Der thermische Akkommodationskoeffizient α spielt als Teil der effektiven Wärmeleitfähigkeit von hochporösen Dämmstoffen (basierend auf SiO2 oder CaSiO3) eine nicht zu unterschätzende Rolle beim Wärmetransport. In vorhandenen Modellen zur Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeit wird er häufig, jedoch nicht bewiesen mit α = 1 für Gase wie Argon oder Stickstoff bzw. α = 0,3 für Helium angenommen. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, jene Annahme zu überprüfen als auch erstmalig α an CaSiO3 zu bestimmen. Dazu wurde eine eigens entwickelte Versuchsapparatur ähnlich einer Guarded-Hot-Plate aufgebaut und umfangreich mit Literaturdaten kalibriert. Die bisher allgemein gültige Annahme konnte für beide Materialien mit Argon, Stickstoff und Helium experimentell verifiziert und damit die Gültigkeit vorhandener Modelle zur Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeit unterstrichen werden. Parallel dazu wurde kooperativ eine Molekulardynamik Simulation durchgeführt, wodurch die Messergebnisse ebenfalls bestätigt werden konnten.

Världens fokus på hållbar utveckling är större än någonsin tidigare, och konstruktionssektorn ansvarar för upp emot 25 till 40 procent av de globala koldioxid emissionerna. Ett av nyckelmaterialen för att öka en byggnads energieffektivitet är isoleringsmaterialen. Syftet med detta kandidatexamensarbete är att utvärdera GWP:n av hampafiberisolering jämfört med de två marknadsledande isoleringsmaterialen, mineralull och cellplast.  GWP:n av de tre isoleringsmaterialen beräknas efter att vardera isoleringsmaterial har blivit placerat i ett envåningshus med storleken 30 m2. Livscykelanalysen för byggnader används sedan som bakgrund för att beräkna GWP:n av de tre byggnaderna. De beräknade kategorierna för GWP:n av byggnaderna är: råmaterial, transport, produktion, konstruktion samt energianvändningen. Byggnaderna antas ha en inomhustemperatur på 20°C och har blivit konstruerade i Stockholm, Sverige.  Utan överraskning var hampafibern det isoleringsmaterial som hade lägst GWP i kategorierna; råmaterial, produktion och konstruktion. Däremot på grund av hampafiberns mindre optimala termiska konduktivitet jämfört med de andra isoleringsmaterialen var byggnaden med hampafiberisolering den minst energieffektiva.  Trots den lägre energieffektiviteten visade sig byggnaden med hampafiberisolering vara den med lägst GWP under en 30 årsperiod, förutsatt att förnyelsebara energikällor användes. Överraskande nog, var däremot källan från vart elektriciteten kom mycket viktig för att avgöra byggnadernas GWP. När den svenska elmixen från Boverkets klimatdatabas användes var skillnaden i GWP mellan de olika byggnaderna marginell. Användes istället förnyelsebara energikällor i form av vindkraft, var hampafiberisoleringen det mest fördelaktiga isoleringsmaterialet ur ett miljöperspektiv. / The world's focus on global warming has grown larger than ever before, and the construction sectorisresponsibleforupwardsof 25to40percentoftheglobalcarbonemissions.Oneof the key materials to increase the energy efficiency of buildings are insulation materials. The purpose of the thesis is to evaluate the global warming potential of insulation made out of hemp compared with the two leading insulation materials on the global market, Mineral wool insulation & EPS.  The global warming potential of the three insulation materials are calculated whilst each is placed in a 30 m2 one-story house. The life cycle assessment (LCA) of buildings is used as background to calculate the global warming potential of each of the three buildings. The calculated categories for the global warming potential are: raw materials, transportation, production, the construction phase, and energy usage in the building. The buildings are assumed to have an inside temperature of 20°C and have been constructed in Stockholm, Sweden.  To no surprise the hemp fibre insulation material had the lowest global warming potential out of the three materials during the raw material, production and construction phase. However due to the less optimal value of thermal conductivity for the hemp fiber insulation compared to the other materials, the energy efficiency in the building using hemp fibre insulation was comparatively the worst.  However, the building using hemp fibre insulation could be concluded as the one with the least global warming potential during a 30 year usage if the correct energy sources were used. Surprisingly enough it turned out that the source of electricity was vital for the global warming potential. When using the Swedish electricity mix found in Boverkets Climate database the difference between the buildings was marginal. If renewable sources in the form of wind power were used instead of the national mix for electricity the differences were more noticable and the building using hemp fiber as insulation was less impactful the lower the global warming potential of the energy source was per kWh.

To reach the net-zero carbon goal by 2045, the Swedish government want to push the building and construction sector to lower their greenhouse gas emissions. This push is performed by implementing a law requiring building developers to perform a climate declaration over greenhouse gas emissions, to receive a building’s final clearance. The climate declaration is limited to only include emissions from material extraction until completed building. However, there is a varying knowledge level in the industry regarding how to perform a climate declaration as well as how different materials impact the result. Therefore, this study aims to bring clarity concerning the topic, by investigating where the major and minor climate impacts occur in a building process. Additionally, the impact of different insulations materials and how they influence the result of a climate declaration is studied. To answer the research questions, a climate declaration is performed on a Swedish preschool. The insulation material in the building is altered between glass wool, stone wool, cellulose fibre, foam glass, and polystyrene insulation in different scenarios to see how it impacts the result. The stone wool scenarios use both carbon neutral and non-carbon neutral insulation. Cellulose fibre uses both loose wool with data from an EPD and board insulation with data from Boverket’s climate database in the scenarios. The major climate impact derives from the product stage (A1–A3), meaning material selection have a significant impact on the climate declaration result. The building element with the highest climate impact is the inner walls followed by the foundation, while the floor construction, roof and outer walls have the lowest climate impact. On a material level, plaster board, building plywood and concrete have the highest climate impact in the reference building. The cedar panel have the lowest climate impact and is the only carbon negative material in the reference building. However, this is due to different assumptions made in the climate impact data concerning the binding of carbon in organic materials. The results showed that the insulation material with the highest climate impact is non-carbon neutral stone wool that is 16 % higher than the original construction with glass wool, while loose cellulose wool has the lowest climate impact. The climate impact from the scenario with non-carbon neutral stone wool in the wall and roof construction is 33 % higher compared to the corresponding loose cellulose wool scenario. The scenario with the lowest climate impact, with loose cellulose wool, is approximately 13 % lower than the corresponding glass wool scenario. The carbon neutral stone wool scenario has a similar result to glass wool. Foam glass has a 9.5 % higher climate impact compared to polystyrene insulation in the foundation. Regarding the selection of insulation material, it influences the climate declaration by changing the climate impact. The influence derives from a combination of climate impact per unit and material quantity used in the building. The material quantity is partly dependant on the thermal conductivity (λ-value) of the insulation material. The climate declaration shows a limited view of a building’s environmental impact for a limited part of its lifecycle. Therefore, we would recommend additional lifecycle stages and environmental impacts to be part of the climate declaration in the future, as a means to avoid suboptimization and unintentional problem shifting. / För att nå klimatneutralitetsmålet 2045 vill den svenska regeringen driva bygg- och fastighetssektorn till att sänka sina växthusgasutsläpp. Denna insats utförs genom att införa en lag som kräver att byggherrar utför en klimatdeklaration över växthusgasutsläpp för att få ett slutbesked för byggnaden. Klimatdeklarationen är begränsad till att endast omfatta utsläpp från materialutvinning fram till färdig byggnad. Det finns dock en varierande kunskapsnivå i branschen om hur en klimatdeklaration utförs samt hur olika material påverkar resultatet. Därför syftar denna studie till att ge klarhet angående ämnet genom att undersöka var de större och mindre inflytandena på klimatpåverkan förekommer i en byggprocess. Dessutom studeras effekterna av olika isoleringsmaterial och hur de påverkar resultatet av en klimatdeklaration. För att besvara frågeställningarna utförs en klimatdeklaration på en svensk förskola. Isoleringsmaterialet i byggnaden ändras mellan glasull, stenull, cellulosafiber, skumglas och cellplast i olika scenarier för att se hur det påverkar resultatet. I stenullscenarierna används både koldioxidneutral och icke-koldioxidneutral isolering. Cellulosafibrer använder både lösull med data från en EPD och skivisolering med data från Boverkets klimatdatabas i scenarierna. Den största klimatpåverkan kommer från produktstadiet (A1–A3), vilket innebär att materialvalet har en betydande inverkan på klimatdeklarationsresultatet. Byggnadselementet med störst klimatpåverkan är innerväggarna följt av grunden, medan bjälklaget, taket och ytterväggarna har lägst klimatpåverkan. På materialnivå har gipsskivor, plywood och betong den högsta klimatpåverkan i referensbyggnaden. Cederpanelen har lägst klimatpåverkan och är det enda koldioxidnegativa materialet i referensbyggnaden. Detta beror dock på olika antaganden i klimatpåverkan angående bindningen av kol i organiska material. Resultaten visade att isoleringsmaterialet med den högsta klimatpåverkan är icke-koldioxidneutral stenull, som är 16 % högre än originalkonstruktionen med glasull, medan lös cellulosaull har lägst klimatpåverkan. Klimatpåverkan från scenariot med icke koldioxidneutral stenull i vägg- och takkonstruktion är 33 % högre jämfört med motsvarande scenario med lös cellulosaull. Scenariot med lägst klimatpåverkan, med lös cellulosaull, är cirka 13 % lägre än motsvarande glasullscenario. Det koldioxidneutrala stenullscenariot har ett liknande resultat som glasull. Skumglas har 9,5 % högre klimatpåverkan jämfört med cellplasten i grunden. När det gäller valet av isoleringsmaterial påverkar det klimatdeklarationen genom att förändra klimatpåverkan. Påverkan härstammar från en kombination av klimatpåverkan per enhet och mängden material som används i byggnaden. Mängden material beror delvis på isoleringsmaterialets värmekonduktivitet (λ-värde). Klimatdeklarationen visar en begränsad bild av en byggnads miljöpåverkan under en begränsad del av dess livscykel. Därför rekommenderar vi att ytterligare livscykelstadier och miljöindikatorer ingår i klimatdeklarationen i framtiden, för att undvika suboptimeringar och oavsiktliga problembyten.

Energy efficiency of the building sector is a key strategy to achieve national climate goals in Sweden and other European countries. In this thesis, several renovation scenarios for a case study office building in Sweden are analysed and compared based on their energy performance, environmental impacts, and economic costs from a life cycle perspective. As a baseline, the case study building was simulated in IDA ICE and compared with the simulated renovation scenarios. For the Life Cycle Analysis (LCA) and the Life Cycle Costs (LCC), the commercially available software OneClickLCA was used. The renovation scenarios were carried out over three rounds: (i) material type scenarios where five insulation materials (glass wool, rock wool, hemp fiber, Expanded Polystyrene (EPS), and Extruded Polystyrene (XPS)) and two frame materials (wood and steel) are compared; (ii) insulation thickness optimization from economic and environmental performance perspectives (iii) comparison of combination with other typical renovation measures such as changing of windows, improving specific fan power, heat exchanger efficiencies, and lightings. The results show that glass wool gives the most economical and environmental performance, followed by rock wool and EPS. When considering other environmental indicators, hemp fiber presents the best environmental option. However, it is not competitive with traditional insulation materials from an economic perspective. The insulation thickness scenarios show different optimal economic and environmental performance points, giving total energy savings of 5 % and 9,5 %, respectively. When considering other typical energy efficiency measures, the highest impact on the energy performance was found when improving the specific fan power (SFP) and switching to LED lights with total electricity reductions (including user-based electricity consumption) of 4 % and 14 %, respectively. Conclusively, the case study showed how the electricity and heating demand of the studied office building could be reduced, and the environmental and economic consequences of the different energy-efficiency measures.

Energie und Rohstoffe auf Basis von Biomasse gelten als wichtiger Beitrag, um den anthropogen begründeten Klimawandel zu mindern. Diese publikationsbasierte Arbeit analysiert, inwiefern Aussagen über Vorzüglichkeit von Biomassenutzung im direkten Vergleich oder auch in komplexeren wirtschaftlichen Nutzungssystemen durch Unsicherheiten in den Treibhausgasemissionen (THG) oder durch die Anwendung der Bewertungsmethodik beeinflusst werden. Eine Fallstudie zur stationären Biostromerzeugung aus der Vergasung von Pappelhackschnitzeln zeigte mittels Monte-Carlo-Analyse, dass dieser Biostrom trotz Unsicherheiten weniger THG emittiert bzw. sogar Kohlendioxid sequestrieren könnte. Die zweite Fallstudie analysierte Biomassenutzung im Systemzusammenhang. Sie bezog neben THG-Emissionen als Bewertungskriterien sowohl den Bedarf an Agrarfläche als auch an fossilen Ressourcen mit ein. Für das Beispiel der Häuserdämmung mittels Hanffasern oder Styropor konnte aus den drei Kriterien auch unter Berücksichtigung mehrerer Szenarien keine eindeutige Vorzugslösung der Biomassenutzung abgeleitet werden. Basierend auf dem Produktivitätskonzept stellt der dritte Beitrag mit CUDe (Carbon Utilization Degree) einen Ansatz vor, wie die Nutzungseffizienz des in der Biomasse bereitgestellten Kohlenstoffs bewertet werden könnte. THG-Minderungsrechnungen erfordern eine fundierte Kenntnis der Methode als auch des Produktionssystems in seinem regionalen Kontext. Als Landnutzungseffekte sollten neben Änderungen im Bodenkohlenstoffgehalt auch Unterschiede in Lachgas-Hintergrundemissionen von annuellen gegenüber mehrjährigen Kulturen berücksichtigt werden. Trade-Offs sprechen dafür, Biomassenutzungssysteme nicht nur hinsichtlich Klimawirksamkeit zu optimieren. Ergänzend könnte Kohlenstoff auch als Ressource betrachtet und mit Effizienzkriterien bewertet werden. Biomassenutzung ließe sich so optimieren, dass gemeinsam mit Klimaschutz weitere aktuelle Handlungsfelder adressiert werden. / Biomass-based energy and materials are considered important for the mitigation of human-induced climate change and as relevant bioeconomic feedstock. This publication-based dissertation aims to contribute to the discussion about the reliability of mitigation assessment of biomass applications in an increasingly bio-based, low-carbon economy that also fulfils sustainability constraints of resource conservation. It analysed how preference of biomass use in direct comparison as well as in larger economic context is affected by single uncertainties as well as by mitigation calculation methods. A case study on stationary bioelectricity generation from poplar wood chip gasification with a Monte Carlo approach showed that such bioelectricity could emit less greenhouse gases (GHG) or even sequester carbon despite existing uncertainties. The second case study analysed biomass use in a systemic context. Besides GHG emissions also resource demand of cropland and fossil fuels were used to assess two strategies to isolate buildings. From the three criteria, none of the strategies would clearly be preferred. The third case study presented an approach to assess the efficiency of biomass carbon use (CUDe; Carbon Utilization Degree) and applied it exemplarily to a biogas and a hemp insulation system. GHG mitigation analyses of biomass use must be performed with profound knowledge of the methodology and the biomass system in its regional context. In land use change assessment, emissions resulting from deviating nitrous oxide baselines from annual and perennial crops should be considered in addition to carbon stock changes. Optimization of biomass applications only with respect to GHG emissions (or other single criteria) might overlook trade-offs. However, multi-criteria analyses might yield ambiguous results. A resource-efficient viewpoint on biogenic carbon use instead of its sole GHG implications might help to foster a transformation to bio-based, low-carbon economies.