Evaluation of Smart AND Sustainable City Development: What Indicators to Use, Why and When?

Thumbnail Image

Files

isbn9789526417721.pdf (2.5 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2024-04-12
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024

Department

Rakennetun ympäristön laitos
Department of Built Environment

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

en

Pages

92 + app. 94

Series

Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 80/2024

Abstract

Sustainability and smartness are among the most common concepts that cities use to formulate their goals, and cities use indicators to keep track of progress towards those goals. The selection of indicators is difficult due to the abundance of frameworks designed for specific purposes but requiring expert knowledge to be correctly applied. Poor indicator selection can have serious negative consequences and lead to unintended incentives. In this dissertation, I developed a taxonomy for indicator selection and comparison in smart and sustainable cities. I analysed 1500 indicators against this taxonomy, considering differences in conceptual focus, application sector and indicator type, and made recommendations on indicators' applicability to specific evaluation needs. The results revealed clear differences between smart and sustainable city indicators. Smart city indicators predominantly focus on measuring short-term efficiency in technology deployment and fail to demonstrate the benefits of the technology. In contrast, sustainability indicators emphasise long-term impacts. Since technology implementation should not be an end goal but a means toward other goals, this dissertation recommends integrating smart and sustainable city indicators and adopting a new concept, "Smart sustainable cities". Cities are encouraged to combine different indicator types to keep track of short and long-term impacts. Furthermore, I more deeply analysed two indicators (building energy efficiency and cities' carbon emissions), and also their selection and use are full of pitfalls. While the traditional, globally regulated building energy efficiency indicator (kWh/m2) properly measured the physical properties of buildings, it penalised environmentally beneficial measures that increased building use. Therefore, alternative functional units were developed to reward higher building occupancy and space efficiency. The methods differentiating cities' carbon emission reporting include scope, boundaries and the definition of compensation allowed for carbon neutrality. Although cities typically focus on emissions caused within their boundaries, there is an increasing trend to cover emissions caused by consumption in cities but actualising elsewhere. City emissions are primarily affected by national measures, and cities need activity-based indicators to monitor the impact of local actions. This dissertation's main contribution is the taxonomy for indicator selection. I recommend the following process for indicator selection: 1) City goals (balance between smart and sustainable indicators), 2) Purpose of evaluation (indicator type), 3) Scope of evaluation (sectoral coverage, functional unit, assessment method), 4) Availability of data and resources (selection of feasible indicators). Future studies are recommended to test this process's usefulness in different evaluation settings.

Kestävyys ja älykkyys ovat keskeisiä teemoja kaupunkien tavoiteasetannassa, ja kaupungit käyttävät indikaattoreita näiden tavoitteiden arvioinnissa. Indikaattorien valinta on hankalaa, koska erilaisia indikaattorijärjestelmiä on paljon, ne on kehitetty tiettyä käyttötarkoitusta varten ja niiden soveltaminen edellyttää ammattitaitoa. Väärin valittujen indikaattorien käytöstä voi seurata kauaskantoisia negatiivisia vaikutuksia. Tässä väitöskirjassa kehitin taksonomian kestävien älykaupunkien indikaattorien valintaan. Vertailin 1500 kaupunki-indikaattoria taksonomian osa-alueiden parametreilla, jotka liittyvät tavoitteisiin (älykkyys, kestävyys), sovellusalaan ja indikaattorityyppiin. Lisäksi tarkastelin funktionaalisen yksikön ja arviointimenetelmän vaikutuksia tuloksiin yksittäisillä indikaattoreilla, ja tein tulosten pohjalta suosituksia indikaattorien soveltuvuudesta erilaisiin arviointitilanteisiin. Kestävien ja älykkäiden kaupunkien indikaattorit eroavat toisistaan merkittävästi. Älykaupunkien indikaattorit keskittyvät teknologisten ratkaisujen tarkasteluun, mutta hyötyjen arviointi on rajallista. Kestävyysindikaattorit taas painottavat pitkän tähtäimen vaikutuksia. Työssä suosittelen indikaattorityyppien yhdistämistä arvioinnissa ja uutta konseptia "Kestävät älykaupungit", jotta älykkäiden kaupunkiratkaisujen hyödyt voidaan varmistaa. Eri indikaattorityyppien yhdistäminen mahdollistaa sekä lyhyen että pitkän aikavälin vaikutusten seurannan. Yksittäisinä indikaattoreina tarkastelin rakennusten energiatehokkuutta ja kaupunkien kasvihuonekaasupäästöjä, ja niidenkin valintaan liittyy sudenkuoppia. Energiatehokkuutta arvioidaan yleensä yksiköllä kWh/m2, joka on hyödyllinen rakennusten teknisten ratkaisujen ja energiantehokkuuden arvioinnissa suunnitteluvaiheessa. Sen sijaan käyttövaiheessa indikaattori rankaisee rakennuksia, joiden käyttö tehostuu. Siksi tarkastelin tapaustutkimuksissa vaihtoehtoisia indikaattoreita, jotka huomioivat kasvavan tilatehokkuuden ja käyttöasteen positiivisesti. Kaupunkien kasvihuonekaasupäästöihin liittyvät arviointimenetelmät eroavat toisistaan laajuuden, rajausten ja hiilineutraaliuteen sallittavien kompensointimenetelmien suhteen. Kaupungit keskittyvät päästöihin, jotka syntyvät kaupungissa, mutta kasvavassa määrin arvioidaan myös päästöjä, jotka aiheutuvat kaupungissa tapahtuvan kulutuksen seurauksena muualla. Työn päätulos on taksonomia indikaattorien valintaan. Tulosten pohjalta suosittelen seuraavanlaista prosessia indikaattorien valintaan: 1) kaupungin tavoitteet (painotus kestävyys ja älyindikaattoreihin), 2) arvioinnin tavoitteet (indikaattorityypin valinta), 3) arvioinnin laajuuden rajaus (sovellusalat, funktionaalinen yksikkö, arviointimenetelmä), ja 4) käytettävissä olevat resurssit ja data (toteutuskelpoisten indikaattorien valinta). Jatkotutkimuksissa suosittelen kokeilemaan valintaprosessin hyödyllisyyttä erilaisissa arviointitilanteissa.

Description

Supervising professor

Junnila, Seppo, Prof., Aalto University, Department of Built Environment, Finland

Thesis advisor

Airaksinen, Miimu, Senior Vice President, Dr., SRV Group Plc, Finland
Kazi, Sami (Abdul Samad), Research Team Leader, Adjunct Professor, Dr., VTT Technical Research Centre of Finland Ltd & Hanken School of Economics, Finland

Keywords

evaluation, indicator, indicator selection process, smart city, smart sustainable cities, sustainable urban development, arviointi, indikaattori, indikaattorin valintaprosessi, kestävä kaupunkikehitys, kestävät älykaupungit, älykäs kaupunki

Other note

Parts

  • [Publication 1]: Wendling, Laura; Huovila, Aapo; zu Castell-Rüdenhausen, Malin; Hukkalainen, Mari; Airaksinen, Miimu, 2018. ‘Benchmarking nature-based solution and smart city assessment schemes against the sustainable development goal indicator framework’. Frontiers in Envi-ronmental science (Section: Interdisciplinary climate studies), Volume 6, Article 69, 18 pages. Publisher: Frontiers. Journal ISSN: 2296-665X. JUFO level: 1. URL of Supplementary material: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2018.00069/full#supplementary-mate-rial.
    DOI: 10.3389/fenvs.2018.00069 View at publisher
  • [Publication 2]: Ahvenniemi, Hannele; Huovila, Aapo; Pinto-Seppä, Isabel; Airaksinen, Miimu, 2017. ’What are the differences between sustainable and smart cities?’ Cities, Volume 60, Part A, pages 234-245. Publisher: Elsevier. Journal ISSN: 0264-2751. JUFO level: 2.
    DOI: 10.1016/j.cities.2016.09.009 View at publisher
  • [Publication 3]: Huovila, Aapo; Bosch, Peter; Airaksinen, Miimu, 2019. ’Comparative analysis of standardized indicators for Smart sustainable cities: What indicators and standards to use and when?’ Cities, Volume 89, pages 141-153. Publisher: Elsevier. Journal ISSN: 0264-2751. JUFO level: 2. URL of Supplementary ma-terial: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264275118309120#s0100.
    DOI: 10.1016/j.cities.2019.01.029 View at publisher
  • [Publication 4]: Huovila, Aapo; Tuominen, Pekka; Airaksinen, Miimu, 2017. ‘Effects of building occupancy on indicators of energy efficiency’. Energies, Volume 10, Issue 5, Article 628, 19 pages. Publisher: MDPI. Journal ISSN: 1996-1073. JUFO level: 1.
    DOI: 10.3390/en10050628 View at publisher
  • [Publication 5]: Huovila, Aapo; Siikavirta, Hanne; Antuña Rozado, Carmen; Rökman, Jyri; Tuominen, Pekka; Paiho, Satu; Hedman, Åsa; Ylén, Peter, 2022. ‘Carbon-neutral cities: Critical review of theory and practice’. Journal of Cleaner production, Volume 341, Article 130912, 18 pages. Publisher: Elsevier. Journal ISSN: 1879-1786. JUFO level: 2. URL of Supplementary material: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652622005509#appsec1.
    DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.130912 View at publisher

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-64-1772-1

Collections

[diss] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG