DEVELOPING ENERGY-EFFICIENT BLOCKS IN THE FIELD USING INDIGENOUS INDUSTRIAL WASTE MATERIALS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis) DEVELOPING ENERGY-EFFICIENT BLOCKS IN THE FIELD USING INDIGENOUS INDUSTRIAL WASTE MATERIALS (M.S.THESIS).pdf Restricted to Repository staff only until 7 June 2023. Download (3MB)

Arabic Abstract

ستستمر الحاجة إلى المباني الخضراء الصديقة للبيئة في زيادة استجابة لتحديات التغير المناخي بينما تعد الحاجة إلى توفير الطاقة أمرًا حيويًا لحماية البيئة الطبيعية. ازداد استهلاك الطاقة لكل من المباني السكنية والصناعية تدريجياً في البلدان المتقدمة مثل المملكة العربية السعودية التي أصبحت بحاجة اكثر الى ترشيد الطاقة بسبب زيارة في الكثافة السكانية والرغبة في الحفاظ على الموارد الطبيعية. استنادا لذلك تم فرض العديد من القوانين والانظمة لترشيد الاستهلاك الكهربائي من خلال إنشاء المركز السعودي لكفاءة الطاقة المعروف بكفاءة. ونظرًا لأن الكثير من الحمل الحراري ينتقل عبر جدران المبنى ، فإن استخدام مواد البناء المثالية في جدران المباني قد يقلل إلى حد كبير من حمل النقل الحراري من أجل استخدام طاقة أقل لتبريد المباني. تعتبر البلك الخرسانية المفرغة من أكثر مواد البناء شيوعًا في تشييد الجدران في المملكة العربية السعودية. لذلك، تم تطوير طوب جديدا في هذه الدراسة باستخدام انواع مخلتفة من المواد العازلة مثل البيرلايت، الفيرموكلايت، والصخر البركاني، وكذلك مواد بلاستيكية ونفايات مضرة بالبيئة مثل البولي ايثيلين عالي ومنخض الكثافة والمطاط من اطارات السيارات وحببيات البولييستيرين لتقليل التوصيل الحراري بحيث يكون استهلاك الطاقة لكل من المباني السكنية والصناعية اقل و الحفاظ على البيئة و الموارد الطبيعية. أثبتت النتائج أن جميع الطوب المطورة حديثًا في هذه التجربة (البيرلايت والفيرميكولايت والسكوريا والبوليسترين والبولي إيثيلين عالي الكثافة والبولي إيثيلين منخفض الكثافة) تفي بالمتطلبات القياسية من قبل ASTM C129 للجدران غير الحاملة لكل من مقاومة الانضغاط البالغة 4.14 ميجا باسكال بينما الطوب المصنوعة من المطاط فشلت في تلبية المتطلبات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تصنيف الطوب المصنوع من البيرلايت والصخر البركاني على أنها بلك خرسانية خفيفة الوزن حيث أنها كانت أخف وزنًا (15.19 كجم) و (17.07 كجم) ، والتي كانت أقل بنسبة 25٪ و 15٪ على التوالي ، مقارنةً بالبلوك المنتج بدون مواد عازلة. أيضًا ، كان للتصميم الجديد للطوب(بدون مواد عازلة) التحكم التأثير الأكبر على الموصلية الحرارية حيث انخفض بنسبة 54٪ بينما كان للصخر البركاني والبيرلايت أعلى انخفاض في التوصيل الحراري بنسبة 60٪ تقريبًا مقارنةً بالمنتج التجاري في السوق. علاوة على ذلك ، وجد تحليل التكلفة أن الجدار البركاني هي الأقل تكلفة لأنها تحتوي على أقل سعر للوحدة. وفيما يتعلق باستهلاك الطاقة ، قلل التصميم الجديد للطوب(بدون مواد عازلة) التحكم من استهلاك الطاقة بحوالي 53٪ ، مما يوفر سنويًا حوالي 3.95 دولار للمتر المربع. في حين أن استخدام الطوب البركاني يوفر 68.81 كيلو واط ساعة للمتر المربع مايعادل 4.6 دولار سنويًا. وكما يقلل الجدار المصنوع من الصخر البركاني من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمعامل 2.4 مقارنةً بالطوب الخرساني المتوفر في السوق.

English Abstract

The necessity for eco-friendly green buildings will continue to raise answering the climatic change challenges while the need for energy saving is vital to protect the natural environments. The energy consumption for both domestic and industrial buildings has gradually increased in developed countries. Since the building envelope plays a critical role in energy conservation where the greatest heat and energy loss always exists, the physical and thermo-mechanical efficiency of these envelopes must be assessed in terms of energy performance to mitigate the effect of climatic change. In Saudi Arabia, the need for energy efficiency is becoming more and more important to the public and principals due to the steady growth of population and increasing demand for energy. To regulate and minimize the consumption of energy, the Saudi Energy Efficiency Center (known in Arabic as KAFAA) has recently been established. Three-quarters of all the electricity generated within the country is used by the buildings sector. Specifically, air conditioning accounts for almost three-quarters of the electricity consumption in residential buildings. Since much of the thermal load is transmitted via building walls, the use of ideal building materials in building walls may greatly minimize the load of thermal transmission in order to use less energy to cool buildings. The hollow concrete blocks are the most common building material used in wall construction in Saudi Arabia. Therefore, new blocks were developed in this study to reduce the thermal conductivity so that the energy consumption for both domestic and industrial buildings will be less. The primary objective of this study was to explore the use of locally-sourced indigenous industrial waste and by-product materials such as perlite, rubber, high density polyethylene, low density polyethene, expanded polystyrene beads, vermiculite and volcanic scoria aggregate for the development of new low-thermal conductivity lightweight concrete blocks in the field and to assess the effectiveness of such concrete blocks by comparing their thermal conductivity with those available in the local market. The experimental results were based on the compressive strength (ASTM C129), Density and Absorption (ASTM C 140), and Thermal conductivity (ASTM C177 and C518). In addition, based on the experimentally measured thermal resistance, the economic feasibility, fuel energy usage, and CO2 emissions were calculated. The results proved that all the newly developed blocks (perlite, vermiculite, scoria, and polystyrene, high density polyethylene, low density polyethylene) fulfilled the standard requirement by ASTM C129 for non-load bearing blocks for both compressive strength of 4.14 MPa whereas blocks made with crumb rubber failed to meet the requirement. In addition, the perlite and scoria blocks are categorized as light-weight concrete blocks as they had the lightest weight of (15.19 kg) and (17.07kg), which were lower by 25% and 15%, respectively, contrasted with the block controls (without insulation materials). Also, the new design of the control blocks had the largest influence on the thermal conductivity as it reduced by 54% while scoria and perlite had the highest reduction of thermal conductivity of almost 60% compared to that of the commercially produced in the market. Furthermore, a cost analysis found that the scoria block is the most affordable as it had the lowest unit price. In terms of energy consumption, the new design of control blocks reduced the energy consumption of the market block wall by roughly 53%, which saves annually around 3.95 $/m2. Whereas using scoria blocks save 68.81 kWh/m2 and $4.6/m2 annually. The Scoria-wall may reduce CO2 emissions by a factor of 2.4 when compared to a commercial concrete block.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Civil Engineering Civil Engineering > Structural Engineering Engineering Research
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Baghabra Al-Amoudi, Omar Saeed
Committee Members:	Maslehuddin, Mohammed and Alosta, Mohammed
Depositing User:	SAEED ALTARBI (g201265600)
Date Deposited:	08 Jun 2022 07:27
Last Modified:	08 Jun 2022 07:27
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142149