Design choices for building electrification to reduce carbon emissions

Abstract

This thesis addresses the challenge of reducing greenhouse gas emissions in building electrification. The United Nation’s Sustainable Development Goals drives continuous work to improve the ways that we have been working so far, while still fulfilling our needs without compromising the future. One of these targets is to reduce CO2 emissions that have accelerated the global warming and rapid climate change that puts our current ecosystem under threat. The reduction of the greenhouse gases leads to re-vising our current solutions and our ways to operate. Design process in electrical engineering has not thought the greenhouse gas emissions as a priority concern, while more focusing on the budget and functionality.

In this thesis, embodied greenhouse gas emissions are calculated from the apartment building’s electrical system. After that, several alternative cases are created to compare results that are created with different selected strategies. Based on the results, a user-friendly Excel tool is created to empower stakeholders to see the potential changes in the emissions from their choices. With this information, stake-holders on building electrification are capable to make the decisions that improve the designs greenhouse gas footprint.

In the results, the reduction of the embodied CO2 emissions varied from 11,9 to 49,1 percent between original design and the cases The result favoured to focus on demanding the raw materials that are containing less embodied greenhouse gases instead of reducing or replacing the amount of used raw materials. In the case where original components were changed to components from different material, similar result repeat. When combining these previous methods, best of both could be obtained to improve reduction even further. It was also observed that including photovoltaic cells as a new system part that has not been previously common, greenhouse gas emissions would increase drastically.

Tässä diplomityössä vastataan kasvihuonepäästöjen vähentämisen haasteeseen rakennussähköistyksessä. Yhdistyneiden kansakuntien kestävän kehityksen tavoitteet ohjaavat jatkuvaa nykyisten työtapojemme parannusta, jotta pystymme täyttämään tarpeemme tinkimättä tulevaisuudestamme. Yksi näistä tavoitteista on vähentää hiilidioksidipäästöjä, jotka ovat kiihdyttäneet ilmaston lämpenemistä ja nopeaa ilmastonmuutosta, joka asettaa nykyisen ekosysteemimme uhatuksi. Kasvihuonekaasujen vähentäminen ohjaa nykyisten ratkaisujemme ja toimintatapojen tarkasteluun. Sähkötekniikan suunnitteluprosessissa kasvihuonekaasupäästöjä ei ole pidetty ensisi-jaisena prioriteettina, vaan enemmän panostetaan budjettiin ja toimivuuteen.

Tässä diplomityössä lasketaan kerrostalon sähköjärjestelmän sitoutuneet kasvihuonekaasupäästöt. Sen jälkeen luodaan useita vaihtoehtoisia tapauksia vertaamaan tuloksia, jotka on luotu eri strategioilla. Tulosten perusteella luodaan käyttäjäystävällinen Excel-työkalu, jonka avulla sidosryhmät voivat nähdä valintojensa mahdolliset muutokset päästöissä. Näiden tietojen avulla rakennusten sähköistämiseen liittyvät sidosryhmät voivat tehdä päätöksiä, jotka parantavat suunnittelun hiilijalanjälkeä.

Tuloksissa sitoutuneet hiilidioksidipäästöt vähenivät 11.9 prosentista 49.1 prosenttiin alkuperäiseen järjestelmään verrattuna. Tulos suosii keskittymään vähemmän sitoutuneita kasvihuonekaasuja sisältävien raaka-aineiden vaatimiseen sen sijaan, että vähennettäisiin tai korvattaisiin materiaaleja. Tapauksessa, jossa alkuperäiset komponentit vaihdettiin eri materiaalista oleviin komponentteihin, sama tulos toistuu. Yhdistämällä aikaisempia menetelmiä voidaan valita parhaat vähennykset kohdekohtaisesti, mikä vähentää päästöjä entisestään. Havaittiin myös, että aurinkokennojen sisällyttäminen uudeksi järjestelmän osaksi, joka ei ole aiemmin ollut yleinen, kasvihuonekaasupäästöt lisääntyisivät rajusti.