KFUPM ePrints

EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND NUMERICAL SIMULATION OF THERMAL PERFORMANCE OF COATING-BASED INSULATION IN BUILDINGS

l EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND NUMERICAL SIMULATION OF THERMAL PERFORMANCE OF COATING-BASED INSULATION IN BUILDINGS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (Al-Naghi-PhD Dissertation) - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 27 December 2019.

11Mb

Arabic Abstract

تم تنفيذ هذه الدراسة للتأكد تجريبيا وعدديا من الأداء الحراري وكفاءة الطاقة لطلاء عزل حراري جديد مقارنة مع مواد العزل الأخرى المستخدمة حالي ا في المباني. أستند التحقيق التجريبي على قياسات واسعة النطاق في الموقع لأربع غرف أختبار تقع في شرق المملكة العربية السعودية، خلال أشهر الصيف. تم بناء جدران غرفة الاختبار الأولى باستخدام الطابوق الخرساني المجوف وطبقة 3 مم من طلاء العزل الحراري الجديد على طبقة الجص الأسمنتية من الجانبين الداخلي والخارجي للجدران. غرفة الاختبار الثانية هي الغرفة المرجعية، وكانت مشابهة لغرفة الاختبار الأولى بإستثناء أن طلاء العزل الحراري لم يتم تطبيقة على الجدران. بُنيت جدران غرفة الأختبار الثالثة من طابوق خرساني يشتمل على ألواح البوليسترين الممتدة. تم إستخدام جيل جديد ونظام عزل حديث، والذي يتضمن الطابوق الخرساني الخلوي العازل والجص العازل وطلاء العزل الحراري الجديد، لبناء جدران غرفة الاختبار الرابعة. جُ هزت غرف الاختبار بمستشعرات الحرارة، وعدادات تدفق الحرارة، وأجهزة تسجيل بيانات درجة الحرارة/الرطوبة النسبية وعدادات الطاقة. تم إجراء مسح حراري لجدران وأسقف غرف الاختبار بإستخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء. كما تم قياس النفاذية الحرارية باستخدام جهاز تحديد قيمة- U التجاري. وتم تركيب محطة الطقس في الموقع لقياس جميع بيانات الأرصاد الجوية. تم تحليل البيانات التي جُ معت من جميع هذه الأجهزة والتحقق منها باستخدام برامج محاكاة عددية ( DesignBuilder 5.3 و ABAQUS 6.13 (. كانت المطابقة بين نتائج القياس التجريبية ونتائج المحاكاة العددية أكثر من 90 ٪ والتي تعتبر ممتازة من الناحية العملية. وأشارت نتائج القياسات التجريبية وتحليل المحاكاة العددية إلى أن طلاء العزل الحراري الجديد يمتلك خصائص حرارية ممتازة . والتي تتضمن: موصلية حرارية منخفضة وأنعكاسية عالية للأشعة الشمسية ومعامل حمل حراري منخفض. بالمقارنة مع الغرفة المرجعية، فإن الطاقة التي تم توفيرها نتيجة استخدام طلاء العزل الحراري على جدران غرفة الاختبار الأولى، والطابوق الخرساني الذي يضم لوحة البوليسترين الممتدة في جدران غرفة الاختبار الثالثة ونظام العزل الجديد لجدران غرفة الاختبار الرابعة كانت 34.57 و 28.73 و 58.04 ٪ ؛ على التوالي. وبالتالي، فأن طلاء العزل الحراري الجديد فع ال للغاية للحد من انتقال الحرارة عبر جدران المباني الجديدة )وكذلك المباني القائمة( حيث يمكن توفير الطاقة المستهلكة في المباني خلال أشهر الصيف بنسبة 35 ٪ تقريبًا. كما يُوصى بإستخدام نظام العزل الجديد للجدران في المباني الجديدة لتقليل استهلاك الطاقة بنسبة 58 ٪ تقريبًا. وعلى الرغم من أن تكلفة بناء الجدران باستخدام نظام العزل الجديد أكثر من الأنظمة الأخرى، إلا أنه يمكن إسترداد قيمة هذة الزيادة في التكلفة الأولية خلال عامين تقريبا مقابل التوفير في إستهلاك الطاقة.

English Abstract

This study was planned to investigate experimentally and numerically the thermal performance and energy efficiency of a new coating-based thermal insulation as compared with other insulation materials that are currently being used in buildings. The experimental investigation was based on full-scale in-situ measurements of four test rooms located in eastern Saudi Arabia during the summer months. The walls of the first test room were constructed using the prevalent hollow-core concrete blocks and a 3-mm coating-based thermal insulation was applied on cement plaster layer from both inner and outer sides. The second test room was the control room, which was similar to the first room except the coating insulation was not applied on the walls. The walls of the third test room were made from concrete blocks incorporating expanded polystyrene board. A new generation and state-of-the-art insulation system, which included insulate-aerated concrete blocks, insulate plaster and thermal coating, was used to construct the walls of the fourth test room. The test rooms were instrumented with thermocouples, heat flux meters, temperature/relative humidity data loggers and power meters. Thermal scanning of the test room walls and roofs using infrared camera and thermal transmittance measurements using commercial U-value equipment were also conducted. The weather station installed at the site provided all the meteorological data. The data collected from all these equipment were analyzed and validated using numerical simulation programs (DesignBuilder 5.3 and ABAQUS 6.13). The agreement between the experimental measurements and simulation results was more than 90%, which is considered excellent from practical point of view. These results indicated that the coating-based thermal insulation has excellent thermal properties that included low thermal conductivity, high solar reflectivity and low heat convective coefficient. The total thermal resistance of the walls in the fourth test room was more than three times that of the total thermal resistance of walls constructed from normal hollow-core concrete block. In comparison with the control room, the energy saved due to the usage of the insulate coating on walls of the first test room, concrete blocks incorporating expanded polystyrene board in walls of the third test room and the new insulation system in walls of the fourth test room was 34.57, 28.73 and 58.04 %; respectively. Hence, the new coating-based thermal insulation was found to be very effective in reducing the heat transfer through the walls of new buildings (as well as existing buildings) whereby the energy consumption in buildings during the summer months could be reduced by about 35%. The new insulation system of walls is highly recommended to be used in new buildings for saving the energy consumption by about 58%. Though the cost of constructing walls using this new insulation system would be marginally more than the other systems, this increase in the initial cost can be repaid within about two years of the saving in energy consumption.



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Civil Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor:Al-Amoudi, Omar
Committee Co-Advisor:Kalimur Rahman, Muhammad
Committee Members:Al-Dulaijan, Salah and Al-Gahtani, Ahmed and Al-Gadhib, Ali
ID Code:140866
Deposited By:ALNAGHI AHMED ABDULLAH ALAWI (g201002620)
Deposited On:31 Dec 2018 15:39
Last Modified:31 Dec 2018 15:39

Repository Staff Only: item control page