Today 55 percent of the population in the world lives in urban areas which is expected to increase to 68 percent by the year 2050. In the cities, high-rise buildings as symbols of the modern cityscape are dominating the skylines, but the data to demonstrate their embodied energy and environmental impacts are scarce, compared to low- or mid-rise buildings. Reducing the embodied energy and environmental impacts of buildings is critical as about 42 percent of primary energy use and 39 percent of the global greenhouse gas (GHG) emissions come from the building sector. However, it is an overlooked area in embodied energy and environmental impacts of high-rise buildings. Life cycle assessment (LCA) is a widely used tool to quantify the embodied energy and environmental impacts of the building sector. LCA combined with Building Information Modeling (BIM) can simplify data acquisition of the building as well as provide both tools with feedback. Several studies recognize that the integration of BIM and LCA can simplify data acquisition of the building as well as provide tools with feedback. This article provides an overview of literature on BIM-based of embodied energy and environmental impacts of high-rise buildings. It also compares with different LCA methodologies. Finally, major strategies to reduce embodied energy and environmental impacts of high-rise buildings, research limitations and trends in the field are covered.
Miller, Dane;Doh, Jeung-Hwan;Ho, Nhat Minh;Peters, Tim
International conference on construction engineering and project management
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2015.10a
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pp.564-567
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2015
The incorporation of sustainability principles into the structural engineering design of buildings is increasingly important. Historically the focus of improvements to the environmental performance of structures has been operational energy considerations. Current research has highlighted the requirement for changing the approach by increasing the consideration of embodied energy in structures. This research was conducted to build on previous research by the authors in quantifying the contribution of column optimization to the embodied energy performance of concrete framed buildings. Ultimately, the authors intend to develop mechanisms through which sustainable design can be quantified, enabling alleviation prior to construction. Columns are a key structural element to consider as part of this development process. The outcomes of this assessment reinforced previous findings, observing that reduced structural weight as a result of other sustainable design measures carries manifold benefits include column design savings. Through the quantification of the embodied energy outcomes during this research phase, the columns were shown to contribute up to 19.71% of the total embodied energy of the structural system dependent upon construction technique used.
This study aim at demonstrating the environmental performance of freight transport of the rail and road mode through an indicator of embodied energy and $CO_2$ emissions. Using the concept of LCA, the scope of evaluation includes energy production, supply chain activity and operation. The results of embodied energy and $CO_2$ emissions are normalized by means of traffic volume. The results shown that embodied $CO_2$ emissions road mode is 607.07 $gCO_2-eq./tkm$ and 284.67 $gCO_2-eq./tkm$ for road and rail mode, respectively. This number reveals that road mode is 2.1 times larger than rail mode. The results also indicate that the main contribution of $CO_2$ emission from road mode is in the operation stage, which accounts for 70%; however, it is the construction and supply chain stage that accounts for over 50% of the emission of rail mode.
Recently, the environmental conservation has been emphasized over the world. Building industry should carefully reflected the development focused on the economic aspect as well as the environmental considerations. Therefore, it requires the technology development to mitigate the environmental pollution through the reducement of the energy and resources usage amount over the building life cycle. For these, it should be required to set up the analysis methodology to grasp the amount of the environmental pollution and energy and resources in each step of building life cycle. In this paper, it aimed at preparing the analysis process and analyzing the embodied energy and $CO_2$ and $SO_x$ emission according to the building work, field work, mechanical and electrical work on the new building and remodelling, utilizing the inventory analysis which is one of the LCA process.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.4
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pp.1053-1063
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2014
This study presents a sustainable design method that optimizes the embodied energy of concrete beam based on the concept of sustainable development that effectively utilizes natural resource and energy within the range that our succeeding generation can afford to utilize. In order to get the flexural strength carrying the ultimate load, concrete beam sections are designed by optimization that consists of the embodied energy as a objective function and the requirements of design code as constrained conditions. The sustainable design can be used to minimize the embodied energy consumed in material production, construction, operation, demolition of the infrastructure. As a result of comparison of the cost and the embodied energy optimizations based on practical beam sections, it is shown that 20% embodied energy saving and 35% $CO_2$ emission saving are achieved by sacrificing 10% cost increase. The sustainable design method provides a new effective methodology that manages the strength design concept based on cost minimization together with economic feasibility and sustainability. In addition, the method is expected to be applied to more various structural design practices.
Kim, Kyeong-Hwan;Yeo, DongHun;Lee, Sang-Ho;Yoon, Young-Cheol
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.3
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pp.265-274
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2017
This study presents a sustainable design method to optimize the embodied energy and $CO_2$ emission complying with the design code for reinforced concrete column. The sustainable design method effectively achieves the minimization of the environmental load and energy consumption whereas the conventional design method has been mostly focused on the cost saving. Failure of reinforced concrete column exhibits compressive or tensile failure mode against an external force such as flexure and compression; thus, optimization analyses are conducted for both failure modes. For the given sections and reinforcement ratios, the optimized sections are determined by optimizing cost, embodied energy, and $CO_2$ emission and various aspects of the sections are thoroughly investigated. The optimization analysis results show that 25% embodied energy and 55% $CO_2$ emission can be approximately reduced by 10% increase in cost. In particular, the embodied energy and $CO_2$ emission were more effectively reduced in the tensile failure mode rather than in the compressive failure mode. Consequently, it was proved that the sustainable design method effectively implements the concept of sustainable development in the design of reinforced concrete structure by optimizing embodied energy consumption and $CO_2$ emission.
Gan, Vincent J.L.;Li, Nan;Tse, K.T.;Chan, C.M.;Lo, Irene M.C.;Cheng, Jack C.P.
International conference on construction engineering and project management
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2017.10a
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pp.14-23
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2017
In high-density high-rise cities such as Hong Kong, buildings account for nearly 90% of energy consumption and 61% of carbon emissions. Therefore, it is important to study the design of buildings, especially high-rise buildings, to achieve lower carbon emissions in the city. The carbon emissions of a building consist of embodied carbon from the production of construction materials and operational carbon from energy consumption during daily operation (e.g., air-conditioning and lighting). An integrated analysis of both types of carbon emissions can strengthen the design of low carbon buildings, but most of the previous studies concentrated mainly on either embodied or operational carbon. Therefore, the primary objective of this study is to develop a holistic methodology framework considering both embodied and operational carbon, in order to enhance the sustainable design of low carbon high-rise buildings. The framework will be based on the building information modeling (BIM) technology because BIM can be integrated with simulation systems and digital models of different disciplines, thereby enabling a holistic design and assessment of low carbon buildings. Structural analysis program is first coupled with BIM to validate the structural performance of a building design. The amounts of construction materials and embodied carbon are then quantified by a BIM-based program using the Dynamo programming interface. Operational carbon is quantified by energy simulation software based on the green building extensible Markup Language (gbXML) file from BIM. Computational fluid dynamics (CFD) will be applied to analyze the ambient wind effect on indoor temperature and operational carbon. The BIM-based framework serves as a decision support tool to compare and explore more environmentally-sustainable design options to help reduce the carbon emissions in buildings.
Abadel, Aref A.;Albidah, Abdulrahman S.;Altheeb, Ali H.;Alrshoudi, Fahed A.;Abbas, Husain;Al-Salloum, Yousef A.
Advances in concrete construction
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v.11
no.2
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pp.127-140
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2021
In this study, twenty-five geopolymer (GP) mixes were prepared by varying the alkaline solids to Metakaolin (MK) and sodium silicate to NaOH ratios from 0.1 to 0.5 and 0.2 to 1.0, respectively, thus giving a wide range of molar ratios of silica to alumina, sodium oxide to alumina and water to sodium oxide. The compressive strength of these GP mixes was determined for four curing schemes involving oven curing at 100℃ for 24 h and three ambient curing with the curing ages of 3, 14, and 28 days. The test results revealed that for the manufacture of GP binder for structural applications of strength up to 90 MPa, the molar ratio of silica to alumina should be greater than 2.3, sodium oxide to alumina should be between 0.6 to 1.2, and water to sodium oxide should not exceed 12. The compressive strength of ambient cured GP mortar gets stabilized at 28 days of ambient curing. Experimental findings were also corroborated by GP microstructure analysis. The embodied energy of MK-based GP mortars, especially of high strength, is significantly less than the cement mortar of equivalent strength.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.17
no.3
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pp.52-60
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2016
This study investigates and analyzes the total amount of energy consumption and $CO_2$ emission during the material manufacturing, transportation, construction, operation, and disposal phases of eight elementary school buildings in South Korea. Toward this ends, the hybrid LCA model is proposed. The life cycle energy consumption and $CO_2$ emission of eight case buildings are assessed using the hybrid LCA model with an assumption that the operation period is 40 years. As a result, the embodied(sum of the energy consumption in the material manufacturing, transportation and construction phases), operational and disposal energy were 2,279, 11,182, $228Mcal/m^2$, respectively, on average. The average embodied, operational, and disposal $CO_2$ emission were 604, 2,708, 60 kg-$CO_2/m^2$, respectively, on average. This result indicates that about 17% of life cycle energy (or $CO_2$ emission) is consumed in the material manufacturing, transportation and construction phases. Thus, it is necessary to consider the embodied energy and $CO_2$ emission to reduce the life cycle energy and $CO_2$ emission of school buildings. In addition, while the insulation standard of building have been provided based on the climate zone, energy consumption in operation phase still varied depending on the regions in this study. Thus, the insulation standard of building needs to be improved through considering the climate of regions in detail.
Journal of Korea Society of Digital Industry and Information Management
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v.5
no.3
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pp.29-37
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2009
It is as result that study to apply mini magnet nerve curer in peripheral nervous system disease treatment. Simulator and embodied action power and Control Unit in cylinder form of magnet roof object firstly. Yielded service area about special quality of probe of loop object cylinder style and treatment area dimension and distance of treatment pulse secondly. Embody pulse forming course energy value by Probe's form by third, could embody treatment pulse by disease. Specially, through a special quality experiment, saved Damping pulse form and treatment digital forming etc. variously. Lately, embodied this to aid a little in disease treatment that follow that there is no invasion that there is no stimulation by medicine development. Neuralgia, muscular disease and Altzheimer, with stroke etc. is becoming the matter of concern and interest which disease of adult etc. it is same is important. And the melancholia in compliance with the modern direction of a ceremony which is complicated and garrulous, trillion it will cry and symptoms, it is a tendency where the emotional obstacle etc. nervous psychiatric disorder patient is increasing at class speed. But currently the applicator it will be able to treat like this disease almost it is a condition which is wholly lacking. Consequently like this disease it used magnetic stimulation and it diagnosed and the equipment it will be able to treat plan and it embodied.
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