on 12% keskitetyn energiärjestelmän, 17% geotermisen järjestelmän ja 10% ilma-vesilämpöpumppujärjestelmän kokonaishiilijalanjäljestä. Suurin vaikutus tuotesidonnaiseen hiilijalanjälkeen tunnistettiin putkissa ja lämmitys-/jäähdytyslaitteissa sekä energiakaivojen porauksissa.
Tämän työn tulokset osoittavat, että alueellisilla energiajärjestelmillä on merkittävä hiilijalanjälki ja nämä olisi tärkeä huomioida myös jatkossa rakennusten hiilijalanjälkilaskennassa. Alueellisten energiajärjestelmien yleistyessä on yhä tärkeämpää saada tietoa energiajärjestelmien tuotesidonnaisesta hiilijalanjäljestä. Tämä on tarpeen, jotta voidaan ohjata vähähiilisten energiajärjestelmien valinnassa.