Assessment of The Environmental Footprint of Digital System in A Residential Building: A Life Cycle Perspective
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Bedömning av Miljöpåverkan från Digital system i ett bostadshus : Från ett Livscykelperspektiv (Swedish)
Abstract [en]
Digitalization is increasingly being integrated into buildings to reduce energy consumption and enhance comfort. Yet, every sensor, router, and control board add an embodied footprint that may erode or outweigh their operational gains. To clarify that trade-off, this thesis applies a process‐based Life-Cycle Assessment to an ICT-based building monitoring retrofit installed in a Swedish multi-family building (33 apartments, or 1 984 m²). Forty-three hardware components were modeled from cradle to grave in Brightway 2.4.6 using the Ecoinvent 3.9.1 database; midpoint indicators included Global Warming Potential and Surplus Ore Potential. An AI assistant (ChatGPT-4o) was used to screen material proxies and document dataset choices, and a one-way lifetime sensitivity analysis (5, 10, 15, 20 years) was conducted to assess robustness. The system’s ten-year footprint is about 2 758 kg CO₂-eq and 420 kg Cu-eq. Production dominates (57% of GWP, 94% of SOP), primarily driven by power supplies and network gear that are intensive in rare metals. Operation accounts for 39% of GWP and only 6% of SOP, while disposal is negligible. Measured savings of 13 MWh of district heat per year (approximately 408 kg CO₂-eq) result in a carbon payback time of roughly 6.8 years and a 48% GWP saving over the decade, but leave the mineral burden uncompensated. Lifetime shortening to five years erases the climate pay-back, whereas extending to twenty years raises GWP by ~40 % yet shifts SOP by < 6 %, confirming that resource depletion is productiondriven. The study expands the limited evidence base on building-scale ICT by (i) providing the first simultaneous GWP–SOP profile for a residential monitoring retrofit, and (ii) demonstrating transparent AI-assisted inventory selection. Limitations stem from proxy EPDs, a dated manufacturing-energy factor, single-site operational data, and the focus on only two impactcategories. Nevertheless, the results show that under Sweden’s biomass-dominated heating mix, the retrofit is climate positive, saving roughly 124 kg CO₂-eq per apartment over ten years; however, it imposes a mineral cost of about 12.7 kg Cu-eq, which current weighting methods cannot resolve. Future research should update energy intensity data for ICT products, expand impact coverage, and develop frameworks for balancing carbon gains against resource scarcity to guide the deployment of truly sustainable digitalized buildings.
Abstract [sv]
Digitalisering integreras i allt högre grad i byggnader för att minska energianvändningen och höja komforten. Varje sensor, router och styrkort medför dock en inbyggd miljö avtryck som kan urholka – eller till och med överstiga – driftvinsterna. För att tydliggöra denna avvägning genomförs i denna avhandling en process baserad livscykelanalys av ett IKT-baserat övervakningssystem som har installerats i ett svenskt flerbostadshus (33 lägenheter, 1 984 m²). Fyrtiotre hårdvarukomponenter modellerades från vagga till grav i Brightway 2.4.6 med databasen Ecoinvent 3.9.1; mittpunkts indikatorerna var Global uppvärmnings potential och Surplus Ore Potential. En AI-assistent (ChatGPT-4o) användes för att filtrera materialproxies och dokumentera databasanpassningar, och en känslighetsanalys med alternativa livslängder (5, 10, 15 och 20 år) utfördes för att testa robustheten. Systemets tioåriga avtryck uppgår till cirka 2 758 kg CO₂-ekv och 420 kg Cu-ekv. Produktionsfasen dominerar (57 % av GWP, 94 % av SOP) och drivs främst av koppar- och specialmetallintensiva nätaggregat och nätverkskomponenter. Driftsfasen svarar för 39 % av GWP och endast 6 % av SOP, medan avfallsfasen är försumbar. Den uppmätta värme-besparingen på 13 MWh fjärrvärme per år (cirka 408 kg CO₂-ekv) ger en koldioxidåterbetalningstid på ungefär 6,8 år och en GWP-besparing på 48 % över ett decennium, men lämnar mineralbelastningen oförändrad. Kortas livslängden till fem år försvinner klimatåterbetalningen; förlängs den till tjugo år ökar GWP med ~40 %, medan SOP stiger med <6%, vilket bekräftar att resursutarmningen huvudsakligen drivs av produktionen. Studien breddar den begränsade kunskapsbasen om byggnads-IKT genom att (i) presentera den första samtidiga GWP- och SOP-profilen för ett bostadsnära övervakningssystem och (ii)demonstrera transparent AI-stödd inventarie-validering. Begränsningar härrör från proxyEPD:er, ett åldrat energifaktor-värde för tillverkning, driftsdata från endast en byggnad och fokus på två miljöindikatorer. Resultaten visar ändå att installationen är klimatpositiv i en biomassa dominerad fjärrvärmemiljö och sparar omkring 124 kg CO₂-ekv per lägenhet över tio år, men den medför också en mineralkostnad på cirka 12,7 kg Cu-ekv som nuvarande viktningsmetoder inte kan balansera. Framtida forskning bör uppdatera energi intensitet data för IKT produkter, utöka indikatoromfånget och utveckla ramar för att väga koldioxid vinster mot resursbrist, så att verkligt hållbara digitaliserade byggnader kan realiseras.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 52
Series
TRITA-ITM-EX ; 2025:407
Keywords [en]
ICT-based building monitoring systems, Life cycle assessment, Global Warming Potential, Surplus Ore Potential, Carbon payback time, Environmental impact
Keywords [sv]
IKT-baserade byggnadsövervakningssystem, Livscykelanalys, Global Warming Potential, Surplus Ore Potential, Koldioxidåterbetalningstid, Miljöpåverkan
National Category
Industrial engineering and management
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-369823OAI: oai:DiVA.org:kth-369823DiVA, id: diva2:1997974
Subject / course
Industrial Economics and Management
Educational program
Master of Science - Industrial Engineering and Management
Presentation
2025-06-12, 00:00
Supervisors
Examiners
2025-09-152025-09-152025-09-15Bibliographically approved