KFUPM ePrints

Investigating the impact of high-rise building morphology on energy consumption in hot climates.

l Investigating the impact of high-rise building morphology on energy consumption in hot climates. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 30 March 2018.

6Mb

Arabic Abstract

يتزايد استهلاك الطاقة بسرعة مع تزايد الطلب العالمي في البلدان النامية. والمملكة العربية السعودية ليست استثناء حيث وجد أن المباني تستهلك ما بين 70 إلى 79٪ من إجمالي الطاقة المستخدمة. ويعود ذلك إلى الطلب الهائل على أنظمة تبريد المباني نتيجة الظروف المناخية القاسية. وبما أن غلاف المبنى يفصل بين البيئة الداخلية و الخارجية، فإن خصائصه وتشكله يلعب دورا حيويا في تحديد التبادل الحراري وما يترتب عليه من توفير في الطاقة. في السعي إلى استخدام "النمط الدولي" من التصميم المعماري، ظهرالعديد من أشكال المباني المعاصرة الشاهقة و التي تتميز بواجهات كاملة من الزجاج وهندسة التكوين المعقدة التي تجعل التفاعل مع المناطق المحيطة القاسية تحديا للتحليل. وعلاوة على ذلك فإن قصور برامج محاكاة الطاقة في نمذجة أشكال وتكوين المباني المعاصرة يساهم في فهم أقل لتأثير أشكالها على أداء الطاقة. وبالتالي فإن هذه الدراسة تبحث في تأثير أشكال وتكوين المباني المعاصرة (التشكل) في المناخات الحارة التي يمثلها مناخ الرياض. وتتمثل الأهداف في تحديد حجم الأثر على توفير للطاقة و الذي يتناسب مع قرار التصميم المعماري القائم على التشكل ، كما تهدف الى وضع مبادئ توجيهية بشأن كفاءة استخدام الطاقة تساعد المهندسين و المعماريين والمصممين على توافق طموحاتهم في التصميم المعماري مع مبادئ الاستدامة. وقد تحققت الأهداف من خلال التغلب على قصور طرق ومراحل نمذجة المباني المتشكلة باستخدام برامج نمذجة و محاكاة الطاقة (DesignBuilder) من خلال ربطه مع برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد SketchUp)) و تكاملهما مع برنامج ((Gmodeller. وقد تم محاكاة سبعة نماذج نظرية وخمسة نماذج واقعية ومقارنتها مع أداء الطاقة لمبنى مرجعي مكعب التكوين- التشكل من أجل تحديد المؤشرات المرتبطة بشكل و تكوين النماذج و التي تؤثر على التبادل الحراري وكفاءة الطاقة. وقد تبين أن الإشعاع الشمسي الواقع على الواجهات كان أهم المؤشرات التي ترتبط جيدا مع تكوين المبنى و استهلاك طاقة التبريد. وقد وجد أن أفضل تشكل- مبنى حقق تقليل في استهلاك الطاقة بنحو 6.0٪ في حين أن أسوأ الحالات زادت استهلاك الطاقة بنحو 1٪.

English Abstract

Energy consumption is fast increasing with globally rising demand in developing countries. Saudi Arabia being no exception where buildings have found to consume a significant 70 to 79% of the total energy produced. This is as a result of the enormous demand placed on the buildings’ cooling systems as a result of harsh climatic conditions. Since the building envelope segregates the internal building and external environments, its characteristics and morphology play a vital role in determining heat exchange and subsequent energy savings. In the quest of adapting an “International Style” of architectural design, high-rise contemporary building forms are emerging that are characterized by fully glazed facades and complex geometries that make the interaction with the harsh surroundings challenging to analyze. Moreover the limitation of energy simulation software in modeling such contemporary building forms contributes to less understanding of their forms impact on building energy performance. This study therefore investigates the impact of contemporary high-rise building forms (morphology) in hot climates represented by the climate of Riyadh. The objectives are to quantify the magnitude of impact corresponding to architectural and form-based design decision and to develop energy-efficiency guidelines that will assist architects and designers to synchronize their architectural ambitions with sustainability principles. The objectives were achieved by overcoming the limitation of the energy modeling and simulation software (DesignBuilder) by linking it to a 3D modeling software (SketchUp) via Gmodeller. Seven theoretical models and five case study models were simulated and compared to static cubical base case in order to identify form-based parameters that influence heat exchange and energy efficiency. It was found that Incident Solar radiation on vertical facades was the most significant parameter that correlated well with cooling energy consumption. The best studied case was found to reduce energy consumption by around 6.0% while the worst case increased energy consumption by around 1%.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Environmental
Architectural
Divisions:College Of Environmental Design > Architectural Engineering Dept
Committee Advisor:Abdou, Adel
Committee Members:Budaiwi, Ismail and Mohammad, Babsail
ID Code:140414
Deposited By:EJAAZ AHMED (g201411060)
Deposited On:13 Aug 2017 08:02
Last Modified:13 Aug 2017 08:02

Repository Staff Only: item control page