The Potential for Ground-Sourced Cooling of Buildings in the State of Kuwait - Phase 1

فصل الصيف في معظم البلاد ذات المناخ الصحراوي- كدولة الكويت- يكون طويلاً، حاراً صحراوياً جافاً، حيث تصل فيه الحرارة اليومية القصوى إلى 45 درجة مئوية. وتبعاً لهذا الارتفاع في معدل الحرارة تتزايد استهلاكات الطاقة الكهربائية في تشغيل التكييف الميكانيكي، بغية توفير الراحة الحرارية للفرد داخل المباني السكنية، وهذا يترتب عليه استهلاكات كهربائية تقارب 75% من إجمالي استهلاك الطاقة الكهربائية المولدة. ومع هذا التزايد، يظهر جلياً تزايد الحاجة إلى البحث عن تقنية تبريد جديدة تقوم بالتقليل من الطلب المتزايد على استهلاك الكهرباء في معظم بلاد العالم عامة، وفي البلاد ذات المناخ الصحراوي الجاف خاصة، مثل ما هي الحال في دولة الكويت. وعلى ضوء ما تقدم من السياق، يركز هذا البحث على تقنية التبريد بواسطة نظام المبادل الحراري بين الهواء وجوف الأرض (EAHE) أو استخدام جوف الأرض وسيلةَ تبريد كامنة للتهوية الطبيعية داخل المباني السكنية في البلاد ذات المناخ الصحراوي الجاف. ويتركز العمل البحثي لهذا النظام- في المقام الأول- على دراسة واختبار فعالية هذا النظام على الطبيعة، من خلال التعرف على قدرة الجهاز في التقليل من الطاقة الكهربائية المستهلكة، من خلال تهوية الفراغ الداخلي للمباني السكنية في موسمي الصيف والشتاء. ويتألف هذا النظام من طرفين: الأول يستخدم مأخذاً يسمح بمرور الهواء الخارجي النقي، الذي يمر خلال المواسير بواسطة مراوح شفط باتجاه الطرف الثاني، وهو المخرج الذي يقوم بدوره بتهوية الفراغ الداخلي للمبنى السكني. وتقوم فكرة نظام المبادل الحراري على ماسورة أو مواسير مدفونة تحت جوف الأرض وملامسة للتربة، وتكون ذات برودة نسبية صيفاً وحرارة نسبية شتاء، وهذا يؤدي إلى برودة الهواء عند ملامسته للسطح الداخلي للمواسير في شهور الصيف، وعكس ذلك في فصل الشتاء. ولذا كان من الأهمية بمكان عمل فحوص لاختبار درجات الحرارة في طبقات باطن الأرض، بمسافات بينية متساوية تصل في حدها الأكبر إلى 5 أمتار تحت سطح الأرض، لمعرفة الدرجة الحرارة الأقل أو المثالية لجوف الأرض. وتبعاً لذلك سيتم إجراء بعض المحفزات العلاجية لتربة سطح الأرض، بغية الوصول إلى درجات حرارة جوفية أقل. ونتائج هذا البحث ذات أهمية كبيرة لدولة الكويت، فمن خلال استخدام هذا النظام في المناخ الصحراوي الجاف، سيتم إنشاء بيانات أساسية وتوجيهات هامة في تصميمات وتطبيقات نظام المبادل الحراري بين الهواء وجوف الأرض (EAHE) في دولة الكويت ودول الخليج الأخرى.

The summer season is long in many dry desert climates such as in Kuwait, which has a mean daily maximum temperature of 45°C. Approximately 75% of the total electricity generation is consumed by air-conditioning systems in domestic buildings. A hybrid cooling technique to reduce the domestic cooling demand is a key aim in most countries and is a particular challenge in dry desert climates like that of Kuwait. However, this research focuses on the Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) as potential means of ventilating indoor buildings spaces and is investigated for the dry desert climate of Kuwait. This work primarily consists of the full-scale testing of the cooling ability of EAHE as a means to ventilate a building space and reduce domestic energy consumption during the summer and winter seasons. The concept of the EAHE system (it may also be called an earth cooling tube) is that of a pipe or several pipes buried in the ground. One end of the pipe system (the inlet) permits the entrance of ambient air, while the other end of the pipe system (the outlet) releases that air to the interior of a building space, usually by means of a fan. The outdoor ambient air that is drawn into the pipe inlet travels through the pipe and exchanges heat with the pipe walls, which are in contact with the surrounding underground environment. The underground environment (i.e., sub-soil temperature) at several points below ground surface level at a maximum depth of 5 meters is investigated in this study. Treatment of the ground surface to determine the optimal sub-soil temperature is a focus of this research. The findings of this research will help to establish fundamental data and guidance for designing Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) in the State of Kuwait as well as for other Gulf States.