INVESTIGATING THE COOLING PERFORMANCE OF ARTIFICIAL SHADING DEVICES ON ENHANCING OUTDOOR THERMAL COMFORT IN HOT HUMID CLIMATE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Islam Hassan - G202103730 - MS_Thesis Final 10.11.2024.pdf - Draft Version Restricted to Repository staff only until 26 November 2025. Download (4MB)

Arabic Abstract

في الآونة الأخيرة، ظهر تأثير الارتفاع العالمي في درجة حرارة الهواء في المناطق الحضرية بشكل كبير على صحة الإنسان وراحته الحرارية وجودة الحياة بشكل عام في المدن. في حين توفر المساحات الخضراء الحضرية تظليلًا طبيعيًا، فإن أجهزة التظليل الاصطناعي تعد بديلاً قابلاً للتطبيق عندما لا تكون زراعة الأشجار ممكنة. بالرغم من ذلك، فإن تأثيرات أجهزة التظليل الاصطناعي على تعزيز البيئة الحرارية الخارجية لم يتم استكشافها بشكل جيد. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم الأداء التبريدي لأجهزة التظليل الاصطناعي في تعزيز الراحة الحرارية للإنسان في الأماكن المفتوحة. تم إجراء قياسات ميدانية في الساحة المركزية لجامعة الملك فهد في مدينة الظهران بالمملكة العربية السعودية، الواقعة في منطقة مناخية صحراوية حارة، خلال صيف عام 2023. وكان الهدف هو تقييم البيئة الحرارية الخارجية وتقييم أداء التبريد لثلاثة مواد تغطية شائعة الاستخدام في المملكة العربية السعودية وهي: القماش القطني، والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، وغشاء PVC. تم نمذجة المناخ المحلي باستخدام برنامج ENVI-met V5.0.0 لدراسة وتحليل تأثيرات سيناريوهات التظليل المختلفة على تعزيز الراحة الحرارية للطلاب. تمت محاكاة خصائص وتكوينات مختلفة لأجهزة التظليل، بما في ذلك أربعة نسب تغطية، وسيناريو السقف المزدوج بثلاثة أحجام مختلفة للفجوة الهوائية بين الطبقتين، وأخيراً محاكاة السيناريو الأفضل على ثلاثة ارتفاعات مختلفة وذالك لدراسة تأثير الإرتفاع لأجهزة التظليل. وجدت الدراسة أن التظليل المتدرج بنسبة 100% للأسقف المزدوجة كان السيناريو الأكثر فعالية من حيث تقليل متوسط درجة الحرارة الإشعاعية ودرجة الحرارة المكافئة الفسيولوجية (PET) بما يصل إلى 20 درجة مئوية و11 درجة مئوية على التوالي. وتزداد التأثيرات التبريدية لأجهزة التظليل مع زيادة نسب التغطية، وكان لارتفاع الظل تأثير ضئيل، إلا عند حافة المنطقة المظللة. يجب تحديد الارتفاع الأمثل للظل بناءً على ارتفاع السياق المحيط. علاوة على ذلك، عززت فجوة الهواء ذات السقف المزدوج والتي يبلغ حجمها 25 سم أداء التبريد لجهاز التظليل من خلال العمل كعزل حراري، مما أدى إلى زيادة انخفاض مؤشر PET بمعدل 2.2 درجة مئوية. تسلط هذه النتائج الضوء على التأثير الكبير لأجهزة التظليل الاصطناعي وتوفر إطارًا لتحسين الراحة الحرارية الخارجية في ساحات الجامعات المماثلة.

English Abstract

The global rise in urban air temperatures significantly affects human health, thermal comfort, and the overall quality of life in cities. While urban greenery provides natural shading, artificial shading devices are a viable alternative where planting trees is not feasible. However, the impacts of artificial shading devices on enhancing the outdoor thermal environment are not well-explored. This study aims to assess the cooling performance of artificial shading devices on enhancing human thermal comfort in open spaces. Field measurements were carried out at the central square of King Fahd University in Dhahran city, Saudi Arabia, situated in a hot desert climate zone (BWh), during the summer of 2023. The objective was to assess the outdoor thermal environment and evaluate the cooling performance of three commonly used covering materials in Saudi Arabia namely, Cotton Canvas, HDPE, and PVC membrane. Subsequently, the microclimate model ENVI-met V5.0.0 was employed to analyze the effects of various shading scenarios on enhancing student thermal comfort. Various properties and configurations of shading devices were simulated, including four coverage ratios, double roofing scenario with three different sizes of air gap between the two layers and finally simulating the best-case scenario at three different heights to see the impact of the shading height. The study found that double roofing 100% staggered shading was the most effective scenario in terms of reducing mean radiant temperature and physiological equivalent temperature (PET) by up to 20°C and 11°C, respectively. The cooling effects of shading devices increased with increasing in coverage ratios and the height of the shade had a negligible impact, except at the edge of the shaded area. The optimal height of the shade should be determined based on the height of the surrounding context. Furthermore, double roofing air gap with small size of 25 cm enhanced the shading device's cooling performance by acting as thermal insulation, increasing the PET index reduction by an average of 2.2°C. These results highlight the significant impact of artificial shading devices and provide a framework for improving outdoor thermal comfort in similar university plazas.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Architectural
Department:	College of Design and Built Environment > Architecture and City Design Department
Committee Advisor:	Abd El Fattah, Ahmed
Committee Members:	MOHAMMED, MOHAMMED and Asif, Muhammad
Depositing User:	ISLAM HASSAN (g202103730)
Date Deposited:	26 Nov 2024 11:27
Last Modified:	26 Nov 2024 11:27
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143095