STANDARDIZATION OF ENERGY PERFORMANCE OF RESIDENTIAL BUILDINGS BASED ON CLIMATIC ZONES OF SAUDI ARABIA. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Final Thesis -Mojeed Olawale.pdf Restricted to Repository staff only until 17 December 2025. Download (3MB)

Arabic Abstract

على الصعيد العالمي، تمثل المباني حوالي 30% من استهلاك الطاقة. يرتبط استهلاك الطاقة بشكل وثيق بمناخ الموقع، خاصةً للمباني التي تعتمد بشكل رئيسي على الأحمال الحرارية الخارجية(SLDS) . في المملكة العربية السعودية، يتزايد الطلب على الطاقة بسبب النمو السكاني، وتكاليف الطاقة المنخفضة نسبياً، والمناخ القاسي. وعلى الرغم من أن كود البناء السعودي (SBC) ومبادرة "مستدام" تهدفان إلى تعزيز كفاءة الطاقة في المباني، إلا أن تركيزهما الحالي على تصميم الغلاف الخارجي للمباني وأنظمة التصنيف العامة قد لا يعالج التنوع المناخي في المملكة. ومن أجل معالجة هذا الأمر، من الضروري فهم وتوحيد أداء الطاقة عبر المناطق المناخية في البلاد. يقسم كود البناء السعودي (SBC) المملكة العربية السعودية إلى ثلاث مناطق مناخية: المنطقة 1 (حارة للغاية)، المنطقة 2 (حارة جداً)، والمنطقة 3 (حارة)، وهي مشابهة لتصنيف الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE)حيث يعتمد هذا التقسيم على درجات حرارة أيام التبريد (CDD) و التدفئة (HDD) ومعدلات هطول الأمطار. لفهم استهلاك الطاقة والمناخ عبر مختلف مناطق البلاد، قامت هذه الدراسة بتقييم ثلاثة أنواع من المباني السكنية، و هي شقة، ودوبليكس، وفيلا، عبر 46 مدينة سعودية. أظهرت نتائج المحاكاة توفيراً في الطاقة عند تطبيق معايير كود البناء السعودي (SBC). على سبيل المثال، في جازان والتي سجلت أعلى معدل لكثافة استهلاك الطاقة (EUI) تراوحت قيمته للمباني الثلاثة بين 190.96 و263.4 كيلوواط/م²، مقارنة بـ 120.72 و235.48 كيلوواط/م² عند تطبيق معايير كود البناء السعودي (SBC). وقد كان أقل استهلاك للطاقة في أبها، حيث تراوح معدل استهلاك الطاقة (EUI) الفعلي بين 56.51 و112.99 كيلوواط/م²، مع تحسين الأداء إلى 45.86 و112.26 كيلوواط/م² وفقًا لمعايير كود البناء السعودي (SBC). بالنسبة للفيلا، تحسنت تصنيفات أداء الطاقة بعد تطبيق معايير كود البناء السعودي (SBC)؛ حيث تم تصنيف 37 مدينة بـ A+، و8 مدن بـ A، ومدينة واحدة فقط، وهي جازان، حصلت على تصنيف B، مما يشير إلى تحسن كبير في كفاءة الطاقة. ولمعالجة التنوع المناخي، أعادت الدراسة تصنيف المملكة إلى خمس مناطق مناخية رئيسية بناءً على درجات الحرارة ومستويات الرطوبة باستخدام مؤشر درجات حرارة البصلة الرطبة (WBDD)، ممثلة بمدن مثل جدة (حارة للغاية ورطبة)، الرياض (حارة للغاية وجافة)، الوجه (حارة جداً ورطبة)، تبوك (حارة جداً وجافة)، والطائف (حارة وجافة)، مع تقسيم إضافي إلى 9 مناطق فرعية. تم تحسين مواد الغلاف الخارجي للمباني (الجدران، الأسطح، النوافذ، التهوية) للمدن الممثلة، حيث تم إجراء ما بين 5000 و7000 تكرار للحصول على التكوينات المثلى. لقد تم تجميع نتائج الدراسة في خريطة تفاعلية لتوجيه ذوي العلاقة في تحسين أداء الطاقة في المباني السكنية في المملكة العربية السعودية، مما يتيح مرونة في متطلبات كود البناء السعودي لتقليل استهلاك الطاقة بشكل أكبر.

English Abstract

Globally, buildings account for about 30% of energy consumption. Energy consumption is closely associated with the climate of a location, especially for skin load-dominated structure (SLDS) such as residential buildings. In Saudi Arabia, energy demand is increasing due to population growth, relatively low energy costs, and harsh climate. While the Saudi Building Code (SBC) and Mostadam aim to promote energy-efficient buildings, their current focus on building envelope design and generic rating systems may not address the country’s diverse climatic regions. To address this, it is essential to understand and standardize energy performance across the country's diverse climatic zones. The SBC divides Saudi Arabia into three climatic zones: zone 1 (extremely hot), zone 2 (very hot), and zone 3 (hot), which are similar to the ASHRAE classification. These are based on Cooling Degree Days (CDD), Heating Degree Days (HDD), and precipitation. To understand the energy consumption and climate across different regions of the country, this study evaluated three residential building types—an apartment, attached duplex, and villa —across 46 locations in KSA. Simulation results showed energy savings when SBC standards were applied across the locations. Jizan city has the highest EUI, with an EUI ranging from 190.96 to 263.4 kWh/m² across the three building types, compared to 120.72 to 235.48 kWh/m² under SBC standard. The lowest energy consumption is in Abha, where the actual EUI ranges from 56.51 to 112.99 kWh/m², with SBC performance improving to 45.86 to 112.26 kWh/m². For the villa, energy performance Mostadam rankings improved after applying the SBC: 37 cities ranked A+, 8 ranked A, and only Jizan ranked B, indicating significant improvements in energy efficiency. To address climatic variability, the study reclassified Saudi Arabia into five major climatic zones based on temperature and moisture levels using wet bulb degree days (WBDD), represented by locations like Jeddah (extremely hot and humid), Riyadh (extremely hot and dry), Al-Wajh (very hot and humid), Tabuk (very hot and dry) and Taif (hot and dry) with further subdivision into 9 sub-zones. Optimization of building envelope materials (walls, roofs, windows, infiltration) for the representative locations was performed, with 5,000–7,000 iterations yielding optimal configurations. The study’s results were compiled into an interactive map to guide stakeholders in improving residential energy performance in Saudi Arabia, offering flexibility in SBC requirements to reduce energy use further.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Architectural Construction
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Committee Advisor:	Al-Homoud, M. S
Committee Members:	Abdou, Adel A. and Mohammed, Alhaji M.
Depositing User:	MOJEED OLAWALE (g202110650)
Date Deposited:	18 Dec 2024 07:14
Last Modified:	18 Dec 2024 07:14
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143129