University of Oulu

Dynamic environmental indicators for smart homes : assessing the role of home energy management systems in achieving decarbonisation goals in the residential sector

Saved in:
Author: Louis, Jean-Nicolas
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Thule Institute
Format: ebook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 4 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526214535
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2016
Publish Date: 2016-11-22
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (YB210), Linnanmaa, on 2 December 2016, at 12 noon
Tutor: Professor Eva Pongrácz
Professor Kauko Leiviskä
Doctor Antonio Caló
Reviewer: Professor Peter Lund
Associate Professor Alfred Heller
Opponent: Doctor Sarah Darby
Description:

Abstract

Achieving the objective of a decarbonised economy by 2050 will require massive efforts in the energy sector. Emissions from residential houses will have to be almost completely cut, by around 90% by 2050. Home automation is a potential tool for achieving this goal. However, the environmental and economic benefits of automation technologies first need to be assessed.

This thesis evaluates the impact of home automation for electricity management in the residential sector using environmental and economic indicators. To this end, a life cycle assessment was performed to evaluate the impacts of the manufacturing, use and disposal phases. The influences of end-user behaviour, household size and multiple levels of technological deployment were also investigated. A Markov chain simulation tool, built on the MatLab platform, was developed to assess all possible combinations of impacting factors. Dynamic environmental indicators were developed based on the ReCiPe method for aggregating the impacts of processes. All these indicators were then combined to form a single index based on multi-criteria acceptability analysis.

The results suggest that home automation can decrease peak load, but that overall electricity consumption may increase due to electricity use by the actual automation system. The effect of home automation was more noticeable in larger households than in one-person households. In addition, use of dynamic environmental indicators proved more relevant than fixed indicators to represent the environmental impact of home automation. Within the life cycle of automation technology, the manufacturing phase had the highest impact, but most of the CO2 emissions originated from the use phase. In conclusion, the most important environmental benefit of home automation is reducing CO2 emissions during peak time by load shifting.


Tiivistelmä

Vähähiilisen talouden saavuttaminen vuoteen 2050 mennessä edellyttää valtavia ponnisteluja energia-alalla. Rakennuksista aiheutuvia päästöjä on vähennettävä radikaalisti, jopa 90 % vuoteen 2050 mennessä. Rakennusten energiatehokkuutta edistävä automaatiotekniikka on yksi keino tämän päämäärän saavuttamiseen. Kotiautomaation kautta voidaan sekä vähentää energian kokonaiskulutusta että tasoittaa energiankäyttöprofiilia. On kuitenkin tutkittava myös, mitkä ovat automaatiotekniikan ympäristö- ja taloudelliset vaikutukset.

Tässä työssä käsitellään kotiautomaation vaikutusta sähkön kulutuksen hallintaan asuinrakennuksissa käyttämällä ympäristö- ja talousindikaattoreita. Tätä varten suoritettiin kotiautomaation elinkaariarviointi selvittämällä laitteiden valmistus-, käyttö- ja hävittämisvaiheiden ympäristövaikutukset. Työssä tarkasteltiin myös asukkaiden käyttäytymisen, kotitalouden koon ja eri teknologiavaihtoehtojen vaikutuksia ympäristö- ja talousvaikutuksiin.

Arviointi suoritettiin Markovin ketjun simulointityökalulla, joka rakennettiin Matlab-alustalle. Dynaamisia ympäristömittareita kehitettiin ReCiPe-menetelmää käyttäen. Indikaattorit on edelleen yhdistetty yhdeksi indeksiksi käyttäen monikriteeriarviointia.

Tulokset viittaavat siihen, että huippukuormitusta voidaan vähentää käyttämällä kotiautomaatiota, mutta sähkön kokonaiskulutus voi kasvaa automaatiojärjestelmän sähkönkulutuksen takia. Kotiautomaation vaikutukset ovat eniten havaittavissa suurissa kotitalouksissa. Lisäksi, dynaamiset indikaattorit edustavat paremmin kotiautomaation vaikutusta ympäristöön kuin staattiset indikaattorit. Automaatioteknologian elinkaaressa suurimmat ympäristövaikutukset ovat valmistusvaiheessa, mutta CO2-päästöjä syntyy eniten käyttövaiheessa. Lopuksi voidaan todeta, että kotiautomaation merkittävin ympäristöhyöty on CO2-päästöjen vähentäminen huippukulutuksen aikana siirtämällä kuormitusta toiseen ajankohtaan.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-1453-5
ISBN Print: 978-952-62-1452-8
Issue: 599
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.