Travail de fin d'études / Projet de fin d'études : Evaluation of energy performance and carbon emission of vacuum insulated glazing versus triple glazing in an office building in Belgium

Abstract

The United Nations Environmental Programme published in 2019 that 39 % of the energy-related carbon dioxide comes from the construction sector. Thereby, the regulation of the energy performance of the buildings becomes stricter, which leads to new technologies of construction components, like today's vacuum insulated glazing.

The knowledge and publications of vacuum insulated glazing are limited, and few multi-criteria comparisons are given. Therefore, this thesis compares vacuum insulated glazing in today’s and tomorrow’s production to triple glazing, following three criteria: energy performance, carbon emission, and cost. The glazings considered are produced by AGC Glass Europe. The analysis of variations in energy use is carried out with the help of a building energy model on EnergyPlus with DesignBuilder of the case study ‘t Centrum in Westerlo. The energy model’s robustness is proven with calibration, sensitivity and uncertainty analyses. Further, the carbon emission is calculated based on the environmental product declaration and the energy emissions. Meanwhile, the cost is analysed using different energy cost scenarios and the carbon tax scenarios discussed in Belgium in 2017. The work is dedicated, first, to the architects and individuals involved in the construction industry in order to foster more responsible choices, second, to the AGC Glass and, third, to any individual wanting to understand the new glazing technology.

A total energy load reduction of 1.12% is found for the vacuum insulated glazing in tomorrow’s production. Yet, the vacuum insulated glazing of today leads to the lowest cooling load and the least overheating hours. The energy load is discovered to represent 96% of the carbon emission, leading the vacuum insulated glazing of tomorrow to be the less polluting in a building’s life cycle with a total of 550,867 kg eq. CO2. Meanwhile, the glazing by itself has the highest carbon emission. Vacuum insulated glazing of today has the lowest carbon footprint, offering a 36% reduction thanks to the reuse of the material. The carbon tax represents 54-87%, the energy cost 5-38%, and the glazing 2.3 – 29.46% of the total cost depending on the interest and taxation scenario. Still, triple glazing is the cheapest during its life cycle with a total cost of €8,714,212.

In conclusion, the vacuum insulated glazing of tomorrow's production is the most carbon and energy-efficient choice, while triple glazing is the most cost-efficient. However, glazing must be chosen on the basis of the importance of each criterion for the end-user.

Le programme environnemental des Nations Unies a montré en 2019 que 39 % du dioxyde de carbone lié aux énergies proviennent du secteur de la construction, ce qui rend les réglementations des performances énergétiques des bâtiments plus strictes. Ainsi, de nouvelles technologies apparaissent dans ce domaine, par exemple le vitrage sous vide, notamment celui produit par AGC Glass Europe.

Or, la connaissance sur ces vitrages est limitée. Par conséquent, cette thèse compare le vitrage sous vide en production d’aujourd’hui et de demain au triple vitrage. Ainsi, le travail est premièrement dédié aux architectes, au producteur AGC Glass, aux autres acteurs de la construction, mais aussi toute personne voulant comprendre cette nouvelle technologie. Les critères de comparaison sont la performance énergétique, l’émission de carbone et le coût. L’analyse de la variation des performances énergiques est faite à l’aide d’un modèle énergétique Energyplus avec DesignBuilder pour le cas d’étude 't Centrum à Westerlo. Une calibration ainsi que des études de sensibilité et d’incertitude sont effectuées pour renforcer ce modèle. De plus, le calcul des émissions de carbone est établi sur les déclarations environnementales des produits et sur les émissions énergétiques. Par ailleurs, le coût est analysé en utilisant différents scenarios de coût d’énergie et de potentielle tarification de carbone.

Il est démontré que le vitrage sous vide de demain induit une réduction de la charge énergétique totale de 1.12%. Le vitrage sous vide d’aujourd’hui possède lui une charge de refroidissement plus petite et provoque moins d’heures de surchauffe. Puisque l’énergie représente 96% de l’émission de carbone, le vitrage sous vide de demain est le moins polluant avec un total de 550,867 kg eq. CO2. L’empreinte carbone la plus basse est toutefois celle du vitrage sous vide d’aujourd'hui seul, qui offre une réduction de 36% grâce à ses capacités de recyclage. En termes de coût total, 54 à 87% sont dédiés à la taxation carbone, 5 à 38% au coût d’énergie et 2.3 à 29.46% au vitrage selon les scénarios étudiés. Néanmoins, le triple vitrage demeure le plus économique durant sa durée de vie avec un coût total de €8,714,212. Pour conclure, le vitrage sous vide de demain constitue le meilleur choix en termes d’efficacité énergétique et d’empreinte carbone, mais reste onéreux. Ainsi, le vitrage doit être choisi selon l’importance donnée à chaque critère par l’utilisateur d’après les conclusions de ce travail.