Date of Award

11-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Agricultural Engineering (MSAgE)

Department

Architectural Engineering

First Advisor

Young Ki Kim

Abstract

The Indoor Environment Quality (IEQ) of buildings becomes increasingly critical as people spend more than 90% of their time inside buildings based on the National Human Activity Pattern Survey (NHAPS) (Klepeis et al., 2001). The quality of the indoor environment in a building has been shown to have a significant impact on users' productivity and energy consumption. Further, if tenants are working in a comfortable indoor environment, absenteeism rates and incidental expenses, such as medical expenses, will be reduced. For instance, a comfortable workplace increases productivity by 10-15% and reduces absenteeism by 2.5% (Leyten & Boerstra, 2003). According to the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) recent climate report, UAE residents are experiencing higher temperatures and harsher weather conditions (UAE MOCCAE, 2021). Research over the last years concluded that the longer people stay inside buildings, the more likely they are to be exposed to unhealthy environments. Which means more physical and psychological problems such as Sick Building Syndrome (SBS). The overtime spent inside also means more demands for energy inside the buildings.
This thesis studied the relationship between Indoor Environmental Quality (IEQ) and energy use in a UAE university building. To assess IEQ levels, one of the university buildings was selected, and several IEQ parameters such as temperature, Relative Humidity (RH), Indoor Air Quality (IAQ), and illuminance were monitored. An online occupancy survey was distributed to users of the case study building to conduct a Post Occupancy Evaluation (POE) study. Dynamic simulation methods were applied to validate proposed changes based on monitoring and POE findings to improve comfort and energy efficiency, especially lighting and temperature.
The main results of the survey can be summarized as follows: over 40% of students feel neutral on most parameters and are satisfied with their overall IEQ. However, students feel uncomfortable with the dry, stuffy air and the cold room temperature. When considering lighting comfort, 49% of students complain of too much artificial lighting and 32% complain of not enough daylight, and 51% are uncomfortable with glare and reflections. Regarding the results for Sick Building Syndrome (SBS), some students showed symptoms such as a runny nose, dry skin, headache, and fatigue. These symptoms are related to low room temperature, relative humidity, airflow from the AC system, and poor lighting.
As a result of the monitoring experiment, lighting and temperature were found to be the most noticeable issues, which supports the results of the survey. The temperature in most classrooms was below 24 °C. Although most classrooms have plenty of natural light from morning to noon, daylight is not well utilized, resulting in the need for artificial lighting. It has also been observed that in most classrooms with tables and smartboards that are perpendicular to windows, factors such as glare and reflection arise. These factors reduce reliance on daylight and increase the use of artificial light.
Simulation studies results show that the optimal solution to reduce energy consumption and improve occupant comfort is to increase the room temperature based on standards, change the classroom layout, increase daylight use and create artificial lighting zones. These changes result in saving 39% of the cooling load, 92% of artificial lighting, and 51% of total energy consumption.
All the research findings are discussed in full detail in this thesis. The findings could be implemented in other UAE university buildings to improve IEQ, user comfort, and energy consumption.

Arabic Abstract

تصبح جودة البيئة الداخلية للمباني حرجة بشكل متزايد حيث ينفق الناس أكثر من 90% من وقتهم داخل المباني بناءً على المسح الوطني لنمط النشاط البشري. و ثبت أن جودة البيئة الداخلية في المبنى لها تأثير كبير على إنتاجية المستخدمين واستهلاك الطاقة. علاوة على ذلك، إذا كان المستأجرون يعملون في بيئة داخلية مريحة، فسيتم تخفيض معدلات التغيب والنفقات العرضية، مثل النفقات الطبية. على سبيل المثال، يزيد مكان العمل المريح الإنتاجية بنسبة 10 - 15 ٪ ويقلل من التغيب بنسبة 2.5%.
وفقًا لتقرير المناخ الأخير الصادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، يعاني سكان الإمارات العربية المتحدة من درجات حرارة أعلى وظروف مناخية أكثر قسوة. خلصت الأبحاث على مدى السنوات الماضية إلى أنه كلما طالت مدة بقاء الأشخاص داخل المباني، زاد احتمال تعرضهم لبيئات داخلية غير صحية. مما يعني المزيد من المشاكل الجسدية والنفسية مثل متلازمة البناء المرضي. والعمل الإضافي الذي يتم قضاؤه في الداخل يعني أيضًا المزيد من استهلاك الطاقة داخل المباني. درست هذه الأطروحة العلاقة بين جودة البيئة الداخلية واستخدام الطاقة في مبنى جامعي في جامعة الإمارات العربية المتحدة. لتقييم مستويات جودة البيئة الداخلية ، تم اختيار أحد مباني الجامعة، وتم رصد العديد من معايير البيئة الداخلية مثل درجة الحرارة والرطوبة النسبية وجودة الهواء الداخلي والإضاءة. تم توزيع استبانة عبر الإنترنت على مستخدمي المبنى لإجراء دراسة تقييم ما بعد الإشغال. وتم تطبيق طرق المحاكاة الديناميكية للتحقق من التغييرات المقترحة بناءً على تجارب المراقبة ونتائج الاستبانة لتحسين الراحة وكفاءة الطاقة، وخاصة الإضاءة ودرجة الحرارة.
يمكن تلخيص النتائج الرئيسية للمسح على النحو التالي: يشعر أكثر من 40 ٪ من الطلاب بالحياد في معظم المعايير وهم راضون عن جودة البيئة الداخلية الشاملة. ومع ذلك، يشعر الطلاب بعدم الارتياح للهواء الجاف والخانق ودرجة حرارة الغرفة الباردة. عند التفكير في راحة الإضاءة، يشكو 49 ٪ من الطلاب من الكثير من الإضاءة الاصطناعية و32 ٪ يشكون من عدم كفاية ضوء النهار، و51 ٪ غير مرتاحين للوهج والانعكاسات. فيما يتعلق بنتائج متلازمة البناء المرضي، أظهر بعض الطلاب أعراضاً مثل سيلان الأنف، وجفاف الجلد، والصداع، والتعب. قد ترتبط هذه الأعراض بانخفاض درجة حرارة الغرفة والرطوبة النسبية وتدفق الهواء من نظام التكييف وضعف الإضاءة.
نتيجة لتجارب المراقبة، تبين أن الإضاءة ودرجة الحرارة هي أكثر المشكلات الملحوظة، والتي تدعم نتائج المسح. كانت درجة الحرارة في معظم الفصول الدراسية أقل من 24 درجة مئوية. على الرغم من أن معظم الفصول الدراسية تحتوي على الكثير من الضوء الطبيعي من الصباح إلى الظهر، إلا أن ضوء النهار لا يستخدم بشكل جيد، مما يؤدي إلى الحاجة إلى الإضاءة الاصطناعية. وقد لوحظ أيضًا أنه في معظم الفصول الدراسية التي تحتوي على طاولات وألواح ذكية متعامدة مع النوافذ، تنشأ عوامل مثل الوهج والانعكاس. تقلل هذه العوامل الاعتماد على ضوء النهار وتزيد من استخدام الضوء الاصطناعي.
تظهر نتائج دراسات المحاكاة أن الحل الأمثل لتقليل استهلاك الطاقة وتحسين راحة مستخدمي المبنى هو زيادة درجة حرارة الغرفة بناءً على المعايير، وتغيير تخطيط الفصل الدراسي، زيادة استخدام ضوء النهار وإنشاء مناطق إضاءة اصطناعية. تؤدي هذه التغييرات إلى توفير 39 ٪ من حمل التبريد و92 ٪ من الإضاءة الاصطناعية و51 ٪ من إجمالي استهلاك الطاقة.
تمت مناقشة جميع نتائج البحث بالتفصيل الكامل في هذه الأطروحة. يمكن تنفيذ النتائج في المباني الأخرى في جامعة الإمارات لتحسين جودة البيئة الداخلية وراحة المستخدم واستهلاك الطاقة.

Download
COinS