Cooling energy use reduction in residential buildings in Egypt accounting for global warming effects

Residential and commercial buildings are responsible for almost 50% of the total electricity consumption in Egypt. The majority of the electricity production is from coal-based power plants which has significant environmental impact. This percentage is expected to exponentially increase due to the global warming effect. This work deals with the cooling energy reduction strategies compatible with the Egyptian market accounting for the global warming effects for the residential buildings in Cairo, Hurghada and Aswan as a part of the Mediterranean Investment Facility project in Egypt which is an initiative under UN Environment with the overall objective of scaling up clean energy technologies through technology need assessment, education and training, financing mechanisms and policy advice. The cites were chosen according to two factors, the location of the projects being executed by the Egyptian ministry of housing and the building stock analysis which was done to assess the built environment development in different cities. A study in the Egyptian market was done to explore the best available technologies in the Egyptian market. A series of dynamic simulations were executed in each city to optimize the building envelope using the best available technologies to reduce the cooling needs. Financial, Energetic and environmental factors were taken into consideration and comparative analysis was done to assess the best alternatives. Moreover, simple measures to further reduce the cooling energy need was explored such as the usage of more efficient lighting and night ventilation. This work led to a reduction of 41% in the cooling energy needs and CO2 emissions, with a discounted payback period of 6 years. Future weather files adapted to climate change were generated and the selected passive strategies were tested to assess the validity of such strategies in the future. The cooling energy needs are expected to increase by 39% while the peak cooling loads are also expected to increase by 23% by 2080 rendering the current installed HVAC system undersized. Although the alternative chosen according to the current external conditions were still the best out of the other alternatives, the favorability of the strategies is declining with respect to the alternatives with higher insulation thickness.

Gli edifici residenziali e commerciali sono responsabili di quasi il 50% del consumo totale di elettricità in Egitto. La maggior parte della produzione di elettricità proviene da centrali a carbone che hanno un impatto ambientale significativo. Questa percentuale potrebbe aumentare esponenzialmente a causa dell'effetto del riscaldamento globale. Questo lavoro affronta le strategie di riduzione dell'energia per il raffrescamento degli edifici compatibili con il mercato egiziano e gli effetti del riscaldamento globale. Verranno analizzati edifici situati al Cairo, Hurghada e Assuan considerando l’ambito del progetto “MIF Egypt”, finanziato dalle Nazioni Unite, avente l’obiettivo di potenziare l’uso di tecnologie efficienti e sostenibili nel settore edifici. Le città sono state scelte in base a due fattori: l'ubicazione dei progetti in corso di esecuzione da parte del ministero egiziano per l'edilizia abitativa sociale e l'analisi del patrimonio edilizio che è stata effettuata per valutare lo sviluppo dell'ambiente costruito in diverse città. È stato condotto uno studio nel mercato egiziano per esplorare le migliori tecnologie disponibili nel mercato. Una serie di simulazioni dinamiche sono state eseguite in ogni città per ottimizzare l'involucro dell'edificio utilizzando le migliori tecnologie disponibili per ridurre le esigenze di raffreddamento. Sono stati presi in considerazione fattori finanziari, energetici e ambientali e sono state condotte analisi comparative per valutare le migliori alternative. Inoltre, sono state esplorate semplici misure per ridurre ulteriormente il fabbisogno di energia di raffreddamento, come l'uso di un'illuminazione più efficiente e la ventilazione notturna. Questo lavoro ha portato a una riduzione del 41% del fabbisogno di energia di raffreddamento e delle emissioni di CO2, con un tempo di ritorno attualizzato dell’investimento di 6 anni. Sono stati generati file meteorologici futuri che considerino i possibili cambiamenti climatici e sono state testate le strategie passive selezionate per valutare la validità di tali strategie in futuro. Il fabbisogno di energia di raffreddamento potrebbe aumentare del 39%, mentre i carichi di picco potrebbero aumentare del 23% entro il 2080 rendendo sottodimensionato l'attuale sistema HVAC istallato. Sebbene l'alternativa scelta in base alle attuali condizioni climatiche sia ancora la migliore fra le alternative, la convenienza della strategia di intervento diminuisce rispetto alle alternative all’aumentare dello spessore dell’isolamento.