TECHNO-ECONOMIC EVALUATION OF HVAC OPERATIONAL STRATEGIES FOR ENERGY EFFICIENCY AND THERMAL COMFORT: A CASE STUDY OF AN OFFICE BUILDING IN SAUDI ARABIA. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF TECHNO ECONOMIC EVALUATION OF HVAC OPERATIONAL STRATEGIES FOR ENERGY EFFICIENCY AND THERMAL COMFORT A CASE STUDY OF AN OFFICE BUILDING IN SAUDI ARABIA.pdf Restricted to Repository staff only until 18 December 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

شهدت المملكة العربية السعودية نموًا اقتصاديًا سريعًا وتوسعًا كبيرًا في قطاع العقارات التجارية، مدفوعًا برؤية 2030، مما أدى إلى زيادة كبيرة في استهلاك الطاقة في المباني، وخاصة في مباني المكاتب. ونظرًا لأن أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) تمثل النسبة الأكبر من هذا الاستهلاك، فإن تحسين كفاءتها التشغيلية أصبح أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق التنمية المستدامة. تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف وتقييم استراتيجيات تشغيلية مبتكرة لأنظمة التكييف بهدف تحسين كفاءة الطاقة وجودة الهواء الداخلي (IAQ) في مبنى مكاتب متوسط الارتفاع يقع في مدينة الدمام، ويعكس ظروف المناخ الحار والرطب الشائعة في المملكة. تم بناء الأساس لاختيار الاستراتيجيات من خلال مراجعة أدبيات علمية شاملة، حيث تم تحديد ستة عشر استراتيجية تشغيلية لأنظمة HVAC، إلى جانب تعريف مؤشرات تقييم الراحة الحرارية مثل مؤشر الشعور بدرجة الحرارة المتوقعة (PMV)، وتحديد العوامل المؤثرة في استهلاك الطاقة في هذه الأنظمة. بعد ذلك، تم تقييم هذه الاستراتيجيات من خلال استبيان مكوّن من مرحلتين، حيث صنّف المختصون كل استراتيجية بناءً على سهولة التشغيل والصيانة، وفترة الاسترداد، وتأثيرها على جودة الهواء الداخلي، ومدى توافقها مع الأنظمة القائمة. ثم تم تحليل أعلى الاستراتيجيات تصنيفًا باستخدام نماذج محاكاة طاقية معتمدة على نموذج مُعاير للمبنى محل الدراسة. من بين الاستراتيجيات التي تم اختبارها بالمحاكاة، أظهرت استراتيجية(Dynamic Deadband Scheduling) توفيرًا في استهلاك طاقة التبريد بنسبة 36.2%، مع الحفاظ على متوسط PMV قدره 0.3، مما يدل على بيئة حرارية مريحة ومحايدة. كما تم تنفيذ الاستراتيجية ذات الأولوية الأعلى، وهي تعديل ضبط التكييف خلال ساعات عدم الإشغال، فعليًا في المبنى ومراقبتها على مدار ستة أشهر، حيث حققت توفيرًا قدره 369,474 كيلو واط ساعة، مع صافي قيمة حالية صافية (NPV) بلغت 739,561 ريال سعودي، مما يؤكد جدواها الفنية والاقتصادية في بيئة حقيقية. تُختتم هذه الدراسة بمجموعة من التوصيات التطبيقية التي تغطي مراحل التصميم، والإنشاء، والتشغيل، والصيانة، بهدف تسهيل تبنّي استراتيجيات تشغيلية فعّالة لأنظمة التكييف. وعلى المستوى التنظيمي، توصي الدراسة بتحديث كود البناء السعودي (SBC) ليشمل اشتراطات واضحة لجدولة تشغيل أنظمة التكييف وتفعيل استراتيجيات التحكم الذكي في درجات الحرارة. كما تدعو إلى توسيع نطاق تدقيق أداء المباني ضمن برنامج "مستدام" ليشمل تقييم كثافة استخدام الطاقة (EUI) الفعلية خلال التشغيل، وليس فقط المعايير التصميمية. بالإضافة إلى ذلك، تُوصى بوضع معايير مرجعية وطنية لكثافة استهلاك الطاقة لكل فئة من فئات المباني التجارية (مثل مكاتب، مستشفيات، مدارس)، وذلك لدعم جهود القياس والمقارنة وتحقيق تحسين مستمر في الأداء الطاقي. إن هذه التوصيات تُسهم بشكل مباشر في دعم مستهدفات المملكة في كفاءة الطاقة، وتُعزز التوجه نحو تنمية عمرانية مستدامة على المدى الطويل

English Abstract

In recent years, Saudi Arabia has experienced rapid economic growth and a significant expansion in its commercial real estate sector, driven by Vision 2030 which has significantly increased energy demand in buildings, particularly office spaces. Since HVAC (heating, ventilation, and air conditioning) systems account for the largest share of this consumption, improving their operational efficiency has become essential for sustainable development. This study explores and evaluates potential HVAC operational strategies to enhance energy efficiency and indoor air quality (IAQ) in a mid-rise office building located in Dammam, representing typical conditions in Saudi Arabia’s hot-humid climate. Therefore, to build the foundation for strategy selection, a literature review was conducted, which identified sixteen HVAC operational strategies and defined thermal comfort assessment metrics, such as the Predicted Mean Vote (PMV), and outlined key factors influencing HVAC energy consumption. These strategies were then prioritized using a two-stage expert survey in which professionals ranked each based on implementation criteria such as O&M difficulty, payback period, IAQ impact, and system compatibility. The highest-ranked strategies were further analyzed through energy simulations using a calibrated model of the case study building. Among the simulated options, the Dynamic Deadband Scheduling demonstrated a 36.2% reduction in cooling energy consumption while maintaining an average PMV of 0.3, indicating a neutral and comfortable indoor environment. The top-priority strategy, thermostat setback during unoccupied hours, was also implemented in the real building and monitored over six months. This field implementation achieved an energy saving of 369,474 kWh, equivalent to an 8% annual reduction, with a net present value (NPV) of SAR 739,561, confirming both technical feasibility and strong economic returns. The study concludes with practical recommendations across the design, construction, operation, and maintenance phases. At the policy level, it advocates for updating the Saudi Building Code (SBC) to include HVAC operation schedules, expanding Mostadam audits to assess actual Energy Use Intensity (EUI), and introducing national EUI benchmarks by building type. Together, these actions can help advance Saudi Arabia’s energy efficiency goals and support its broader vision for sustainable urban development.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Systems Environmental Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Committee Advisor:	Asif, Muhammad
Committee Members:	Budaiwi, Ismail and Al-Hadidi, Laith
Depositing User:	ALI AL-SUDAIRY (g200851760)
Date Deposited:	18 Dec 2025 08:55
Last Modified:	18 Dec 2025 08:55
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143799