PERFORMANCE AND COST ANALYSES OF AN INTEGRATED SYSTEM OF M-CYCLE-BASED COOLING AND ABLUTION GREYWATER TREATMENT FOR MOSQUES IN HOT AND DRY CLIMATIC ZONES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Faisal Bader Al-Mutairi's Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 31 December 2021. Download (3MB)

Arabic Abstract

تعد المتاجد أحد أه المعال المميز في المجتمع اإلتالمي ,حيث يت إهدار الكثير من ميا الووو والتي تعد ملوثة تلويثا وئيال كما يت في تلك البقاع الطاهر إهدار كثير من الطاقة لغرض التبريد لومان راحة المصلين اثنا تأدية العباد ، يبلغ اعدد المتاجد في المملكة العربية التعودية حوالي 201,202 متجد حيث يتهافت المتلمون ألدا دمس صلوات في اليو والليلة ، تصنف المتاجد ومن المباني الحكومية والتي يبلغ اتتهالكها للطاقة 2262 %من مجموع اتتهالك الكهربا في المملكة العربية التعودية ، وقد تجاوز مجموع ما أنفقته المتاجد اعلى الطاقة تبع مائة مليون ريال تعودي , كما بلغت كمية ميا الووو المهدر أربعون لتر/تااعة. بلغ اعدد المتاجد في منطقة الرياض 2764 %من مجموع اعدد المتاجد في المملكة العربية التعودية، وكما هو معلو فإن منطقة الرياض تعد ذات مناخ يتت بالحرار والجفاف في المجمل وبنا ا اعلى ذلك فإن المتاجد التي تقع في منطقة الرياض تعتمد إاعتمادا كليا اعلى أنظمة التبريد والتكييف لتزود المصلين بالبيئة المالئمة ألدا العباد ، ولذا تعت هذه الدراتة الدتبار إمكانية تصمي نظا جديد يتتدد ميا الووو المعالجة واتتددامه لتبريد الهوا بواتطة نظا تبريد مبني اعلى دور ميزوتتينكو ، حيث تقترح هذه الدراتة إاعاد تصمي أماكن الووو ودورات المياه في المتاجد لفصل ومعالجة مياه الووو المتتهلكة ليت اتتددامها لغرض التبريد , ولتحقيق هذه الغاية فقد ت تطوير النموذج النظري لتوقع أدا نظا التبريد المقترح. كما ت ادتبار هذا النموذج و التحقق من صحته بمقارنة نتائجه بأدرى تجريبية متوفر في األبحاث المشابهة لموووع البحث وقد أظهرت النتائج توافقاً جيداً مع دطأ إجمالي بنتبة 363 %حيث يعود الدطأ النتبي إلى اعد اعوامل بما في ذلك اعلى تبيل المثال ال الحصر، التدفق غير المنتظ للهوا والتوزيع الغير متكافئ للمياه في القنا الرطبة. xxii كما أظهرت النتائج أن متوتط درجة حرار الهوا الناتجة من النظا تتراوح ما بين 2361 إلى 9.29 درجة مئوية كما تتراوح نتبة الرطوبة النتبية من 12 %إلى 72 ،%باإلوافة إلى أن فعالية النظا قد تتجاوز 200 %إذا بلغ طول قنوات النظا 262 متر. ومن جهٍة أدرى، يجب أن تتراوح نتبة الهوا المرجع إلى القنا الرطبة ما بين 30 %إلى 20 %من مجموع الهوا الناتج من النظا ، حيث تتتأثر كفا وفعالية التبريد للنظا إن زادت القيمة اعن ذلك. بنا ا اعلى دراتة فنية واقتصادية لعد أنظمة مقترحة لمعالجة ميا الووو المبدد ، يعد نظا معالجة ميا الووو المبني اعلى الترشيح وامتصاص الكربون المنشط أفول الديارات و أكثرها جدوى ليت دمجه مع نظا التبريد المقترح ,حيث تبلغ تكلفة انتاج الميا 00029.0 دوالر/ لتر والتي هي أقل من تكلفة إنتاج الميا اعن طريق وتائل التحلية المتاحة. ودتاما فقد أظهر التحليل االقتصادي للنظا أن التكلفة المالية لنظا التبريد التقليدي أقل بنتبة 1462 %من التكلفة المالية لنظا التبريد القائ اعلى دور ميزوتتينكو ولكن في المقابل فإن نظا التبريد القائ اعلى دور ميزوتتينكو يتتهلك طاقة كهربائية أقل ب 11 %من تلك التي يتتهلكها النظا التقليدي وبالتالي فإن فتر اتترداد رأس المال المدفوع إلنشا النظا المقترح هي 21 شهر

English Abstract

One of the most unique building types in Muslim communities are mosques where a substantial amount of waste ablution water with a low pollutant level is generated and a large amount of energy is consumed for cooling. There are 101,108 mosques in Saudi Arabia where Muslims perform their prayers five times a day. The energy use of mosques is within the 16.2% average energy consumed by government buildings in the Kingdom, which accounts for a total electricity bill of 700 million Riyals annually and an average estimated waste ablution water of 40 L/h. Riyadh city represents 17.4% of the total number of mosques in Saudi Arabia and it is classified as hot and dry climate zone. Accordingly, mosques located in Riyadh totally rely on HVAC systems to provide acceptable thermal comfort for the occupants. Thus, this study proposes an integrated ablution greywater treatment and M-cycle based cooling system for mosques located in such climatic zone. The study recommends to redesign the ablution and toilet areas in mosques to separate and treat the ablution greywater to be used in mosque cooling. A theoretical model was developed to predict the performance of the proposed cooling system using a variation of the Newton’s method. The developed model was tested and validated with an experimental data available in the literature and the results show good agreement with an overall error of 3.3%. The relative error is due to several factors, including but not limited to the non-uniform flow of air in the wet channel and the uneven water distribution in the wet channel. The performance of the proposed system was also investigated and the result shows that the average monthly supplied air temperature ranges from 13.8 to 19.89 °C and the relative humidity ranges from 51% to 72%. Moreover, a wet-bulb effectiveness greater than unity will be achieved with a channel length greater than about 1.2 m .Furthermore, the working air to supply air ratio must be within the range of 0.30 to 0.63, as the efficiency and cooling effectiveness of the system will be affected by higher values. Additionally, the effectiveness of the system decreases significantly as the inlet velocity increases. Based on the technical and economic analysis of the potential grey water treatment system , filtration and activated carbon adsorption (FA) based treatment system is the most feasible option to be utilized in the proposed integrated system with a total annualized estimated cost of 0.00085 $/L. The economic analysis shows that the capital cost of the conventional cooling system is 54.2% less than the capital cost of M-cycle-based cooling system. On the other hand, M-cycle-based cooling system consumes 88% less electricity than that consumed by a conventional cooling system and consequently the payback period of the proposed system is about 18 months.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Alsulaiman, Fahad
Committee Members:	Antar, Mohamed and Sahin, Ahmet
Depositing User:	FAISAL ALMUTAIRI (g201162610)
Date Deposited:	31 Dec 2020 06:12
Last Modified:	31 Dec 2020 06:12
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141786