Life cycle assessment of light sources – Case studies and review of the analyses

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorPuolakka, Marjukka, Dr., Aalto University, Espoo, Finland
dc.contributor.authorTähkämö, Leena
dc.contributor.departmentElektroniikan laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Electronicsen
dc.contributor.labLighting Uniten
dc.contributor.labValaistusyksikköfi
dc.contributor.schoolSähkötekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Electrical Engineeringen
dc.contributor.supervisorHalonen, Liisa, Prof., Aalto University, Espoo, Finland
dc.contributor.supervisorZissis, Georges, Prof., Université Paul Sabatier, Toulouse, France
dc.date.accessioned2013-08-23T06:10:12Z
dc.date.available2013-08-23T06:10:12Z
dc.date.dateaccepted2013-06-14
dc.date.defence2013-09-13
dc.date.issued2013
dc.description.abstractLighting is a major global consumer of electricity and undergoing drastic changes due to legislative and voluntary measures. Widely-used conventional light sources, such as incandescent lamps and high pressure mercury lamps, are banned from the European Union market. The number of light sources on the market is expanding especially regarding the LED lamps and luminaires. These major changes in the lighting sector create a need for evaluating the environmental performance of light sources, especially as the changes are justified by the environmental aspects, such as energy consumption. The life cycle assessment method is standardized on a general level, but no established rules exist for conducting a life cycle assessment of light sources in detail. In most cases, it is impossible to directly compare the results of different assessments. Because of the major changes in the lighting market, it is useful to assess the environmental impacts of various light sources in similar methods. The work addresses this problem by presenting two models, a simple and an extensive one, for conducting the life cycle assessment of light sources rapidly and in a transparent, comparative way. The models are developed on the basis of four case studies presented in the work and a review to the life cycle assessment found in the literature. Both models are simplified, and they recommend the key parameters of the life cycle assessment: functional unit, stages of the life cycle, environmental impacts, and energy source in use stage. Four case studies were conducted in the work: two life cycle assessments of a fluorescent lamp luminaire and an LED downlight luminaire, one life cycle cost analysis of street lighting luminaires, and one analysis combining both life cycle assessment and life cycle cost analysis of non-directional lamps. The case studies and the review of the previous life cycle assessments concluded similar findings despite the differences in the methods, scopes and evaluated light sources. The main conclusion of the life cycle assessments was the clear dominance of the use stage energy consumption. The environmental impacts of the use were found to be sensitive to the life of the light source and the used energy source. The dominance of the use stage was the clearest in light sources of low luminous efficacy and low manufacturing efforts and when using high-emission energy sources. The manufacturing was usually the second significant cause for average environmental impacts. The importance of the manufacturing is estimated to increase by a more detailed assessment of the manufacturing processes. The average environmental impacts of other life cycle stages, such as transport and end-of-life, were found practically negligible, but possibly notable in a certain environmental impact category.en
dc.description.abstractValaistus on merkittävä globaali sähkönkuluttaja ja sen takia siihen kohdistuu sekä lainsäädännöllisiä että vapaaehtoisia muutospaineita. Euroopan unionin markkinoilta on poistumassa paljon käytettyjä perinteisiä valonlähteitä, kuten hehkulamppu ja suurpaine-elohopealamppu. Markkinoille on tullut ja on tulossa paljon uusia tuotteita, erityisesti LED-lamppuja ja -valaisimia. Nämä muutokset ovat luoneet tarpeen arvioida valonlähteiden ympäristövaikutuksia, erityisesti koska muutoksia usein perustellaan ympäristöseikoin. Elinkaariarviointi on standardisoitu yleisellä tasolla mutta yksityiskohtaisia ohjeita nimenomaan valonlähteiden elinkaariarvioinnille ei ole. Sen vuoksi on yleensä mahdotonta verrata arviointien tuloksia. Koska tuotekirjo kasvaa ja muuttuu, on tarpeellista arvioida eri valonlähteiden ympäristövaikutuksia samoin menetelmin. Väitöskirjassa kehitetään kaksi mallia valonlähteiden elinkaariarviointimenetelmälle. Nämä kaksi mallia, yksinkertainen ja laaja, yksinkertaistavat elinkaariarviointia, jotta se nopeutuisi ja olisi läpinäkyvä. Mallit kehitettiin neljän väitöskirjatyössä tehdyn arvioinnin ja jo olemassa olleiden, kirjallisuudesta löytyneiden elinkaariarviointien pohjalta. Mallit esittävät suositukset valonlähteiden elinkaariarvioinnin merkittävimmille määreille: toiminnalliselle yksikölle, huomioitaville elinkaaren vaiheille, ympäristövaikutuksille ja käytönaikaisen energian mallintamiselle. Väitöskirja esittelee neljä osatutkimusta: kaksi elinkaariarviointia LED-syväsäteilyvalaisimelle ja loistelamppuvalaisimelle, yksi elinkaarikustannusanalyysi katuvalaisimille ja yksi yksinkertaistettu elinkaariarvioinnin ja elinkaarikustannusanalyysin yhdistävä tutkimus ympärisäteileville lampuille. Osatutkimusten ja kirjallisuuden elinkaariarviointien tarkastelun johtopäätökset ovat samansuuntaisia menetelmien, soveltamisalan ja tarkasteltujen valonlähteiden eroavaisuuksista huolimatta. Käytönaikaisen energiankulutuksen todetaan olevan määräävä tekijä valonlähteiden ympäristövaikutuksissa. Väitöskirjassa havaitaan käytönaikaisten ympäristövaikutusten riippuvan valonlähteen polttoiästä ja käytetystä energiamuodosta. Käyttövaiheen havaitaan olevan merkittävä erityisesti heikon valotehokkuuden valonlähteillä, joiden valmistusvaihe on yksinkertainen. Käyttövaiheen merkittävyyteen vaikuttaa käytönaikainen energialähde. Valmistusvaihe todettiin tyypillisesti toiseksi merkittävimmäksi elinkaaren vaiheeksi. Valmistuksen merkitys kasvaa valmistusprosessien ja materiaalien yksityiskohtaisemmalla tarkastelulla. Muiden elinkaaren vaiheiden, kuten kuljetuksen ja käytöstä poiston, keskimääräiset ympäristövaikutukset ovat käytännössä merkityksettömiä, mutta yksittäisissä ympäristövaikutusluokissa jopa merkittäviä.fi
dc.description.abstractLe domaine de l’éclairage, gros consommateur mondial d'électricité, connaît actuellement des changements de part des mesures législatives et volontaires. Les sources lumineuses conventionnelles, comme les lampes à incandescence et à mercure haute pression, sont interdites à la vente dans l'Union européenne. Ces changements dans le domaine de l'éclairage ont ainsi créé un besoin d’évaluation de performance environnementale des sources de lumière, d'autant plus que les changements sont souvent justifiés par les aspects environnementaux. La méthode d'analyse du cycle de vie est normalisée à un niveau général. Pourtant, il n’existe pas de règles établies pour réaliser une analyse de cycle de vie en détail pour les sources de lumière. Par conséquent, il est impossible de comparer directement les résultats qui proviennent généralement d’analyses différentes. En outre, le nombre de sources lumineuses, en particulier des lampes et luminaires à LED, augmente sur le marché. Ainsi, il serait utile d’évaluer des sources de lumière de façon similaire. Ce travail aborde le problème en présentant deux modèles, l’un simple et l’autre étendu, afin d’effectuer une analyse du cycle de vie des sources lumineuses rapidement et en toute transparence. Les modèles sont développés sur la base de quatre études de cas présentées dans la thèse et l’examen des analyses du cycle de vie trouvées dans la littérature. Les deux modèles simplifiés recommandent les paramètres clés de l'analyse du cycle de vie: une unité fonctionnelle, les étapes du cycle de vie, et la source d'énergie en phase d’utilisation. Quatre études de cas ont ici été réalisées: deux analyses du cycle de vie d'un luminaire à lampe à fluorescence et d'un luminaire encastré à LED, une analyse des coûts du cycle de vie des luminaires d'éclairage public , et une analyse combinant à la fois l'analyse du cycle de vie et l'analyse du coût du cycle de vie des lampes non-dirigées. Des résultats similaires ont été trouvés dans les études de cas et l'examen des analyses de cycle de vie antérieures malgré les différences dans les méthodes, et les champs de l’étude. De tous les impacts environnementaus du cycle de vie, c’est la consommation d'énergie durant la phase d’utilisation qui prédomine. Il a été constaté que les impacts environnementaux sont corrélés à la durée de vie de la source lumineuse ainsi que la source d'énergie utilisée. La phase d'utilisation prédomine le plus clairement sur les impacts en cas de faible efficacité lumineuse et fabrication simple. Généralement, la fabrication est la deuxième cause la plus importante des impacts environnementaux moyens. L'importance de la fabrication devrait augmenter par l’analyse plus détaillée des procédés et matériaux de fabrication. Les impacts moyens des autres étapes du cycle de vie, tels que les transports et la fin de vie, sont pratiquement négligeables. Cependant, ils pourraient peut être s’avérer notables dans une certaine catégorie d'impacts.fr
dc.format.extent95
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.isbn978-952-60-5250-2 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-60-5249-6 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/10905
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-60-5250-2
dc.language.isoenen
dc.opnSavolainen, Ilkka, Research Prof., VTT, Espoo, Finland
dc.opnFontoynont, Marc, Prof., Aalborg Universitet, Copenhagen, Denmark
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries111/2013
dc.revSavolainen, Ilkka, Research Prof., VTT, Espoo, Finland
dc.revOnaygil, Sermin, Prof., Istanbul Technical University, Istanbul, Turkey
dc.revGlaize, Christian, Prof., Université Montpellier 2, Montpellier, France
dc.subject.keywordlife cycle assessmenten
dc.subject.keywordlife cycle costen
dc.subject.keywordenvironmental impactsen
dc.subject.keywordlightingen
dc.subject.keywordelinkaariarviointifi
dc.subject.keywordelinkaarikustannusfi
dc.subject.keywordympäristövaikutusfi
dc.subject.keywordvalaistusfi
dc.subject.keywordanalyse du cycle de viefr
dc.subject.keywordcoût du cycle de viefr
dc.subject.keywordimpacts environnementauxfr
dc.subject.keywordéclairagefr
dc.subject.otherElectrical engineeringen
dc.titleLife cycle assessment of light sources – Case studies and review of the analysesen
dc.titleValonlähteiden elinkaariarviointi – Esimerkkitapausten analysointiafi
dc.titleAnalyse du cycle de vie de sources lumineuses – Etudes de cas et examen des analysesfr
dc.typeG4 Monografiaväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (monograph)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (monografia)fi
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_64514
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526052502.pdf
Size:
4.25 MB
Format:
Adobe Portable Document Format