Solar-Powered Vacuum-Assisted Sweeping Air Membrane Distillation with Thermoelectric Dehumidifier for Water Desalination and Space Conditioning. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis) Mahmoud Elboghdadi MS Thesis Final.pdf - Published Version Restricted to Repository staff only until 30 April 2027. Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (11MB)

Arabic Abstract

في ظل التزايد المستمر في الطلب على المياه العذبة والطاقة اللازمة لأغراض التبريد وتكييف الهواء، برزت الحاجة إلى تطوير أنظمة متكاملة عالية الكفاءة تعتمد على مصادر الطاقة المتجددة وتحقق الاستفادة المثلى منها. ومن هذا المنطلق، تتناول هذه الرسالة دراسة نظام توليد مشترك منزلي يعمل بالطاقة الشمسية لإنتاج المياه العذبة والتكييف في آن واحد، من خلال دمج تقنية التقطير الغشائي بمساعدة التفريغ والهواء الماسح (VA-SAMD) مع مزيل رطوبة بعمود فقاعي (BCD) ومبرّد/مزيل رطوبة كهروحراري (TECD)، بالإضافة إلى مجمّعات شمسية ذات الأنابيب المفرغة ومنظومة كهروضوئية مزودة ببطاريات. سعت الدراسة إلى تطوير نموذج رياضي متكامل للنظام والتحقق من دقته تجريبيًا على مستوى المكوّنات وعلى مستوى النظام ككل، إلى جانب تحليل تأثير أهم المتغيرات التشغيلية، مثل درجة حرارة ماء التغذية، ومعدل التدفق، وضغط جانب النفاذ، ومعدل تدفق الهواء، وظروف مياه التبريد، وشدة التيار الكهربائي، وعدد المراحل. وقد أظهرت النتائج أن ارتفاع درجة حرارة ماء التغذية وانخفاض ضغط جانب النفاذ يؤديان إلى تحسين ملحوظ في إنتاجية وحدة التقطير الغشائي، كما يسهم التكثيف متعدد المراحل في رفع الأداء الكلي للنظام. كذلك بينت النتائج أن الترتيب الهجين (BCD+TECD) يحقق أداءً أفضل في إزالة الرطوبة وإنتاج المياه مقارنةً ببعض أوضاع التشغيل الأخرى، مع تحسن في الكفاءة الحرارية وانخفاض في استهلاك الطاقة النوعي. وتخلص الرسالة إلى أن النظام المقترح يمثل حلاً واعدًا وفعالًا للإنتاج المتزامن للمياه والتكييف باستخدام الطاقة الشمسية، مع إمكانات جيدة للتطوير والتطبيق العملي مستقبلًا.

English Abstract

Freshwater scarcity and rising cooling demand increasingly coincide in hot and humid regions, creating a need for integrated systems that can produce water and conditioned air with lower energy penalties. This thesis investigates a household-scale solar-powered cogeneration system that combines vacuum-assisted sweeping-air membrane distillation (VA-SAMD) with a bubble column dehumidifier (BCD), a thermoelectric cooler/dehumidifier (TECD), evacuated-tube solar collectors, and a PV-battery subsystem. The study develops and validates a coupled mathematical model, designs and tests the system experimentally, and evaluates its technical and economic performance under indoor electrically heated and outdoor solar-driven operation. Component-level and integrated experiments were used to validate the collector, VA-SAMD, BCD, and TECD models and to examine the effects of feed temperature, feed flow rate, permeate-side pressure, airflow, cooling-water conditions, input current, and staging. The results show that higher feed temperature and lower permeate-side pressure strongly enhance membrane productivity, while staged condensation improves overall system performance. Among the indoor configurations, the hybrid BCD+TECD arrangement provides the highest condensation rate and dehumidification effectiveness, achieves higher GOR and lower SEC than TECD-only operation, and gives the most attractive indoor unit production cost when the TECD operates at low current. Under solar-driven outdoor operation, performance follows seasonal solar availability, with summer giving the highest water production and best economic outcome, while winter yields the weakest desalination performance. Overall, the proposed system is technically feasible for simultaneous water desalination and space conditioning, and staged condensation with moderate TECD loading emerges as the most promising operating strategy for future scale-up.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Thesis Advisor:	Atia Khalifa,
Thesis Committee Members:	Esmail Mokheimer, Mohammed Antar,
Depositing User:	MAHMOUD ELBOGHDADI (g202319810)
Date Deposited:	03 May 2026 06:50
Last Modified:	03 May 2026 06:50
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144160