University of Oulu

Smart home energy technologies : adoption, user experience and energy saving potential

Saved in:
Author: Tuomela, Sanna1,2
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Information Processing Science, Human Computer Interaction and Human-Centered Development (INTERACT)
Format: ebook
Version: published version
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526234373
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2022
Publish Date: 2022-11-04
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Programme Committee of Information Technology and Electrical Engineering and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in the OP-Pohjola auditorium (L6), Linnanmaa, on 11 November 2022, at 12 noon
Tutor: Professor Netta Iivari
Professor Rauli Svento
Reviewer: Professor Sampsa Hyysalo
Professor Claudia Müller
Opponent: Professor Raimo Lovio
Description:

Abstract

The research aimed to gain insight on the values and user experience of smart home energy technology to improve the effectiveness of smart home energy management systems (SHEMS). There are many facets to the values and preferences of the smart home energy technology users including values held by smart home energy technology stakeholders, sensory user experience of SHEMS, real-life impacts of SHEMS on energy consumption, drivers of and barriers to adoption and gendered roles in smart home energy technology adoption and use. The diverse aspects of the research topic called for a variety of methods, approaches and techniques, which merged value-sensitive design, sensory ethnography, practice-oriented human–computer interaction (HCI), laddering technique, critical theory and quantitative data analysis. In a value-sensitive design framework and applying sensory ethnography lens, 28 households were selected, representing new, prospective and experienced SHEMS users. The users were interviewed and observed. Energy consumption data of 10 households was analysed to understand changes in energy consumption due the SHEMS. The qualitative and quantitative real-life data gave a comprehensive picture of the SHEMS users’ values as well as the drivers and barriers to adoption, in-depth understanding of the contextual factors influencing the use of SHEMS, and changes in the volume and profiles of energy consumption due to use of SHEMS. The findings revealed that SHEMS users seek primarily economic gains through SHEMS. Environmental friendliness is an important second-tier value, followed by comfort of living, security and curiosity about new technologies. However, users’ awareness was low concerning the connection of smart home energy technology to the larger energy system and increased use of renewable energy, for example by providing demand flexibility through SHEMS. The findings also revealed that energy conservation after the adoption of SHEMS was up to 30% during the winter months. The daily consumption profile changes when consumption is shifted to low-peak hours instead of peak hours. Nevertheless, there was much variation in energy conservation among households and even in the same household in different winter months. The findings indicate a need for further knowledge about social aspects such as values, home practices and roles in the context of SHEMS user experience. In addition, increased awareness of energy transition and how home practices relate to the larger energy system is required. The findings contribute to the sustainable HCI research, smart home technology design, energy research and energy policy planning.

see all

Tiivistelmä

Tavoitteena oli selvittää älykkään kodin energiateknologiaan liittyviä (SHEMS) arvoja ja käyttökokemusta. Perimmäisenä tavoitteena on vähentää energiankulutusta ja lisätä uusiutuvien energialähteiden käyttöä digitaalisten ratkaisujen avulla. Tutkimuksessa selvitettiin kontekstuaalisia tekijöitä, jotka vaikuttavat SHEMS-käyttäjien arvoihin, mieltymyksiin, älykkään kodin energiateknologioiden omaksumiseen ja käyttöön. Laadulliset ja kvantitatiiviset tosielämän tiedot antoivat kattavan kuvan SHEMS:n käyttäjien arvoista, motiiveista, SHEMS:n käyttöön vaikuttavista kontekstuaalisista tekijöistä ja SHEMS:n vaikutuksesta energiankulutukseen. Arvoperustaisen suunnittelun kehikon pohjalta ja soveltaen sensorisen etnografian tarkastelukulmaa ja laddering-tekniikkaa haastateltiin ja havainnoitiin käyttäjiä 28 kotitaloudessa, jotka edustivat uusia, potentiaalisia ja kokeneita SHEMS-käyttäjiä. Lisäksi 10 kotitalouden energiankulutustiedot analysoitiin SHEMS:n käyttöönoton aiheuttamien muutosten ymmärtämiseksi. SHEMS:n ja energiayhteisön arvoja ja käyttäjäkokemusta käsittelevä tutkimus ei ole aiemmin selvittänyt SHEMS:n todellisten käyttäjien arvoja ja käyttökontekstia. Lisäksi saatavilla oli niukasti tietoa SHEMS:n todellisista vaikutuksista energiankulutukseen, koska aiempi tutkimus perustuu pääosin simulaatioihin todellisen kokeilun sijaan.

Löydökset paljastivat, että SHEMS-käyttäjät tavoittelevat ensisijaisesti taloudellisia etuja, ympäristöystävällisyyden ollessa tärkeä toissijainen arvo. Muita kodin älykkääseen energiateknologiaan yhdistettyjä arvoja olivat asumismukavuus, turvallisuus ja uteliaisuus uusia teknologioita kohtaan. Käyttäjien ymmärrys järjestelmistä ja niiden yhteydestä laajempaan energiajärjestelmään ja uusiutuvan energian käytön lisäämiseen esimerkiksi tarjoamalla kysyntäjoustoa oli kuitenkin hyvin vähäistä. Tutkimus osoitti myös, että SHEMS voi talvikuukausina tuoda jopa 30 % säästön energiankulutukseen. Lisäksi järjestelmä muutti päivittäistä kulutusprofiilia niin, että kulutusta siirtyi huippukulutuksen ajoilta vähemmän sähkönkulutuksen tunneille. Kuitenkin energiansäästöasteessa oli suuria eroja kotitalouksien välillä ja jopa samassa taloudessa eri talvikuukausina.

Löydökset osoittavat, että tarvitaan lisää tietoa kotien älykkäiden energiateknologioiden käyttäjistä ja rooleista ja käyttäjille tietoa energianhallinnasta ja oman kulutuksen yhteydestä laajempaan energiajärjestelmään sekä aktivointia osallistumaan energiasiirtymään. Tulokset edistävät kestävien digitaalisten energiajärjestelmien tutkimusta, älykkään kodin teknologioiden suunnittelua, energiatutkimusta ja energiapolitiikan suunnittelua.

see all

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

  1. Tuomela, S., Iivari, N., & Svento, R. (2019). User values of smart home energy management system: Sensory ethnography in VSD empirical investigation. In Proceedings of the 18th International Conference on Mobile and Ubiquitous Multimedia, 1–12. https://doi.org/10.1145/3365610.3365641

    Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

  2. Tuomela, S., Iivari, N., & Svento, R. (2020). Warmth is more than temperature, it is a feeling: Sensory user experience of smart home energy technologies. In Proceedings of the 28th European Conference on Information Systems (ECIS), An Online AIS Conference, June 15-17, 2020, 24.

    Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

  3. Tuomela, S., de Castro Tomé, M., Iivari, N., & Svento, R. (2021). Impacts of home energy management systems on electricity consumption. Applied Energy, 299, 117310. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117310

    Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

  4. Tuomela, S., Iivari, N., & Svento, R. (2021). Drivers and barriers to the adoption of smart home energy management systems : Users’ perspective. In ACIS 2021 Proceedings, 71.

    Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

  5. Tuomela, S., Iivari, N., & Svento, R. (2022). Gender inclusiveness in adoption and use of home energy technologies. Manuscript submitted for publication.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-952-62-3437-3
ISBN Print: 978-952-62-3436-6
Issue: 776
Type of Publication: G5 Doctoral dissertation (articles)
Field of Science: 113 Computer and information sciences
Subjects:
Funding: I thank for the funding of the thesis the Fortum and Neste Foundation, grant numbers 20190098 and 20200099, the Academy of Finland Strategic Research Council project BC-DC (AKA292854), the University of Oulu and SITRA (The Finnish Innovation Fund).
Academy of Finland Grant Number: 292854
Detailed Information: 292854 (Academy of Finland Funding decision)