Environmental Impacts of Digitalization in Energy System of a Building
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Miljöpåverkan av digitalisering i byggnaders energisystem (Swedish)
Abstract [en]
The integration of Information and Communication Technology (ICT) tools into buildings has gained attention for its potential to improve energy efficiency and support sustainability goals. However, the environmental impacts of these technologies are not yet fully understood. This thesis investigates the life cycle environmental performance of ICT systems implemented in the energy infrastructure of a building in Norrköping, Sweden. Using Life Cycle Assessment (LCA) methodology and the Three-Level Model, introduced by Hilty to evaluate the net environmental effects of products, the study evaluates 51 different types of ICT devices across the production, use, and disposal phases.
The analysis covers four impact categories: Global Warming Potential (GWP), Cumulative Energy Demand (CED), Mineral Resource Scarcity (MRS), and Human Carcinogenic Toxicity (HCT). Results show that the production phase contributes most significantly to environmental burdens, especially due to the energy-intensive manufacturing and material use of components such as sensors and actuators. The use phase is also relevant, though its impact is moderated by Sweden’s low-carbon electricity mix. The disposal phase has minimal influence in all categories.
An 8% reduction in the building’s energy consumption was observed following the implementation of the ICT system. Breakeven calculations for two impact categories, Global Warming Potential (GWP) and Mineral Resource Scarcity (MRS), over a 10-year period show that only a 0.9% improvement in energy efficiency is required to offset the GWP impact, and 10% to offset the MRS impact. This threshold was not only met but also substantially exceeded within the first year for GWP, indicating a clear environmental benefit from the system. For MRS, while the offset threshold has not yet been reached, the gap relative to the current energy efficiency is relatively small, suggesting that compensation is likely in the near future.
Overall, the findings suggest that, when implemented in regions with low-carbon energy grids, ICT solutions can deliver meaningful energy savings with manageable environmental costs. However, the importance of considering manufacturing impacts and potential rebound effects underscores the need for holistic sustainability assessments in future digitalization efforts.
Abstract [sv]
av informations- och kommunikationsteknologiska (IKT) verktyg i byggnader har under de senaste åren fått ökad uppmärksamhet för sin potential att förbättra energieffektiviteten och bidra till uppfyllandet av hållbarhetsmål. De miljömässiga konsekvenserna av dessa teknologier är emellertid ännu inte fullt ut kartlagda. Denna avhandling undersöker den livscykelbaserade miljöprestandan hos IKT-system som har implementerats i energiinfrastrukturen i en byggnad i Norrköping, Sverige. Genom tillämpning av livscykelanalys (LCA) samt den så kallade Three-Level Model, utvecklad av Hilty för att bedöma nettomiljöeffekter av produkter, utvärderas 51 olika typer av IKT-enheter över produktions-, användnings- och slutfaserna.
Analysen omfattar fyra miljöpåverkanskategorier: global uppvärmningspotential (GWP), kumulativ energiefterfrågan (CED), knapphet på mineralresurser (MRS) och mänsklig cancerframkallande toxicitet (HCT). Resultaten visar att produktionsfasen står för den största delen av de totala miljöbelastningarna, främst till följd av energikrävande tillverkningsprocesser och materialanvändning i komponenter såsom sensorer och ställdon. Användningsfasen bidrar också till miljöpåverkan, men i betydligt mindre utsträckning tack vare Sveriges elmix med låg koldioxidintensitet. Slutfasen har i samtliga kategorier en marginell inverkan.
En minskning på 8 % av byggnadens energiförbrukning observerades efter implementeringen av IKT-systemet. Brytpunktsberäkningar för två miljöpåverkanskategorier – global uppvärmningspotential (GWP) och knapphet på mineralresurser (MRS) – över en tioårsperiod visar att endast en förbättring i energieffektivitet på 0,9 % krävs för att kompensera GWP-påverkan, och 10 % för att kompensera MRS-påverkan. Den förstnämnda tröskeln överskreds redan under det första året, vilket indikerar en tydlig miljömässig vinst av systemet. För MRS har kompensationen ännu inte uppnåtts, men skillnaden mellan nuvarande energieffektivitet och brytpunkt är relativt liten, vilket antyder att kompensation sannolikt kommer att uppnås inom en snar framtid.
Sammanfattningsvis indikerar resultaten att IKT-lösningar, när de implementeras i regioner med elnät med låg koldioxidintensitet, kan generera betydande energibesparingar till en hanterbar miljökostnad. Samtidigt framhävs vikten av att inkludera tillverkningsfasens miljöpåverkan samt potentiella återverkningseffekter i framtida bedömningar. Detta understryker behovet av helhetsbaserade hållbarhetsanalyser vid fortsatt digitalisering av byggnadssektorn.Nyckelord: IKT-
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 84
Series
TRITA-ABE-MBT ; 25699
Keywords [en]
ICT solutions, Sustainable Buildings, Life Cycle Assessment, LCA, Sustainability
Keywords [sv]
IKT-lösningar, hållbara byggnader, livscykelanalys. LCA
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-373005OAI: oai:DiVA.org:kth-373005DiVA, id: diva2:2014219
Educational program
Degree of Master - Environmental Engineering and Sustainable Infrastructure
Supervisors
Examiners
2025-11-172025-11-172025-11-17Bibliographically approved