HVAC operation and air distribution strategies for thermal comfort and energy conservation in mosques in hot climate. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Thesis_With_Corrections_Final_Done.pdf - Accepted Version Download (14MB) | Preview

Arabic Abstract

إن تحقيق الارتياح الحراري داخل المباني في المناطق ذات المناخ الحار والرطب كما ھو الحال في بعض المناطق في المملكة العربية السعودية، يتطلب الاستعانة بأجھزة التكييف والتي قد تستھلك طاقه كھربائية كبيرة في حال عدم تصميمھا وتشغيلھا بالشكل الأمثل. وتعد المساجد من المباني الفريدة من حيث متطلباتھا وطرق تشغيلھا حيث يحتاج المصلين للشعور بالسكينة والإطمئنان واالذي يتأثر بشكل مباشر بمستوى الارتياح الحراري، وللحصول على الأجواء الحرارية المناسبة مع توفير الطاقة في المساجد فانه يجب اعتبار استراتيجيات تشغيل متقطعه كبديل للتشغيل الدائم لأنظمة التكييف بالإضافة إلى الاعتبارات التصميمية لأنظمة توزيع الھواء. يركزھذا البحث على دراسة الآثار المترتبة على طرق توزيع الھواء المختلفة على الارتياح الحراري واستھلاك الطاقة عند تطبيق استراتيجيات مختلفة لتشغيل نظام التكييف والتھوية في المساجد ذات الحجم المتوسط باستخدام (CFD) والذي يشمل برنامج حساب استھلاك الطاقة وبرنامج حساب حركة الموائع (DesignBuilder) برنامج بالإضافة إلى برنامج تقييم الارتياح الحراري . وقد تم نمذجة ومحاكاة لمسجد متوسط المساحة والتحقق منه باستخدام معلومات الاستھلاك الفعلي لطاقة مسجد متوسط المساحة ثم بعد ذلك تم تحليل الارتياح الحراري ، باستخدام ثلاث انظمة رئيسة لتوزيع الھواء من خلال سبعة نماذج أظھرت النتائج أنه عندما يتم تشغيل نظام التكييف والتھوية بشكل 181 سنوي اً مع تحقيق جيد للارتياح الحراري بقيمة 0.4 kWh/m مستمر في المسجد فان الاستھلاك يصل الى 2 بينما أظھر تقييم الارتياح الحراري باستخدام طريقة حركة الموائع المحوسبة تبايناً بين النماذج من حيث PMV= الارتياح الحراري . كما أظھر تطبيق التشغيل المتقطع لنظام التكييف والتھوية توفيراً في الطاقة بلغ 30 % من اجمالي kWh/m 181 الى 2 kWh/m الطاقة المستھلكة في حالة التشغيل المستمر لأنظمة التكييف من خلال تخفيضھا من 2 127 بينما بلغ توفير الطاقة المستھلكة في التبريد حوالي 35 % . و قد أظھر تقييم البيئية الحرارية باستخدام تقنية مستوى مقبولا من الارتياح الحراري . وللحصول على تحليل أدق تم عمل نماذج (CFD) حركة الموائع المحوسبة بديلة للوصول إلى المستوى المطلوب من الارتياح الحراري ومن ثم صياغة توصيات مناسبة بناء اً على ھذه النتائج.

English Abstract

In hot and hot humid climates as prevailing in Saudi Arabia, achieving thermal comfort in buildings requires the use of HVAC system which normally consume substantial amount of energy. In intermittent buildings like mosques which have unique functional characteristics, thermal comfort is usually achieved by continuously operating the HVAC system which may result in unnecessary use of energy if improperly designed and operated. Achieving thermal comfort becomes more challenging in mosques particularly when intermittent HVAC operation is considered together with the impact of air distribution systems on the thermal environment. This research work was focused on investigating the impact of different air distribution schemes on thermal comfort of the occupants when using different HVAC operation strategies in a medium sized mosque by CFD (computational fluid dynamics) technique. A medium size mosque was modelled with appropriate data from literature and validated using the real-time energy consumption data. Then for thermal comfort analysis, three basic air distribution schemes were created with 7 models (3-CBAD, 2-TWAD and 2- UFAD) and appropriate CFD boundary conditions were included for meaning full results. For continuous operation of HVAC system, mosque building consumed 181 kWh/m2 of annual energy. EnergyPlus results for thermal comfort showed PMV value of 0.4 which is acceptable. However, assessment of thermal comfort using CFD method revealed that only CBAD with M3 scheme achieved thermal comfort and in TWAD and UFAD the mosque building was over cooled severely. These results indicated the potential for energy conservation and thus intermittent HVAC operation was applied. This saved 30% of the total annual energy consumption by reducing the consumption from 181 kWh/m2 to 127 kWh/m2 consequently saving 35% of the total cooling energy consumption. EnergyPlus results for thermal comfort indicated that acceptable thermal comfort conditions were not achieved. However, assessment of thermal comfort using CFD method indicated that acceptable thermal comfort conditions were achieved in 6 of 7 air distribution schemes with M5 being most efficient. As a sensitivity analysis 5 (1-CBAD, 3-TWAD and 1-UFAD) more models were created and all of these models achieved comfort. Appropriate recommendations were made based on the results.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Engineering Mechanical
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Committee Advisor:	budaiwi, ismail
Committee Members:	abdou, adel and shuja, shahzada
Depositing User:	SAMIUDDIN SYED (g201104370)
Date Deposited:	26 Aug 2015 11:35
Last Modified:	16 Apr 2024 11:06
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139722