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Atlas for sustainable Egyptian governorates buildings based on wind/solar potential: Power, efficiency, economic, environmental, and thermal comfort maps
Energy and Buildings ( IF 6.6 ) Pub Date : 2025-01-13 , DOI: 10.1016/j.enbuild.2025.115314
Brian Senyonyi, Hatem Mahmoud, Hamdy Hassan
Energy and Buildings ( IF 6.6 ) Pub Date : 2025-01-13 , DOI: 10.1016/j.enbuild.2025.115314
Brian Senyonyi, Hatem Mahmoud, Hamdy Hassan
This study develops a comprehensive atlas for sustainable buildings across Egypt’s governorates by integrating photovoltaic (PV) systems and wind turbines (WT) on to rooftops and on the building facades. Four energy systems integration cases are evaluated: Case 1 (100 % rooftop covered with PV), Case 2 (100 % rooftop covered with WT), Case 3 (50 % rooftop shared by PV and WT), and Case 4 (PV-WT hybrid system on the rooftop) with PV arrays installed on the south, east, and west façades. Using an Engineering Equation Solver (EES)-based modeling framework, PVsyst simulations, and climatic data, the study assesses the energy output, system efficiency, Levelized Cost of Electricity (LCOE), CO2 mitigation, cost of saved CO2 and thermal comfort impacts. The results reveal that the south façade consistently achieves the highest energy output and CO2 cost savings due to optimal solar irradiance, with Case 1 outperforming all cases, yielding annual energy outputs of 4585–3850 MWh and CO2 savings of up to 1458 MtCO2 /kWh. Case 4 emerges as a balanced strategy, offering higher system efficiency (0.40–0.26) and moderate economic feasibility, while wind-only systems (Case 2) exhibit the lowest performance due to inconsistent wind speeds. Economically, PV systems achieve the most competitive LCOE (0.0061–0.0073 $/kWh), approximately seven times cheaper than the national grid electricity cost. Environmental analysis emphasizes the critical role of renewable energy systems in reducing CO2 emissions, with the south façade leading, followed by the east and west façades. Thermal comfort analysis shows that installing PV systems reduces indoor temperatures but increases relative humidity, highlighting the need for proper ventilation systems. The study underscores the importance of strategic renewable energy integration in building design, aligning with Egypt’s climatic conditions. It provides valuable 4E maps (Energy, Efficiency, Economic, Environmental), offering policymakers, investors, and engineers actionable insights to promote sustainable buildings, support SDGs 7, 11, and 13, and contribute to the Paris Agreement’s climate objectives.
中文翻译:
基于风能/太阳能潜力的埃及可持续省份建筑图集:电力、效率、经济、环境和热舒适地图
本研究通过将光伏 (PV) 系统和风力涡轮机 (WT) 集成到屋顶和建筑立面上,为埃及各省的可持续建筑开发了一个全面的地图集。评估了四个能源系统集成案例:案例 1(屋顶 100% 光伏覆盖)、案例 2(屋顶 100% 屋顶光伏覆盖)、案例 3(光伏和 WT 共享 50% 屋顶)和案例 4(屋顶上的 PV-WT 混合系统),光伏阵列安装在南、东和西立面。该研究使用基于工程方程求解器 (EES) 的建模框架、PVsyst 模拟和气候数据,评估了能源输出、系统效率、平准化度电成本 (LCOE)、二氧化碳减排、节省的二氧化碳成本和热舒适性影响。结果表明,由于最佳的太阳辐照度,南立面始终实现最高的能源输出和 CO2 成本节省,案例 1 的表现优于所有案例,年能源输出为 4585-3850 MWh,减少高达 1458 MtCO2/kWh 的 CO2。案例 4 是一种平衡策略,提供更高的系统效率 (0.40-0.26) 和适度的经济可行性,而纯风系统(案例 2)由于风速不一致而表现出最低的性能。从经济角度来看,光伏系统实现了最具竞争力的平准化度电成本 (0.0061–0.0073 美元/kWh),大约比国家电网的电力成本便宜七倍。环境分析强调了可再生能源系统在减少二氧化碳排放方面的关键作用,其中南立面处于领先地位,其次是东立面和西立面。热舒适分析表明,安装光伏系统可降低室内温度,但会增加相对湿度,这凸显了对适当通风系统的需求。 该研究强调了在建筑设计中战略性整合可再生能源的重要性,这与埃及的气候条件保持一致。它提供了有价值的 4E 地图(能源、效率、经济、环境),为政策制定者、投资者和工程师提供了可操作的见解,以促进可持续建筑,支持 SDG 7、11 和 13,并为《巴黎协定》的气候目标做出贡献。
更新日期:2025-01-13
中文翻译:
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基于风能/太阳能潜力的埃及可持续省份建筑图集:电力、效率、经济、环境和热舒适地图
本研究通过将光伏 (PV) 系统和风力涡轮机 (WT) 集成到屋顶和建筑立面上,为埃及各省的可持续建筑开发了一个全面的地图集。评估了四个能源系统集成案例:案例 1(屋顶 100% 光伏覆盖)、案例 2(屋顶 100% 屋顶光伏覆盖)、案例 3(光伏和 WT 共享 50% 屋顶)和案例 4(屋顶上的 PV-WT 混合系统),光伏阵列安装在南、东和西立面。该研究使用基于工程方程求解器 (EES) 的建模框架、PVsyst 模拟和气候数据,评估了能源输出、系统效率、平准化度电成本 (LCOE)、二氧化碳减排、节省的二氧化碳成本和热舒适性影响。结果表明,由于最佳的太阳辐照度,南立面始终实现最高的能源输出和 CO2 成本节省,案例 1 的表现优于所有案例,年能源输出为 4585-3850 MWh,减少高达 1458 MtCO2/kWh 的 CO2。案例 4 是一种平衡策略,提供更高的系统效率 (0.40-0.26) 和适度的经济可行性,而纯风系统(案例 2)由于风速不一致而表现出最低的性能。从经济角度来看,光伏系统实现了最具竞争力的平准化度电成本 (0.0061–0.0073 美元/kWh),大约比国家电网的电力成本便宜七倍。环境分析强调了可再生能源系统在减少二氧化碳排放方面的关键作用,其中南立面处于领先地位,其次是东立面和西立面。热舒适分析表明,安装光伏系统可降低室内温度,但会增加相对湿度,这凸显了对适当通风系统的需求。 该研究强调了在建筑设计中战略性整合可再生能源的重要性,这与埃及的气候条件保持一致。它提供了有价值的 4E 地图(能源、效率、经济、环境),为政策制定者、投资者和工程师提供了可操作的见解,以促进可持续建筑,支持 SDG 7、11 和 13,并为《巴黎协定》的气候目标做出贡献。