Document

Impact of windcatcher on building thermal and CO2 concentration : numerical simulation in Muscat.

Other titles
تأثير ملاقف الهواء على الحرارة وتركيز CO2 في المباني : المحاكاة الرقمية في مسقط
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2022
Language
English
English abstract
Globally, building sector contribute highly to energy consumption and pollutant release in the form of 𝐶𝑂ଶ emissions. The share of housing in energy consumption increases as the residential construction sector is growing faster than other buildings sectors in Oman and other GCC countries. This high percentage of energy consumption and production not only raises the expense of building energy but also has a negative influence on the environment. Native population has adopted variety of techniques to improve thermal conditions in buildings. Courtyard, urban layout, wall thickness etc. are examples of such techniques. Among those techniques was the windcatcher which found in hot climates where it was necessary to cool the space. In this research, a computational fluid dynamics (CFD) tool is used to evaluate the airflow in the windcatchers under various parameters. Those parameters are the impacts of wind speeds and angles. In addition, different windcatcher designs were carefully examined for a traditional building. The findings of this study give windcatcher designers crucial knowledge on key design factors such as geometrical and environmental factors. It was found that a four-sided windcatcher is better compared to one-sided and two-sided windcatcher because of wind angles. Furthermore, squared windcatcher with an X-blade configuration is the optimum design for the studied location. In addition, blades can increase the average air velocity of the windcatcher by 42% in a southwest wind. Although the windcatcher in the traditional house was able to improve the Indoor Air Quality of the house, the 𝐶𝑂ଶ concentration is still high. However, adding more windcatchers in the house was able to reduce it by more than 70% and return it to an acceptable level. Moreover, adding a windcatcher in a modern house was able to enhance the thermal comfort, and reduce the 𝐶𝑂ଶ concentration. Results shows that a windcatcher constructed with an angle of 30 degree from the north able to increase the average air velocity inside the space more than windcatcher rotated by 0, 45, and 60 degrees. The difference between average air velocity inside the space without a windcatcher and within a windcatcher with a rotation of 30 was found to be more than 55%. Although that the windcatcher couldn't reach thermal comfort during the studied month, it was able to reduce the 𝑃𝑀𝑉௥௘ௗ by 6.9%, and the 𝑃𝑃𝐷௥௘ௗ by 10.7%. In addition, a windcatcher in a modern house was able to reduce the 𝐶𝑂ଶ concentration by 45% compared to a house without windcatcher.
Arabic abstract
على الصعيد العالمي، يساهم قطاع البناء بشكل كبير في استهلاك الطاقة وانبعاثات الملوثات في شكل انبعاثات
CO2. تزداد حصة الإسكان في استهلاك الطاقة مع نمو قطاع البناء السكني بشكل أسرع من قطاعات المباني
الأخرى في عمان ودول مجلس التعاون الخليجي الأخرى. هذه النسبة العالية من استهلاك الطاقة والإنتاج لا
تزيد فقط من تكلفة الطاقة المستهلكة في المبنى ولكن لها أي ًضا تأثير سلبي على البيئة. اعتمد السكان الأصليون
مجموعة متنوعة من التقنيات لتحسين الظروف الحرارية في المباني. الفناء ، سمك الجدار ، التخطيط الحضري
، إلخ. هي أمثلة على تلك التقنيات. ومن بين هذه التقنيات، كانت هناك طريقة أخرى تُعرف باسم ملاقف الهواء
في المناخات الحارة حيث كان من الضروري تبريد المكان. في هذا البحث ، تم استخدام المحاكاة الرقمية
(CFD(لتقييم تدفق الهواء داخل ملاقف الهواء تحت معايير مختلفة. هذه الجوانب هي آثار سرعة الرياح
وزوايا الوقوع .بالإضافة إلى ذلك ، تم فحص تصميمات ملاقف الهواء المختلفة بعناية لمبنى تقليدي. تقدم نتائج
هذه الدراسة لمصممي ملاقف الهواء معرفة مهمة حول عوامل التصميم الرئيسية مثل العوامل الهندسية و
العوامل البيئية. تشير النتائج إلى أن ملقف الهواء رباعي الجوانب أفضل من ملقف الرياح من جانب واحد أو
جانبين بسبب زوايا الرياح. وملقف الهواء المربع ذو الأربع فتحات وحواجز داخلية على شكل X هو التصميم
الأمثل للموقع المدروس. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تزيد الحواجز الداخلية من متوسط سرعة الهواء لملاقف
الهواء بنسبة ٪42 في حال وجود الرياح الجنوبية الغربية. علاوة على ذلك ، على الرغم من أن ملاقف الهواء
في المنزل التقليدي كانت قادرة على تحسين جودة الهواء الداخلي للمنزل ، إلا أن تركيز CO2 لا يزال مرتفعًا.
ومع ذلك ، فإن إضافة المزيد من ملاقف الهواء في المنزل كان قاد ًرا على تقليل تركيز CO2 بأكثر من 70 ٪
وإعادته إلى مستوى مقبول. علاوة على ذلك ، فإن إضافة ملقف هواء بزاوية محددة من الشمال في منزل حديث
كان قادرا على تعزيز سرعة الهواء والراحة الحرارية وتقليل تركيزCO2. تظهر النتائج أن ملقف الهواء الذي
تم بناؤه بزاوية 30 درجة من الشمال قادر على تحسين متوسط سرعة الهواء داخل الفضاء مقارنة بملقف الهواء
الذي تم تدويره بمقدار 0 و 45 و 60 درجة من الشمال. علاوة على ذلك ، تم العثور على الفرق بين متوسط
سرعة الهواء داخل الفضاء بدون ملقف هواء وفضاء بوجود ملقف الهواء مع دوران 30 ليكون أكثر من .٪55
على الرغم من أن ملقف الهواء لم يتمكن من الوصول إلى الراحة الحرارية المطلوبة خلال الشهر المدروس ،
ௗ ௥௘بنسبة ٪6.9 و ௗ 𝑃𝑃𝐷௥௘بنسبة .٪10.7 بالإضافة إلى ذلك ، تمكنت إلا أنه كان قاد ًرا على تقليل 𝑀𝑃
ملاقف الهواء في منزل حديث من تقليل تركيز CO2 بنسبة ٪45 مقارنة بالمنزل الذي لا يحتوي على ملاقف
هواء.
Category
Theses and Dissertations