Alternative materials for desert buildings: a comparative life cycle energy analysis

Abstract

This study examines the potential life-cycle energy savings that may be achieved by combining an innovative alternative building material and a bioclimatic approach to building design under the distinctive environmental conditions of a desert region. A residential building in the Negev region of Israel is used as a model for the assessment. Designed with a number of climatically-responsive design strategies and conventional concrete-based materials, the building was energy-independent in terms of summer cooling and had only modest requirements for winter heating. As a second step to the assessment, the integration of an alternative building material based on industrial waste and local raw materials in the building's walls was considered through thermal simulation. The alternative materials are produced through a process developed to make productive utilization of fly-ash from oil shale and coal combustion. Material properties were analyzed using laboratory specimens, and it was established that high-quality building components could be produced using the developed technological procedure with standard manufacturing equipment. The consumption of both embodied and operational energy was analyzed over the building's useful life span, and this life-cycle analysis showed the clear advantage of integrating alternative materials in a building under environmental conditions in a desert environment. La combinaison d'un matériau de construction alternatif innovant et d'une approche bioclimatique de la conception des immeubles est examinée sous l'angle des économies d'énergie potentielles au cours du cycle de vie. Un immeuble résidentiel dans les conditions environnementales caractéristiques d'une région désertique est utilisé comme modèle pour l'évaluation. Conçu en utilisant un certain nombre de stratégies de conception apportant des réponses climatiques et des matériaux conventionnels à base de béton, l'immeuble était énergétiquement indépendant en termes de refroidissement durant l'été et n'avait que des besoins en chauffage modestes en hiver. Dans un second temps de l'évaluation, l'intégration d'un matériau de construction alternatif à base de déchets industriels et de matières premières locales dans les murs de l'immeuble a été examinée tout au long de la simulation thermique. Les matériaux alternatifs sont produits grâce à un processus élaboré de façon à assurer une utilisation productive des cendres volantes issues de la combustion du charbon et des schistes bitumineux. Les propriétés de ces matériaux ont été analysées en utilisant des échantillons en laboratoire. Dès lors, il a été établi que des éléments de construction de haute qualité pouvaient être produits en utilisant, avec du matériel de fabrication standard, la procédure technologique ainsi mise au point. La consommation en énergie intrinsèque comme en énergie de fonctionnement a été analysée sur la durée de vie utile de l'immeuble. Cette analyse du cycle de vie a montré le net avantage qu'il y a à intégrer des matériaux alternatifs dans un immeuble dans les conditions environnementales d'un milieu désertique. Mots-clés: matériaux alternatifs, conception climatique, désert, énergie intrinsèque, efficacité énergétique, analyse du cycle de vie