Developing a Pathway to Sustainable Residential Cooling in West African Cities : The Case Study of Tema, Ghana

Air conditioning is not just a matter of individual comfort in many tropical countries but a precondition of public health, work productivity and economic growth. Residential cooling is energy-intensive, raising profound concern to exacerbate global warming and in turn the need for more residential cooling as the prevalence of air conditioners especially in Africa is expected to skyrocket in the future. This work develops a pathway to sustainable residential cooling for West African cities to address this challenge. As meaningful data are basically non-existent, electricity end use monitoring and survey of 60 households in Tema city is conducted. This is the first measurement study of residential electricity end use in Ghana. A detailed building energy model, representative in terms of archetype and cooling demand, is developed based on and calibrated with the collected data. The validated model is used for dynamic energy simulation to study the impact of key determinants on cooling energy demand and identify specific reduction measures. Dynamic energy simulation of the cooling schedule is used to demonstrate the potential for rooftop solar photovoltaic to meet this energy demand if operated in a smart way. The work is complemented by policy recommendations to incentivize renewable energy deployment and an economic assessment of the various identified demand reduction measures and solar photovoltaic systems. To walk this pathway successfully and turn sustainable residential cooling for West African cities into reality, it is vital to have barriers for implementation removed and create win-win situations for cooperation of stakeholders across the electrical energy system.

In vielen tropischen Ländern sind Klimaanlagen nicht nur eine Frage des individuellen Komforts, sondern eine Voraussetzung für öffentliche Gesundheit, Arbeitsproduktivität und wirtschaftlichen Fortschritt. Die vermehrte Kühlung von Wohnräumen ist energieintensiv und droht die globale Erwärmung (und damit den Bedarf an noch mehr Raumkühlung) zu verschärfen, da in Zukunft eine sprunghaft ansteigende Verbreitung von Klimaanlagen insbesondere in Afrika erwartet wird. Die vorliegende Arbeit entwickelt einen Weg zur nachhaltigen Wohnraumkühlung für westafrikanische Städte um dieser Herausforderung zu begegnen. Da aussagekräftige Daten weitgehend nicht existent sind, wird eine kombinierte Umfrage und Messkampagne zum Endverbrauch von elektrischem Strom in 60 Haushalten in Tema, Ghana durchgeführt, die erste derartige Studie in dem Land. Auf Grundlage der gesammelten Daten wird ein detailliertes Gebäudeenergiemodell entwickelt, das in Bezug auf den Archetyp und den Kühlenergiebedarf repräsentativ ist und mit den gesammelten Daten kalibriert wird. Das kalibrierte Modell wird zur dynamischen Gebäudeenergiesimulation verwendet, um den Einfluss von Schlüsselparametern auf den Energiebedarf der Raumkühlung zu untersuchen und spezifische Maßnahmen zur Bedarfsreduktion abzuleiten. Die Raumkühlung wird dynamisch simuliert um das Potential von Solar-Photovoltaik auf dem Hausdach zur Deckung des Energiebedarfs zu demonstrieren wenn die Klimaanlage in intelligenter Art und Weise betrieben wird. Ergänzt wird die Arbeit durch regulatorische Vorschläge zur Förderung des Einsatzes erneuerbarer Energien und durch eine Investitionsbewertung der verschiedenen Bedarfsreduktionsmaßnahmen und Photovoltaik- Systeme. Um diesen Weg erfolgreich zu beschreiten und nachhaltige Wohnraumkühlung in westafrikanischen Städten Wirklichkeit werden zu lassen, ist es von entscheidender Bedeutung, dass Bestandshindernisse beseitigt und Win-Win-Situationen zwecks Zusammenarbeit der verschiedenen Interessengruppen über das gesamte elektrische Energiesystem hinweg geschaffen werden.