Date of Award

3-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Architectural Engineering (MAE)

Department

Architectural Engineering

First Advisor

Dr. Mahmoud Haggag

Abstract

The hot climate of the UAE generates unique challenges for architects and building engineers looking for energy efficiency in high-rise residential buildings. The use of glass building facades has been increased; this type of façade usually comes with a high air-conditioning cost due to the higher heat gain. To design energy-efficient buildings, it is essential to adapt the principles of sustainability and innovative transparent glass façade design into practice as the building facade is a major element in determining the amount of energy used in buildings. Construction details, methods, and materials of the residential building facade play an important role in controlling the energy performance level in buildings.

This research aims to study, analyze and assess the type of glass and the suitable cavity between the transparent glass façade that can reduce the energy use of the highrise residential buildings in the hot climate of Abu Dhabi. This can be achieved by recommending different types of double skin façade glass types and the optimum cavity value which can be adjusted innovatively to the changing climatic conditions. The Double Skin Façade (DSF) is a multi-objective, high-performance envelope that can respond to the external climate to meet the internal load requirements (cooling, heating, lighting, or ventilation) and occupants’ need. The complexity of the DSF evaluation is related to the performance coupled with occupant behavior and occupant satisfaction. The main benefit of using DSF is to investigate the thermal performance of DSF in High-rise residential buildings in a hot climate. In this context, the study focuses on design principles of a double skin façade implementation details, including building material and construction technology to help architects and engineers reduce energy in high-rise residential buildings.

In this research, the data was collected through a survey to define the research problem. The online survey was distributed to the residents of the selected residential tower. In addition, based on the literature, the data were analyzed using qualitative and quantitative approaches to reach the final results. The collected data was studied and analyzed about the following variables: a) the cavity, and b) glass types and their u-value properties. Each variable was explored according to the theoretical framework of the prior studies. However, based on the analysis and feedback received from residents, the design of the selected case study was modified and analyzed accordingly. In addition to the information from other official resources such as the AD municipality archive, the base case was tested by Energy Plus simulation software. The study concluded that the optimum DSF design greatly impacts energy efficiency in high-rise residential buildings. The existing data was modeled, and the results were compared with the new model results for each variable. As a result, the optimum double skin façade with a 35 cm cavity with double glazed single skin layer in the interior and a Low-E double-glazed single skin layer as an outer layer, this selected DSF reduces the energy consumption by more than 30% and reduced the AC energy consumption more than 25%.

Arabic Abstract

يوّلد المناخ الحار في دولة الإمارات العربية المتحدة تحديات فريدة للمهندسين المعماريين ومهندسي المباني الذين يبحثون عن كفاءة الطاقة في المباني السكنية الشاهقة. عند زيادة استخدام واجهات المباني الزجاجية؛ عادة ما يأتي هذا النوع من الواجهات بتكلفة إضافية عالية لتكييف الهواء بسبب زيادة الحرارة. لتصميم المباني الموفرة للطاقة، من الضروري توظيف مبادئ الاستدامة وتصميم الواجهة المبتكر في الممارسة العملية لأن واجهة المبنى عنصر رئيسي في تحديد كمية الطاقة المستخدمة في المباني.

تلعب تفاصيل البناء وأساليب ومواد واجهة المبنى السكني أيضًا دورًا مهمًا في التحكم في مستوى أداء الطاقة في المباني. الهدف الرئيسي من هذا البحث هو دراسة وتحليل وتقييم التحديات الرئيسية التي يمكن أن تقلل من استخدام الطاقة للمباني السكنية الشاهقة مثل الزجاج والفجوة المناسبة بين الواجهة الزجاجية الشفافة المزدوجة في المناخ الحار لإمارة أبو ظبي. يمكن تحقيق ذلك من خلال التوصية بأنواع مختلفة من أنواع زجاج الواجهات المزدوجة وقيمة التجويف المثلى التي يمكن تعديلها بشكل مبتكر للظروف المناخية المتغيرة. الواجهة المزدوجة هي غلاف متعدد الأغراض وعالي الأداء يمكنه الاستجابة للمناخ الخارجي لتلبية متطلبات الحمل الداخلي (التبريد، أو التدفئة، أو الإضاءة أو التهوية) واحتياجات السكان. يرتبط تعقيد تقييم الواجهة المزدوجة بالأداء المقترن بسلوك السكان ورضاهم. الهدف الرئيسي للوجهة المزدوجة هو فحص الأداء الحراري المزدوج في مبنى سكني شاهق في المناخ الحار. في هذا السياق، تركز الدراسة على مبادئ تصميم تفاصيل تنفيذ واجهة مزدوجة الطبقات، بما في ذلك مواد البناء وتكنولوجيا البناء لمساعدة المهندسين المعماريين والمهندسين على تقليل الطاقة في المباني السكنية الشاهقة.

في هذا البحث تم جمع البيانات من خلال مسح لتحديد مشكلة البحث. تم توزيع الاستبيان عبر الإنترنت على سكان البرج السكني المختار. بالإضافة إلى ذلك، بناءً على الدراسات السابقة، تم تحليل البيانات باستخدام المناهج النوعية والكمية للوصول إلى النتائج النهائية. تم دراسة وتحليل البيانات التي تم جمعها فيما يتعلق بالمتغيرات التالية: أ) التجويف، و ب) أنواع الزجاج وخصائصه. تم استكشاف كل متغير وفقًا للإطار النظري للدراسات السابقة. ومع ذلك، بناءً على التحليل وردود الفعل الواردة من السكان، تم تعديل تصميم دراسة الحالة المختارة وتحليلها وفقًا لذلك. بالإضافة إلى المعلومات من المصادر الرسمية الأخرى مثل أرشيف بلدية مدينة أبو ظبي وشركة أبو ظبي للتوزيع، تم اختبار الحالة الأساسية بواسطة برنامج محاكاة Energy Plus.

وانتهت الدراسة إلى أن تصميم الواجهة المزدوجة لها أثر كبير على كفاءة الطاقة في المباني السكنية الشاهقة. تم نمذجة البيانات الموجودة وتمت مقارنة النتائج مع نتائج النموذج الجديد لكل متغير. ونتيجة لذلك، فإن الواجهة المثلى للجلد المزدوج مع تجويف 35 سم مع طبقة زجاجية مزدوجة في طبقة واحدة في الداخل وطبقة زجاجية ذات خاصية التقليل من الانبعاثات مزدوجة أحادية الطبقة كطبقة خارجية، يقلل هذا التصميم المحدد من استهلاك الطاقة أكثر من 30% ويقلل من استهلاك طاقة التيار المتردد أكثر من 25%.

Download
COinS