THE UTILIZATION OF GREEN ENERGY IN GAZA-STRIP SCHOOLS FOR IMPROVED IEQ. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MSc Thesis Final Version) MSc_Thesis_Mohammed_Qannan.pdf - Accepted Version Download (14MB) | Preview

Arabic Abstract

إن الازدياد الحاد في الطلب على الطاقة له تأثيرات سلبية على النظام البيئي. أكدت الكثير من الدراسات أهمية تواجد مصادر طاقة متجددة للاستخدام في المرافق العامة والخاصة. تلعب المدارس دورا أساسياً في تعليم وتثقيف المجتمعات، وإذا ما تم تطبيق نظام طاقة متجدد فيها، سيساهم ذلك في نشر ثقافة هذه التكنولوجيا بطريقة سلسة من خلال رواد ومستخدمي المدارس. تعتبر أنظمة الخلايا الشمسية جيدة بما يكفي لتوليد طاقة نظيفة بالإضافة لكونها استثماراً في الجانبين البيئي والمالي. وقبل تطبيق أي نظام طاقة متجددة، يجب وضع خطة لترشيد استهلاك الطاقة لأقصى حد مع مراعاة جودة البيئة الداخلية، حيث أكدت العديد من الدراسات على العلاقة ما بين جودة البيئة الداخلية وصحة وانتاجية طلاب وشاغلي المدارس. تم إجراء هذه الدراسة في قطاع غزة ذات المناخ المعتدل إلى الحار صيفاً، والدافئ إلى البارد شتاءً. يعاني قطاع غزة من نقص في الوقود خلال العشر سنين السابقة، ويزداد الطلب سنوياً على الكهرباء بما نسبته 7 % علماً أن 63 % من مصادر الكهرباء والطاقة تزود من الاحتلال الإسرائيلي والتي من الممكن أن تمنع في أي وقت. يهدف هذا البحث إلى تطوير نموذج لمدرسة ذات كفاءة عالية من حيث استهلاك وإنتاج الطاقة مع مراعاة تحسين الجودة البيئية الداخلية، ويكون هذا النموذج مكتفي ذاتياً من إنتاج الطاقة اللازمة لتشغيل وأداء الوظيفة التعليمية وأيضاً توفير قدر من الطاقة لبيعها وتوزيعها من قبل شركة الكهرباء. ولتحقيق هذا الهدف تم اختيار نموذج تصميم متكرر والمعتمد بناؤه في قطاع غزة من قبل وزارة التربية والتعليم لتطويره من ناحية كفاءة استهلاك الطاقة وتحويله إلى مبنى مكتفي ذاتياً من خلال النمذجة والمحاكاة باستخدام وسائل الاستفادة من الطاقة المتجددة. خلصت الدراسة إلى أن استبدال نظام الإضاءة الحالي (T8 Flourescent) بنظام (LED) من نوع (CREE A19) مزودة بحساسات للإضاءة النهارية معيرة وفق درجات الإضاءة المطلوبة أدى إلى تخفيض استهلاك الطاقة الكهربائية من 16,000 kWh إلى 5600 kWh سنوياً، ما نسبته 65% مع ضمان التشغيل الأمثل والكامل للمدرسة. كذلك فإن الإبقاء على كل من مساحة النوافذ إلى الجدران (35.20% للنوافذ الخارجية، 14.70% للنوافذ الداخلية)، ونوع زجاج النوافذ (4 مم زجاج شفاف ذو طبقة واحدة)، والنظام الإنشائي للمبنى على حاله يضمن تحقيق الاستهلاك الأمثل للطاقة موازاةً مع جودة بيئية أفضل. تم إجراء دراسة تقنية ومالية كاملة لتوظيف الخلايا الشمسية في المدرسة على مرحلتين. في المرحلة الأولى، تم استخدام نظام منعزل ومرتبط بالشبكة مكون من 32 لوح شمسي فقط من أصل 256 لوح على كامل مساحة السطح من نوع "Suntech STP300S-20/ Wew" وذلك لتغطية احتياج المدرسة السنوي من الطاقة الكهربائية وإمداد الشبكة بفائض يقدر ب 11,380 kWh سنويا. تم تخفيض معدلات إنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون حتى 12.9 tCO2 كبديل عن مصادر الوقود النفطية والمولدة في شركة الكهرباء الإسرائيلية. معدل عمر المشروع مقدر ب 25 سنة حيث أن تكلفة المشروع خلال تلك الفترة مقدرة ب 34,750 $ يمكن استردادها بعد 8.8 سنوات لتتحول إلى أرباح مقدرة ب 55,000 $ عند السنة الأخيرة. المرحلة الثانية تضمنت دراسة لتعبئة السطح بالألواح الشمسية على الحد الأقصى مع تجنب المساحات المظللة بهدف بيع الطاقة المولدة إلى شركة الكهرباء. بعد الحصول على الرسم البياني لمسار حركة الشمس في قطاع غزة، بلغ الحد الأقصى لعدد الألواح الشمسية الممكن تركيبها إلى 159 لوح، في حين أن مساحة السطح ازدادت لتتسع إلى ما يقارب 97 لوح إضافي في حال هدم بيوت الأدراج وتحويلها إلى أغطية مع مستوى سطح المدرسة، وبالتالي، الطاقة الاستيعابية للسطح بلغت 256 لوح. بدمج تكاليف وأرباح المرحلتين الأولى والثانية، بلغ إجمال التكاليف الأولية للمشروع إلى 141,550 $ في حين أنه يمكن استرداد المبلغ شاملا تكاليف التشغيل والصيانة السنوية بعد مضي سبع سنوات من عمر المشروع لتتحول الخسائر إلى أرباح تقدر ب 450,000 $ عند السنة الأخيرة من عمر المشروع.

English Abstract

A sharp increase in global energy demand has a negative impact on the ecosystem. Many researches assure the importance for renewable sources to be allocated in both private and public facilities. Photovoltaic (PV) systems are good enough to produce clean energy with reasonable environmental and financial investments. Before applying any renewable energy system, an energy conservation plan must be studied in order to reduce the level of energy consumption to the maximum. Many researches emphasized the relevance between better indoor environment quality (IEQ) and the level of health and productivity for schools’ occupants linked by energy efficient strategies. The study was conducted in the Gaza Strip in Palestine. The energy demand increases about 7% annually in the Gaza Strip. More than 63% of electricity and energy sources for the Gaza Strip come from the occupying entity (Israel) which can be banned at any time. Recent studies show the importance of developing a model for energy-efficient schools while achieving IEQ standardized levels. The main objectives of the study are to develop energy-efficient and cost-effective schools in the Gaza Strip utilizing energy conserving measures and renewable energy strategies while improving the IEQ. To achieve the objectives, a typical school in the Gaza Strip designed and constructed by the Ministry of Education was selected to implement modeling and simulation techniques. The outcome of the study was the development of a model for an energy-efficient school that is self-energy producing with improved indoor visual and thermal comfort levels. The study assured that a reduction of 65% could be achieved in the annual school energy consumption by replacing the existing T8 flourescent lighting system (16,000 kWh) with the dimmable (CREE A19) dimmable LED (5600 kWh) equipped by daylight photosensors. The sensors were calibrated to receive the targeted standardized illumination level for each space and operating withen the full (Ideal) operation schedule. Moreover, keeping the existing window-wall ratio (35.20%, 14.70% for the exterior and interior windows, respectively), the glazing type (single clear 3-4 mm) as well as the envelope system at the same conditions was the optimum selection in terms of visual/thermal and energy consumption. A complete PV system with detailed technical, environmental, and feasibility studies was suggested and investigated. A mix of off-grid and grid-tied systems with 32 “Suntech STP300S-20/ Wew” modules out of maximum school’s roof capacity (256 modules) was allocated to provide the building with its daily requirements “Phase I”. About 18,710 kWh was the total annual generation; 6732 kWh was stored in 22 batteries (24 V, 150 Ah) to meet the school’s requirements, and 11380 kWh was transferred to the grid to be sold. The annual reduced amount of GHG emissions was 12.9 tCO2 as the average of all IEC different fuels. The total system life cycle (25 years) cost was 34,750 USD, while money could be refunded after 8.8 years and turned into an income of 55,000 USD. However, another suggestion was studied to investigate the feasibility of utilizing the full roof’s capacity -after avoiding the shadows- with PV modules (Phase II). The first attempt was with keeping the three stairwells covered to avoid their shadows. After calculating the maximum shadows lengths during the year by obtaining the Gaza Strip sun-path chart, 159 modules were filled to the maximum roof capacity. Another attempt to demolish the covers and enable more modules to be installed was made. An extra 97 modules were able to be mounted, hence the maximum number of modules was 256. Both “Phase I” and “Phase II” proved that the PV system was both environmentally friendly and financially feasible. By gathering both phases and dealing with them as one unit, and despite the project’s high initial cost (141,550 $), money could be retrieved after the first seven years of the project life cycle and turned into profits reaching 450,000 USD by the end of the system’s life cycle.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Architectural
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Committee Advisor:	Abdou, Adel
Committee Members:	Budaiwi, Ismail and Qawasmi, Jamal
Depositing User:	MOHAMMED QANNAN (g201310270)
Date Deposited:	16 Oct 2017 05:15
Last Modified:	16 Apr 2024 11:03
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140250