Without decarbonizing cities energy and climate objectives cannot be achieved as cities account for approximately two thirds of energy consumption and emissions. This goal of decarbonizing cities has to be facilitated by promoting net-zero/positive energy buildings and districts and replicating them, driving cities towards sustainability goals. Many projects in smart cities demonstrate novel and groundbreaking low-carbon solutions in demonstration and lighthouse projects. However, as the historical, geographic, political, social and economic context of urban areas vary greatly, it is not always easy to repeat the solution in another city or even district. It is therefore important to look for the opportunities to scale up or repeat successful pilots. The purpose of this paper is to explore common trends in technologies and replication strategies for positive energy buildings or districts in smart city projects, based on the practical experience from a case study in Leipzig—one of the lighthouse cities in the project SPARCS. One of the key findings the paper has proven is the necessity of a profound replication modelling to deepen the understanding of upscaling processes. Three models analyzed in this article are able to provide a multidimensional representation of the solution to be replicated.

The transition to renewable energy for heating of buildings is limited due to load peaks during the heating season which also requires fossil energy during peak hours. Increased energy flexibility by utilizing building thermal mass is considered as a cost-effective solution to this problem by storing energy from off-peak hours to be used during peak hours. This study evaluates how five different types of external walls (concrete, lightweight concrete, light expanded clay aggregate, cross laminated timber and wooden frame) enables energy flexibility by simulating the thermal autonomy for a multi-storey building depending on U-value and climate conditions in Sweden, while also considering their environmental impact from the production process through a life cycle assessment during stage A1-A3. The result shows that a concrete wall has the biggest flexible potential and wooden frame the lowest, while there is no significant difference between the rest. Considering the combination of the actual required thermal autonomy, in this case 15 hours, and environmental impact for each case, walls of cross laminated timber and wooden frame can be seen as the overall best option for southern Sweden. Despite the biggest environmental impact, concrete can be seen as the best option for northern Sweden. / Det riktas idag stort fokus på att samhället ska bli fossilfritt till 2040, därbyggsektorn är en bransch som står för en stor del av koldioxidutsläppen;uppvärmning av bostäder i Sverige utgör ca 40% av den totalaenergianvändningen. Ett sätt att öka användningen av förnybar energi föruppvärmning är att utnyttja byggnaders energiflexibilitet genom att lagravärme i byggnadens termiska massa. Syftet med denna studie är att jämföra hur fem olikaytterväggskonstruktioner (betong, lättbetong, lättklinker, KL-trä och träregel) bidrar till byggnadens energiflexibilitet samt klimatpåverkan från produktskedet A1-A3 för att avgöra hur respektive ytterväggskonstruktionlämpar sig med hänsyn till båda dessa faktorer. Dessutom studeras hur olika U-värden och geografisk placering påverkar jämförelsen. Detta görs genomatt simulera byggnadens termiska autonomi i TRNSYS då värmesystemet stängs av vid kl 6:00 på morgonen. Klimatpåverkan beräknas med Byggsektorns miljöberäkningsverktyg i termer av CO2-ekv/m2. Slutligengörs en sammanvägd jämförelse med hänsyn till både energiflexibilitet och klimatpåverkan i ett scenario där gränsvärdet för termisk autonomi är 15 timmar. Resultatet från studien visar att en yttervägg av betong är klart mestenergiflexibel i alla scenarion och en träregelyttervägg minst, medan det inte är någon betydande skillnad mellan övriga. Vad gäller påverkan av U-värdeoch geografisk placering innebär lägre U-värde och mildare klimat att effekten av större mängd termisk massa blir större, vilket innebär att energiflexibiliteten för betongytterväggen växer ytterligare i jämförelse med övriga konstruktioner. För klimatpåverkan under livscykelskedet A1-A3 innebär en betongyttervägg störst koldioxidutsläpp, medan ytterväggar av KL-trä och träregel har lägst klimatpåverkan. Vid den sammanvägda bedömningen av energiflexibilitet och klimatpåverkan med hänsyn till att flytta energianvändningen till nattid visar studien att ytterväggar av KL-träoch träregel är tillräckligt energiflexibla i södra Sverige, vilket gör de totalt sett bäst lämpade. I norra Sverige innebär dock det kallare klimatet att betongytterväggen är bäst lämpad trots störst klimatpåverkan.

Der Übergang vom fossilen Zeitalter hin zu einer kohlenstoffarmen Zukunft mit erneuerbaren Energien erfordert eine tiefgreifende Transformation, Reorganisation und Neukonfiguration des sozio-ökologischen Stoffwechsels, der insbesondere eine tiefgreifende raumzeitliche und politische Veränderung darstellt. Diese Arbeit analysiert diesen Wandel, indem sie die Rolle thermodynamischer Narrative untersucht, die im Zusammenhang mit der Elektrifizierung des Kapitalismus im Deutschland des endenden 19. Jahrhunderts aufgekommen sind. Sie geht der Frage nach, welche Bedeutung diese thermodynamischen Narrative für die lokale Umstrukturierung der Mensch-Umwelt-Beziehung in der kohlenstoffarmen Energiewende weiterhin haben. Anhand eines neuartigen Analyserahmens, genannt ‚kritische Thermodynamik‘, der diese miteinander verbundenen Beziehungen in einem historisch-materialistischen Kontext analysiert, werden drei Hauptargumente vorgebracht. Erstens führt eine thermodynamische Narration mit ihren materiellen Implikationen das menschliche Streben nach "grüner" Energie in einen gegenwärtigen Zustand, auf dem die wissenschaftlichen und politischen Einzelheiten eines zukünftigen Natur-Energie-Beziehung aufbauen. Zweitens, in der gegenwärtigen Phase der Energiewende produziert das Kapital aufgrund des Fokus auf die effiziente Verteilung erneuerbarer Energien neue ökonomische Formationen in Prozessen der ökologischen Modernisierung. Dabei wird die Energieflexibilität als zentrales Terrain für die Aufrechterhaltung eines Status Quos als Ausgleich infrastruktureller Defizite herausgearbeitet. Drittens steuert der Staat die Energiewende durch experimentelle Ansätze, die dem Kapital einen technokratischen Raum für seine notwendigen socio-ecological fixes bieten sollen. / The transition from the fossil fuel era to a low-carbon future of renewable energy requires profound transformation, reorganisation, and reconfiguration of the socio-ecological metabolism. Since this metabolism was initially built upon centralised thermal power plants, the move to a future system that predominantly lives of ‘green megawatts’ from decentralised renewable energy sources represents a major spatiotemporal and political shift. This thesis analyses such a shift by investigating the role of thermodynamic narratives, which emerged in the context of electrification of capitalism in Germany at the end of the 19th century. It addresses the question of how these thermodynamic narratives continue to matter for the localised restructuring of the human-environmental relationship in the low-carbon energy transition. Through a novel framework of ‘critical thermodynamics’, which analyses these interconnected relations through a historical materialist framework, the thesis makes three main arguments. First, a thermodynamic narrativity along with its material implications guides the human quest for abundant ‘green’ energy into the contemporary conjuncture on which the scientific and political specificities of the future nature-energy relationship are built. Second, because of a focus on the efficient distribution of renewable energy in the current phase of the energy transition, capital produces new economic formations in wider processes of ecological modernisation. Here, energy flexibility is exposed as a central terrain for maintaining a status quo despite infrastructural shortcomings. Third, the state guides the energy transition through experimental approaches, intended to provide a technocratic space for capital to perform its necessary socio-ecological fixes.