Published November 1, 2022 | Version v1
Publication

Rooftop photovoltaic system as a shading device for uninsulated buildings

  • 1. German Jordanian University
  • 2. An-Najah National University
  • 3. University of Almería

Description

This research aimed to evaluate the thermal performance of rooftop PV as a shading element on uninsulated roof-related HVAC energy consumption of buildings in a moderate dry–warm climate zone. A transient-state 3D distributed thermal model was developed of the PV-added rooftop components. Photovoltaic (PV) solar rooftops as shading devices were constructed using Integrated Environmental Solution-Virtual Environment Software to predict the reduction and increase in heating and cooling loads connected with the roof floor each month. The impact of rooftop PV systems on a building's roof-related energy burden was quantified about a low-rise residential building in a moderate dry–warm climate zone represented by the city of Amman in Jordan. The results indicated that PV roof structure reduced heat gain by 10.87% during the summer and increased heat loss by 3.8% during the winter. In the summer season, the electricity demand for indoor cooling declined, but the demand for indoor heating increased slightly. The investigation focused on a middle-income home in Jordan's capital, Amman. The limitations imposed by building rooftops on the use of PV were also investigated in this research and the findings validate the importance of providing environmental authorities, the construction industry, and ordinary individuals with important guidelines on the use of renewable energy to heat and cool buildings. Consequently, this analysis enhances awareness of a building's overall energy needs, which are crucial for the future design of sustainable buildings.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يهدف هذا البحث إلى تقييم الأداء الحراري للألواح الكهروضوئية على السطح كعنصر تظليل لاستهلاك طاقة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ذات الصلة بالسقف غير المعزول للمباني في منطقة مناخية جافة معتدلة. تم تطوير نموذج حراري موزع ثلاثي الأبعاد للحالة العابرة للمكونات السطحية المضافة الكهروضوئية. تم بناء أسطح الطاقة الشمسية الكهروضوئية كأجهزة تظليل باستخدام الحل البيئي المتكامل - برنامج البيئة الافتراضية للتنبؤ بالانخفاض والزيادة في أحمال التدفئة والتبريد المتصلة بأرضية السقف كل شهر. تم قياس تأثير الأنظمة الكهروضوئية على السطح على عبء الطاقة المرتبط بالسقف في المبنى حول مبنى سكني منخفض الارتفاع في منطقة مناخية جافة معتدلة تمثلها مدينة عمان في الأردن. أشارت النتائج إلى أن هيكل السقف الكهروضوئي قلل من زيادة الحرارة بنسبة 10.87 ٪ خلال فصل الصيف وزاد من فقدان الحرارة بنسبة 3.8 ٪ خلال فصل الشتاء. في موسم الصيف، انخفض الطلب على الكهرباء للتبريد الداخلي، لكن الطلب على التدفئة الداخلية زاد قليلاً. ركز التحقيق على منزل متوسط الدخل في العاصمة الأردنية عمان. كما تم التحقيق في القيود التي يفرضها بناء أسطح المنازل على استخدام الطاقة الكهروضوئية في هذا البحث، وتؤكد النتائج أهمية تزويد السلطات البيئية وصناعة البناء والأفراد العاديين بإرشادات مهمة حول استخدام الطاقة المتجددة لتدفئة المباني وتبريدها. وبالتالي، فإن هذا التحليل يعزز الوعي باحتياجات الطاقة الإجمالية للمبنى، والتي تعتبر حاسمة للتصميم المستقبلي للمباني المستدامة.

Translated Description (French)

Cette recherche visait à évaluer la performance thermique du photovoltaïque sur le toit en tant qu'élément d'ombrage sur la consommation d'énergie CVC non isolée liée au toit des bâtiments dans une zone climatique modérément sèche et chaude. Un modèle thermique distribué 3D à l'état transitoire a été développé pour les composants de toiture ajoutés au PV. Les toits solaires photovoltaïques (PV) en tant que dispositifs d'ombrage ont été construits à l'aide du logiciel Integrated Environmental Solution-Virtual Environment pour prédire la réduction et l'augmentation des charges de chauffage et de refroidissement connectées au plancher du toit chaque mois. L'impact des systèmes photovoltaïques sur le toit sur la charge énergétique liée au toit d'un bâtiment a été quantifié par rapport à un bâtiment résidentiel de faible hauteur dans une zone climatique modérément sèche et chaude représentée par la ville d'Amman en Jordanie. Les résultats ont indiqué que la structure de toit photovoltaïque réduisait le gain de chaleur de 10,87 % pendant l'été et augmentait la perte de chaleur de 3,8 % pendant l'hiver. Au cours de la saison estivale, la demande d'électricité pour le refroidissement intérieur a diminué, mais la demande de chauffage intérieur a légèrement augmenté. L'enquête s'est concentrée sur une maison à revenu intermédiaire dans la capitale jordanienne, Amman. Les limites imposées par les toits des bâtiments à l'utilisation du photovoltaïque ont également été étudiées dans cette recherche et les résultats valident l'importance de fournir aux autorités environnementales, à l'industrie de la construction et aux particuliers des lignes directrices importantes sur l'utilisation de l'énergie renouvelable pour chauffer et refroidir les bâtiments. Par conséquent, cette analyse permet de mieux connaître les besoins énergétiques globaux d'un bâtiment, qui sont cruciaux pour la conception future de bâtiments durables.

Translated Description (Spanish)

Esta investigación tuvo como objetivo evaluar el rendimiento térmico de la energía fotovoltaica en tejados como un elemento de sombreado en el consumo de energía HVAC no aislado relacionado con el techo de edificios en una zona de clima templado seco-cálido. Se desarrolló un modelo térmico distribuido en 3D de estado transitorio de los componentes de la azotea añadidos por PV. Los techos solares fotovoltaicos (PV) como dispositivos de sombreado se construyeron utilizando una solución ambiental integrada: software de entorno virtual para predecir la reducción y el aumento de las cargas de calefacción y refrigeración conectadas con el piso del techo cada mes. El impacto de los sistemas fotovoltaicos en la azotea en la carga energética relacionada con el techo de un edificio se cuantificó en un edificio residencial de baja altura en una zona de clima templado seco-cálido representada por la ciudad de Ammán en Jordania. Los resultados indicaron que la estructura del techo fotovoltaico redujo la ganancia de calor en un 10,87% durante el verano y aumentó la pérdida de calor en un 3,8% durante el invierno. En la temporada de verano, la demanda de electricidad para la refrigeración interior disminuyó, pero la demanda de calefacción interior aumentó ligeramente. La investigación se centró en una casa de ingresos medios en la capital de Jordania, Ammán. También se investigaron en esta investigación las limitaciones impuestas por los techos de los edificios al uso de energía fotovoltaica y los hallazgos validan la importancia de proporcionar a las autoridades ambientales, la industria de la construcción y las personas comunes pautas importantes sobre el uso de energía renovable para calentar y enfriar edificios. En consecuencia, este análisis mejora la conciencia de las necesidades energéticas generales de un edificio, que son cruciales para el diseño futuro de edificios sostenibles.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
النظام الكهروضوئي على السطح كجهاز تظليل للمباني غير المعزولة
Translated title (French)
Système photovoltaïque sur le toit en tant que dispositif d'ombrage pour les bâtiments non isolés
Translated title (Spanish)
Sistema fotovoltaico en la azotea como dispositivo de sombra para edificios sin aislamiento

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4221089262
DOI
10.1016/j.egyr.2022.03.082

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Jordan

References

  • https://openalex.org/W1920501358
  • https://openalex.org/W2066943784
  • https://openalex.org/W2806652024
  • https://openalex.org/W2888366500
  • https://openalex.org/W2990899769
  • https://openalex.org/W3007732155
  • https://openalex.org/W3022854075
  • https://openalex.org/W3033756141
  • https://openalex.org/W3033810627
  • https://openalex.org/W3116264091
  • https://openalex.org/W3158183822
  • https://openalex.org/W3202433042
  • https://openalex.org/W3205828022
  • https://openalex.org/W3214716562
  • https://openalex.org/W39833272
  • https://openalex.org/W4200621166
  • https://openalex.org/W4206832759
  • https://openalex.org/W4230728270