DECARBONIZING HVAC SYSTEM THROUGH ENERGY EFFICIENCY AND SOLAR PV INTEGRATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Decarbonizing HVAC System Through Energy Efficiency and Solar PV Integration ( Ahmed Al-Ruqaiti - G202213020 ).pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 11 September 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

لقد أصبح ارتفاع الطلب العالمي للطاقة المرتبطة بنمو السكان والتحضر، تحديًا كبيرًا لاستدامة البيئة، خاصةً في مناطق مثل المملكة العربية السعودية حيث تعزز المناخات القاسية استهلاك الطاقة. حيث تمثل المباني نسبة تتراوح بين 30-40% من إجمالي استهلاك الطاقة العالمي وأكثر من 30% من انبعاثات الكربون السنوية، حيث تلعب أنظمة التدفئة والتهوية و التكييف الهواء دورًا حاسمًا في الحفاظ على جودة البيئة الداخلية فيها. تركز هذه الدراسة على مبنى أمني في المملكة العربية السعودية حيث تحلل تكوينات مختلفة من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء مثل نظام حجم الهواء الثابت, نظام حجم الهواء المتغير ونظام الحجم ودرجة الحرارة المتغيران بالإضافة إلى دراسة أثر اضافه ووجود تقنيات عجلة استعادة الحرارة ودمج مصادر الطاقة المتجددة. تشير النتائج إلى أن أنظمة حجم الهواء المتغير المزودة بعجلة استعادة الحرارة تعتبر بديلًا عالي الكفاءة وصديقًا للبيئة حيث بلغ استهلاك الطاقة السنوي 134,118 كيلوواط ساعة، وانبعاثات الكربون 87,096.40 كجم، وإجمالي التكاليف التشغيلية 24,142.50 ريال سعودي، مما يعكس انخفاضًا سنويًا يزيد عن 6% مقارنة بالسيناريوهات الأساسية. علاوة على ذلك، يعزز دمج تقنيات الطاقة المتجددة مثل الأنظمة الكهروضوئية من توليد الطاقة، حيث بلغ إجمالي الكهرباء المولدة حوالي 107,753 كيلوواط ساعة. مساهمًا هذا الدمج في تقليل التكاليف بحوالي 19,395 ريال سعودي سنويًا من الكهرباء المصدرة، مما يساهم في تعويض التكاليف التشغيلية ويحقق إنجازًا بيئيًا كبيرًا بتقليل انبعاثات الغازات الدفيئة من 75.3 طن من ثاني أكسيد الكربون إلى 5.3 طن فقط بعد الدمج، مما يعكس انخفاضًا سنويًا إجماليًا بنسبة حوالي 93%. بالإضافة إلى ذلك، يقلل دمج الطاقة المتجددة أيضًا من الاعتماد على الوقود الأحفوري، مما يتماشى مع أهداف رؤية المملكة 2030 للاستدامة وصافي انبعاثات صفرية. يبرز هذا البحث مسارات فعالة لتقليل الطلب على الطاقة والأثر البيئي لها مع الحفاظ على متطلبات جودة البيئة الداخلية عند مستويات مثلى

English Abstract

The global rise in energy demand, driven by population growth and urbanization, has become a significant challenge to environmental sustainability, especially in regions like Saudi Arabia where extreme climates amplify energy consumption. Buildings contribute 30–40% of global energy use and more than 30% of annual carbon emissions, with HVAC systems playing a critical role in maintaining indoor environmental quality (IEQ). The study focuses on a security building in Saudi Arabia, analyzing different HVAC configurations such as constant air volume (CAV), variable air volume (VAV), and variable volume and temperature (VVT) systems, along with implementing heat recovery wheels (HR) and integration of renewable energy. The findings indicate that HR VAV systems are a highly energy efficient and ecofriendly alternative to CAV, with annual energy usage of 134,118 kWh, carbon emissions at 87,096.40 kg CO2, and operational costs totaling SAR 24,142.50, all reflecting over a 6% annual decrease compared to baseline scenarios. Additionally, incorporating renewable energy technologies like solar photovoltaic systems enhance on-site energy generation, with total electricity generated reaching approximately 107,753 kWh. This integration makes a reduction of around SAR 19,395 annually from exported electricity, contributing to operational cost offsets and an environmentally significant achievement by reducing greenhouse gas emissions from 75.3 tons of CO2 to just 5.3 tons post integration, reflecting a gross annual reduction of about 93%. Furthermore, the integration of renewables also decreases reliance on fossil fuels, aligning with Saudi Arabia's Vision 2030 goals for sustainability and net zero emissions. Through advanced HVAC technologies and energy-efficient designs, this research highlights effective pathways to reduce energy demand and environmental impact while maintaining indoor environmental quality requirements at optimum levels.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Construction Engineering Research Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Alquaity, Awad
Committee Members:	Ali, Hafiz and Ali, Usman
Depositing User:	AHMAD ALROGAITI (g202213020)
Date Deposited:	06 Oct 2025 10:35
Last Modified:	06 Oct 2025 10:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143697