This bachelor essay is divided into two parts, the first being a construction of a single-family house and the second an in-depth study of five different isolation materials, analysed from an energy perspective. The first part, the construction of the single-family house, has been created from knowledge acquired during three years of studying at KTH Royal institute of Technology in Stockholm, in the program Architecture and the Built Environment. The constructed house is a one-floor house of 137m 2with façade plaster, situated in Borlänge, Sweden. The house has a wooden frame which is built on a on sight cast concrete foundation, on the ground. The house’s roof is a gable roof, which has an angle of 24 degrees. The roofing is tile. The house is heated by underfloor heating connected to a geothermal heating pump and the ventilation is controlled by a FTXsystem. A specific energy requirement was set up so secure that an energy efficient construction was chosen. The reason for the topic of the study (isolation materials), is due to the increase of demands put on the energy economizing and climate aware, both from the building industry and society at large. The purpose was to investigate whether there are better alternatives than the traditional mineral wool isolation, when looking at energy efficiency. The depth study was based on both literatures on the subject and product information. From this a comparison of the five materials was made. The premises considered where: energy efficiency; price i.e. investment costs; energy release from manufacturing the material, and energy consumption during 25 years of a mortar phase. The comparison is divided between energy comparison and a calculation of the costs. The comparison was further divided by first looking at a scenario where the wall structures U-value is constant and a varying isolation thickness; and then the isolation thickness was constant and the U-value was varied. From this conclusions about the suitability of the materials were drawn. Stone wool was the material found most suitable when calculations where finished, and therefore it was chosen to be the isolation in the constructed single-family house.

The largest contributor to global warming from the construction and real estate sector comes from the emission of greenhouse gases during the production and usage phases of buildings. During production the leading contributor accounting for emissions is material production while the largest impact in the usage phase is due to energy used for heating, where the largest heat losses occur through building envelopes. Therefore, should the material selection for the building envelope be optimized both regarding the materials lifetime pollutant emissions as well as its effect on energy consumption during building use. The purpose of this paper is to review materials carbon footprint regarding its lifecycle and the effect on energy use of different exterior wall constructions during building use. To answer these questions different methods are applied such as case studies, theoretical studies and simulations. Investigated materials and exterior wall constructions are sandwich panels with a core of rock wool, CLT (cross laminated timber) combined with glass wool and CLT combined with hemp fiber insulation. The result of the study indicates that the climate impact from production of the investigated materials is small compared to the climate impact of energy use. However the study shows that the emissions from the production phase differ between materials. CLT combined with hemp fiber insulation or glass wool insulation has less of an effect on greenhouse emissions compared to sandwich panels. Furthermore, depending on the selection of dimensions for CLT and insulation there are possibilities to reduce energy consumption during building use and still maintain a lower level of emission from material production compared to sandwich panels. / Den största klimatpåverkan från bygg- och fastighetssektorn beror idag av växthusgasutsläpp under byggnaders produktionsskede och bruksskede. I produktionsskedet kommer den mest betydande andelen utsläpp från materialproduktion och i bruksskedet från energianvändning som beror av uppvärmning av fastigheter, där de största värmeförlusterna sker genom en byggnads klimatskal. Materialval i klimatskalet bör därför optimeras både med avseende på koldioxidutsläpp under dess livscykel och materialets påverkan på en byggnads energianvändning i bruksskedet (Boverket 2018:5), (Sveriges Byggindustrier 2014). Arbetets syfte är att redogöra för olika byggnadsmaterials klimatpåverkan, både med avseende på materialets livscykel och olika ytterväggskonstruktioners påverkan på energianvändning i byggnadens bruksskede. Målet är att skapa underlag inför val av material i en hallbyggnads klimatskal. Tre frågeställningar har formulerats med syftet i åtanke; Hur påverkas byggnadens energianvändning beroende på val av ytterväggskonstruktion?; Vilken klimatpåverkan har respektive ytterväggskonstruktion, med avseende på produkternas livscykler? och; Vad är byggnadens klimatpåverkan med avseende på materialproduktion och byggnadens energianvändning?. För att svara på frågeställningar tillämpas flera metoder. En fallstudie ger arbetet en utgångspunkt och en litteraturstudie skapar underlag för att analysera material och produkters klimatpåverkan. Utifrån insamlade fakta simuleras aktuell byggnad och given energianvändning kan omvandlas till klimatpåverkan. Material och ytterväggskonstruktioner som undersöks är sandwichpaneler med stenullsisolering, som referenskonstruktion. Vilken jämförs med KL-trä kombinerat med glasullsisolering respektive hampafiberisolering. Valet av studerade material åligger i att forskning visar på att kombinationen av massiva trästommar och isoleringsmaterial i klimatskalet kan bidra till att minska byggnaders energianvändning. Studien visar att klimatpåverkan från tillverkningsskedet för ytterväggarnas material är lågt i jämförelse med klimatpåverkan orsakad av bruksskedets energianvändning. Det framgår emellertid att konstruktionerna sinsemellan skiljer sig åt utsläppsmässigt vid produktion av material. Att använda KL-trä kombinerat med glasullsisolering eller hampafiberisolering ger lägre klimatpåverkan i förhållande till sandwichpanel. Beroende på val av dimensioner av KL-trä och isolering finns också möjlighet till att minska energianvändningen i byggnadens bruksskede och erhålla lägre klimatpåverkan vid materialproduktion i jämförelse med sandwichpaneler.

Byggnader står för cirka 36% av koldioxidutsläppen och 40% av energianvändningen. I Sverige står hushållen för cirka 23 % av den totala energianvändningen. Valet av isoleringsmaterial är en bidragande faktor för att kunna minska energianvändningen i hushållen samt att dämpa påverkan på miljön. Därför viktigt att välja ett isoleringsmaterial som bidrar till lägre koldioxidutsläpp, är gjort på förnyelsebara material och som går att återvinna/återanvända.   Moderna Trähus är ett småhusföretag med visionen att bygga moderna trähus med så låg energianvändning och påverkan på miljön som möjligt. Den isolering som företaget använder just nu är stenull och de vill även kunna erbjuda ett miljövänligare alternativ till sina kunder.   De material som jämförs med stenullen är cellulosafiber (både skivor och lösull), träfiber och linull. De aspekter som undersöks för respektive material är väggens U-värde (samma väggtjocklek), byggnadens specifika energianvändning, koldioxidutsläpp, andra miljödata samt isoleringens kostnad.   Resultaten visar att alla material har samma U-värde och specifika energianvändning, medan träfiber och cellulosa har lägst koldioxidutsläpp. Kostnadsmässigt är stenullen och cellulosa – lösull billigast. Cellulosa – lösull är det bästa materialet  när miljö, energi och kostnad jämförs tillsammans. / Buildings account for about 36% of carbon dioxide emissions and 40% of energy use. In Sweden, households account for about 23% of total energy use. Valuation of insulation materials is a contributing factor in reducing energy consumption in households as well as dampening environmental impact. It is therefore important to choose an insulation material that contributes to lower carbon dioxide emissions, that is made of renewable materials and which can be recycled / reused.   Moderna Trähus is a small house building company with the vision to build modern wooden detached houses with as low energy consumption and environmental impact as possible. The insulation the company currently uses is stone wool and they also want to offer a more environmentally friendly alternative to their customers.   The materials that are compared to the stone wool are cellulose fiber (both slabs and bulks), wood fiber and flax. The aspects examined for the respective materials are the wall's U-value (same wall thickness), the building's specific energy use, carbon dioxide emissions, other environmental data and the cost of the insulation material.   The results show that all materials have the same U-value and specific energy use, while wood fiber and cellulose have the lowest carbon dioxide emissions. Costwise, stone wool and cellulose are the cheapest. Cellulose are the best material when environmental-, energy- and cost aspects are compared together.

In the manufacturing process of mineral wool insulation plates, defects arise, such as unmelted base minerals and uncured binder which gets embedded within the plates. To be able to sort out these defective plates from a manufacturing line, a reliable quality assessment is needed. The aim is to find an ultrasonic non-destructive testing method that can identify the embedded defects. This was achieved through experiments on defective insulation plates using three different ultrasonic non-destructive testing methods that were of interest. These methods were higher harmonics, pulse-echo and through transmission. Of these three, the through transmission method showed the most promising results in finding the defects that were sought after. The through transmission method utilizes two aligned transducers, one acting as a transmitter and one as a receiver. When the defective area passes through the sound beam between the transducers the intensity of the beam drops, indicating that a defect is present. The weakened intensity is due to the signal attenuation, mainly caused by the higher density of the defects compared to the base material in the surrounding insulation plate. The method is well suited for being implemented in a production line since it’s a fast method and, therefore, suited for moving objects. More measurements are needed to establish a reliable reference value to consistently distinguish the defects from the surrounding plate. The method was only evaluated in a small scale experimental environment so further experiments on a larger scale are needed to mimic and evaluate the reliability in the real case scenario of the production lines. / I tillverkningsprocessen av isolerskivor i stenull uppstår inneboende defekter i isolerskivorna, dessa defekter består av osmälta basmineraler och ohärdat bindemedel. För att kunna sortera bort dessa skadade skivor från tillverkningslinjen behövs en pålitlig metod för kvalitetsbedömning. Avsikten med det här arbetet är att hitta en oförstörande provningsmetod baserad på ultraljud som kan identifiera de inneboende defekterna. Detta genomfördes genom experiment på defekta isolerskivor med tre olika oförstörande provningsmetoder baserade på ultraljud. Dessa metoderna var, higher harmonics, pitch-echo och through transmission. Through transmission visade lovande resultat i att identifiera de båda typerna av skador. Metoden är baserad på att en sändare sänder ut ultraljud till en mottagare placerad i linje med sändaren. När ett defekt område passerar ultraljudsvågen mellan sändaren och mottagaren försvagas intensiteten av signalen. Försvagningen av signalen beror mestadels på att densiteten är högre hos defekterna än hos basmaterialet i isolerskivan. Denna försvagning indikerar att en defekt befinner sig i mätområdet. Metoden är väl implementerbar i en tillverkningslinje, då det är en snabb metod vilket den behöver vara då objektet är i rörelse. Mer mätningar behövs för att fastställa ett pålitligt referensvärde för att konsekvent kunna sortera ut de defekta isolerskivorna. Metoden är endast utvärderad i en småskalig laborationsmiljö och det behövs fler tester i en större skala undersöka pålitligheten i det verkliga scenariot med tillverkningslinjen.

AquaVillas CasaBona väggsystem innehåller i dagsläget isoleringsmaterialet EPS, vilket har visat svagheter vid brand. Målet med denna studie var att föreslå ett alternativt isoleringsmaterial till EPS med hänsyn till brand, energianvändning och U-värde, samt energiåtgång och koldioxidutsläpp vid tillverkning. Syftet var att det föreslagna alternativa isoleringsmaterialet skall kunna användas av tillverkare i väggprodukter som ett alternativ till EPS. I denna studie undersöktes fyra olika isoleringsmaterial genom kritisk granskning av vetenskapliga artiklar och litteratur, samt genom fältstudie och beräkningar i energiberäkningsprogrammet VIP-energy. De isoleringsmaterial som undersöktes var expanderad polystyren, polyuretan, polyisocyanurat och stenull. Resultaten visade att EPS, PUR och PIR är avsevärt sämre ur brandsynpunkt än stenull. Vid tillverkning av de olika isoleringsmaterialen fick EPS bäst resultat när det gäller koldioxidutsläpp. För energiåtgång vid tillverkning fick EPS bäst resultat då isoleringsskiktet i det undersökta väggsystemet var 200 mm tjockt, men då utgångspunkten istället var att väggen skulle ha ett U-värde på 0,112 W/m2K, fick stenull bäst resultat i denna kategori. PUR och PIR fick sämst resultat gällande både energiåtgång och koldioxidutsläpp vid tillverkning. Stenull gav väggen den bästa energianvändningen men samtliga material klarade kraven i Boverkets Byggregler. Vid sammanvägning av samtliga undersökta egenskaper för de olika isoleringsmaterialen anses det mest lämpliga materialet för en vägg vara stenull. / The AquaVilla CasaBona wall system currently contains the insulation material EPS, which has shown weaknesses while exposed to fire. The aim for this study was to suggest an alternative insulation material to EPS regarding fire, energy use and U-vale as well as energy use and carbon dioxide emissions for manufacturing. The purpose was that the suggested alternative insulation material should be able to be used by manufacturers in wall products as an alternative to EPS. In this study, four different insulation materials were examined by critically reviewing scientific articles and literature, as well as field studies and calculations with the energy calculation program VIP-energy. The insulation materials investigated were expanded polystyrene, polyurethane, polyisocyanurate and rockwool. The findings showed that EPS, PUR and PIR were not nearly as good as rockwool regarding fire. When manufacturing the various insulation materials, EPS gives the best results in terms of carbon dioxide emissions. EPS gives the best results regarding energy use for manufacturing when the insulation layer in the investigated wall system was 200 mm thick, but when the wall was given a U-value of 0,112 W/m2K, rockwool got the best results in this category. PUR and PIR gave the worst results regarding both energy use and carbon dioxide emissions at manufacturing. Rockwool generated the best results regarding energy use, but all of the materials met the requirements from Boverkets Byggregler. When comparing all the investigated characteristics of the various insulation materials, the most suitable material for an external wall was considered to be rockwool.

This report is a life cycle assessment of a relatively newly built semidetached passive house/low energy house located in Östersund/Jämtland. The analysis concentrates on the building materials in the construction phase and the energy in the use phase for 50 years. The construction phase include frame, foundation, interior and exterior walls, ceiling and roof, middle floor structure, floor coverings, interior and exterior doors, windows, interior staircase with banisters, stove and FTX-ventilation system. The inventory to obtain the volume of each material has been made with the help of blueprints and interviews. The inventory of the use phase has been made using measurements from a parallel study by Itai Danielski of the energy use in the house (Danielski, Svensson & Fröling, 2013). The database Ecoinvent has been used to get a result for the volume and energy values. The inventory data is allocated and the characterization methods GWP, CED (cumulative energy demand) and USEtox are used. The aim of this study was to compare the construction phase with the use phase to see which phase that has the highest energy values ​​and environmental impact. Another goal was to examine which materials in the construction phase that has the highest embodied energy and environmental impact. The result shows that in a comparison between the construction phase and the use phase, and when considering the parameters included in this study, the use phase has the highest values for global warming potentials (around 54 %), cumulative energy demand (around 80 %), ecotoxicity (around 56 %), human non-carcinogenic toxicity (around 77 %) and total human toxicity (around 75 %). The construction phase has the highest values for human carcinogenic toxicity (around 57 %). Even if the use phase has the highest values in most categories the construction phase also has high values. As buildings become more energy efficient and with increasing use of renewable energy, the construction phase becomes more important from an environmental perspective. This means that the material choices which are made in passive houses become increasingly important if passive houses should be considered to be environmentally friendly also in the future. The study also shows that the FTX-ventilation system, some of the insulation materials (with cellular plastic sheets and rock wool in top), metals (with sheet metal roofing of steel in top), glued laminated timber and wood fiber boards  have some of the highest values of environmental impact and the highest embodied energy. These materials should in future buildings be considered, if possible, to be replaced with materials with less environmental impact. / Den här rapporten är en livscykelanalys av ett relativt nybyggt passivhus/lågenergihus som också är ett parhus (ett hus delat i två separata lägenheter) beläget i Östersund/Jämtland. Analysen koncentrerar sig på byggnadsmaterialen i konstruktionsfasen och energin i användningsfasen under 50 år. Konstruktionsfasen inkluderar stomme, grund, inner- och ytterväggar, inner- och yttertak, mellanbjälklag, golvbeklädnader, inner- och ytterdörrar, fönster, invändig trappa med trappräcke, kamin och FTX-ventilationssystem. Inventeringen för att få fram volymen på varje material har gjorts med hjälp av ritningar och intervjuer. Inventeringen av användningsfasen har gjorts med hjälp av mätvärden från en parallell studie av Itai Danielski på energianvändningen i huset (Danielski, Svensson & Fröling, 2013). Databasen Ecoinvent har sedan använts för att få fram ett resultat för volym- och energivärdena. Inventeringsdatan är allokerad och karaktäriseringsmetoderna GWP (globalt uppvärmingspotential), CED (kumulativt energibehov) och USEtox (toxicitet) har använts. Målet med studien är att jämföra konstruktionsfasen med användningsfasen för att kunna se vilken fas som har högst energivärden och miljöpåverkan. Målet är också att undersöka vilka material i konstruktionsfasen som har högst förkroppsligad energi och miljöpåverkan, i syftet att eventuellt kunna byta ut vissa material till miljövänligare alternativ, för att få ett miljövänligare hus i framtida liknande byggnationer. Resultaten visar att i en jämförelse mellan konstruktionsfasen och användningsfasen, och med hänsyn till de parametrar som ingår i studien, att användningsfasen har de högsta värdena för globalt uppvämingspotential (runt 54 %), kumulativt energibehov (runt 80 %), ekotoxicitet (runt 56 %), human icke-cancerogen toxicitet (runt 77 %) och total human toxicitet (runt 75 %). Konstruktionsfasen har högst värden för human cancerogen toxicitet (runt 57 %). Även om användningsfasen har högst värden i de flesta kategorierna så har även konstruktionsfasen höga värden. Ju mer energieffektiva husen blir och med en ökad användning av energi från förnyelsebara källor, desto viktigare blir konstruktionsfasen ur ett miljöperspektiv. Det betyder att materialvalen som görs i huset blir väldigt viktiga om passivhus ska fortsätta anses som miljövänliga även i framtiden. Denna studie visar också att FTX-ventilationssystemet, några av isoleringsmaterialen (med cellplasten och stenullen i topp), metallerna (med plåttaket av stål i topp), limträbalkar och träfiberskivor har några av de högsta värdena av miljöpåverkan och den högsta förkroppsligade energin. Dessa material borde i framtida byggnationer övervägas att om möjligt ersättas med andra material med mindre miljöpåverkan.

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.