A Comprehensive Framework for Sustainable Building Envelope Retrofit in Hot-Humid Climate. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF 09.09.2025 - A Comprehensive Framework for Sustainable Building Envelopes Retrofitting in Hot Humid Climate_FULL.pdf Restricted to Repository staff only until 9 September 2026. Download (17MB)

Arabic Abstract

إعادة تأهيل غلا ف المبنى المستدام (SBER) هو نهج منظم قائم عل ى الأدا ء ومتعدد التخصصات يهدف إل ى تعزيز وظائف وكفاءة ومتانة أغلفة المباني القائمة في المناخات الحارة والرطبة. يشمل هذا النهج تحسينًا منهجيًا أو تعديلًا أو دمجًا لعناصر الغلاف – بما في ذلك الجدران، الأسطح، النوافذ، والفتحات – من خلال تنفيذ تدابير تعزز من الجوانب المستدامة الشامل ة للغلاف. وعلى عكس عمليات التأهيل التقليدية التي تركز غالبًا على تلبية الحد الأدنى من معايير الطاقة، فإن إطار عمل SBER يتبنى نهجًا شاملا يأخذ بعين الاعتبار الحصون الستة الرئيسية المحددة، وهي: البيئية، والطاقة، والمتانة والمرونة ، والاجتماعية-الاقتصادية، والابتكار والاعتبارات التقنية، وعوامل عملية التأهيل . يتماشى هذا الإطار مع المعايير والأنظمة الدولي ة والمحلية ، بالإضاف ة إلى أنظمة التقييم، مما يعزز الاستدامة الشامل ة لغلا ف المبنى لمواجهة التحديات المناخية المحدد ة مثل الرطوبة العالية، واكتساب الطاقة الشمسية، والاحتياجات المستمرة للتبريد، خاصة في المناخات الحارة والرطبة. في هذ ه الرسالة، تم تطوير إطار عمل SBER من خلال منهج متعدد لجمع البيانات وتصنيف مؤشرات الأداء المستدام (SPIs) ، والتي تم تقييمها بواسطة خبراء ودمجها في نموذج لصنع القرار قائم على الأوزان باستخدام عملية التحليل الهرمي .(AHP) تسهّل هذه الطريق ة ترتيب الأولويات وتقييم مدى الامتثال التنظيمي مع مراعاة ظرو ف المناخ المحلي، ومتطلبات أصحا ب المصلحة ، وفر ص الابتكار . وعليه، ت م تطوير نظام تصنيف للإطار المقترح، يتضمن خمس ة مستويات لاستدامة التأهيل ، وهي: "غير مستدام "، "مستدام بدرجة منخفضة "، "مستدام "، "مستدام بدرجة عالية "، و "استدام ة مثالية "، وذلك لمساعد ة متخذي القرا ر في اختيار وتقييم وتبرير أساليب التأهيل ذات التأثير القابل للقياس . وقد طُبّق الإطار المقترح عل ى دراسة حال ة افتراضي ة لفيل ة سكنية تعود لعام 2006 في مدين ة جدة، المملك ة العربية السعودية، بهدف توضيح قابلية تطبيق الإطار. كشفت التقييمات الأولية للحالة الأساسية عن قصور كبير في العزل الحراري، وإدار ة البخار، والحماية من أشع ة الشمس، والتفاصيل الإنشائية، مما أثر سلبًا على كفاءة الطاقة وجودة البيئة الداخلية والجوان ب الاجتماعية-الاقتصادية، إضافة إلى المرونة المناخية. ومن خلا ل تقييم تدريجي قائم على مؤشرا ت الأداء، تم تنفيذ تدابير إعادة التأهيل وتقييمها بعد التأهيل لكل مستوى من مستويات الاستدامة، مما أظهر تحسنًا ملحوظًا في جميع المجالات . علاوة عل ى ذلك، تقدم هذه الدراسة دليلًا إرشاديًا منظمًا لدعم التطبيق العملي للإطار. يتماشى الإطار المطور مع المعايير الدولية والوطنية مثل LEED و Mostadam و SBC ، ويعد أداة داعمة لصناع القرار من المعماريين والمهندسين وواضعي السياسات المعنيين بتخطيط إعادة تأهيل أغلفة المباني بطريقة مستدامة. كما يضمن تحسينات متجاوبة مع المناخ ومراعية لدورة الحياة، تسهم ف ي استدامة طويلة الأمد ودمج السياسات. في النهاية، تقدم هذه الرسالة منهجية قابلة للتطبيق والتكرار قائمة على الأدلة لتطوير ممارسات إعادة تأهيل أغلفة المباني في المناخات الحارة والرطبة ، مما يرفع من قيمة SBER من مجرد تدخل ف ي كفاءة الطاق ة إلى أداة شاملة للمباني المستدامة .

English Abstract

Sustainable Building Envelope Retrofit (SBER) is a structured, performance-driven, and multidisciplinary approach to enhance the functionality, efficiency, and resilience of existing building envelopes in a hot-humid climate. This approach entails the methodical enhancement, adjustment, or incorporation of envelope elements—including walls, roofs, windows, and openings—by implementing measures that enhance their overall sustainability aspects. Unlike traditional retrofit, which typically aims to meet basic energy standards, while SBER framework employs a comprehensive framework that considers the identified Main Shields (MS): Environmental, Energy, Durability & Resilience, Socio-Economic, Innovation & Technical Considerations, and Retrofit Process Factors. It aligns with both international/local codes and standards, and rating systems, which promotes the overall envelope sustainability to tackle specific climate-related issues like high humidity, solar gain, and ongoing cooling needs, especially in a hot-humid climate. In this thesis, SBER was developed through a multi-method of data collection and classification of sustainability performance indicators (SPIs), which are then evaluated by experts and incorporated into a weighted decision-making model utilizing AHP. This method facilitates the prioritization and assessment that achieve regulatory compliance while addressing local climate realities, stakeholder demands, and opportunities for innovation. Subsequently, a rating system for the proposed framework was developed, including five SBER levels, which are “Not Sustainable”, “Low Sustainable”, “Sustainable”, “High Sustainable”, and “Exemplary Sustainable”, to aid decision-makers in choosing, assessing, and justifying retrofit approaches with quantifiable effects. The proposed framework was applied to a hypothetical case study of a 2006 residential villa in Jeddah, Saudi Arabia, to illustrate the framework's applicability. The initial base-case evaluation revealed substantial deficiencies in thermal insulation, vapor management, solar protection, and structural detailing, which collectively compromised energy efficiency, environmental quality, socio-economic aspects, and climate resilience. Through stepwise SPI-based assessment and upgrading, retrofit measures were implemented as a post-retrofit evaluation for each sustainability xx level, demonstrating significant improvement across all performance domains. Moreover, this research also provides a structured User Manual Guideline to support practical implementation. The developed framework aligns with international and national benchmarks (e.g., LEED, Mostadam, SBC) and serves as a decision-making and rating tool for architects, engineers, and policymakers engaged in sustainable building envelope retrofit planning. It ensures climate-responsive, lifecycle-conscious, and envelope enhancements that promote long-term sustainability and policy integration. Ultimately, this thesis contributes a replicable, evidence-based methodology for advancing sustainable building envelope retrofit practices in hot-humid regions, elevating SBER from a passive energy intervention to a comprehensive tool for the built environment.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Architectural
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Committee Advisor:	Budaiwi, Ismail Mohammad
Committee Members:	Asif, Muhammad and Abdou, Adel A.
Depositing User:	ROUA OSMAN (g202203940)
Date Deposited:	11 Sep 2025 05:15
Last Modified:	11 Sep 2025 05:15
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143699