I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020 ,   pp .   589~ 5 99   IS S N :   2088 - 8708 D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 1 . pp589 - 5 99             589       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   D e si g n   o f   a   m o d i f i e d   n a t u r a l   E g y p t i a n   s o l a r   h o u s e         H an aa   M .   F a r gh al l y,   A m al   A .   H as s an N i n e M .   A h m e d F ate n   H .   F ah m y   P ho t o vo l t a i c     C e l l s   D e pa r t m e nt E l e c t r o ni c s   R e s e a r c I ns t i t u t e ,   C a i r o ,   E gy pt       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e J a 6 ,   20 19   R e v i s e A pr   2 9 ,   2019   A c c e pt e S e 27,   201 9       T he   r a t e   o f   i nc r e a s e   i e ne r g y   c o ns um pt i o a n hi g c o s t s   i a ddi t i o t o     t he   de p l e t i o o f   e x i s t i ng   r e s o ur c e s   ha s   a   s i g ni f i c a nt   i m p a c t   o o ur   s t a nda r o f   l i v i ng   f o r   ne x t   g e n e r a t i o ns .   I t hi s   c a s e ,   t h e   p r i o r i t y   i s   t o   de v e l o a l t e r na t i v e   c o s t - e f f e c t i v e   s o ur c e s   f o r   po w e r i ng   t he   r e s i de nt i a l   a nd  no n - r e s i de n t i a l   bui l d i ng s .   T h i s   p a pe r   pr o po s e s   a nd  de v e l o ps   a   de s i g o f   a   m o di f i e s m a l l   t w o - s t o r y   r e s i de nt i a l   s o l a r   ho us e   f o r   a   m e di um - s i z e f a m i l y   l o c a t e i C a i r o ,   E gy pt .   T hi s   m o di f i e s o l a r   ho us e   m e e t s   a l m o s t   a l l   i t s   e ne r gy   de m a nd s   i nc l ud i ng   s p a c e   he a t i ng   by   us i ng   s o l a r   a i r   c o l l e c t o r   w i t a   pe b bl e   s t o r a g e   uni t   i w i n t e r   a nd  a   s um m e r   c oo l i ng   s y s t e m   us i ng   w i nd  c a t c he r   t h e o r y .     H o t   w a t e r   i s   o bt a i ne d   t h r o ug ho ut   t h e   d a y   b y   us i ng   a   s t e e l   s h e l t e r e d   w a t e r   s t o r a g e   t a n w i t h   a   c a pa c i t y   o f   1000  l i t e r .   F i na l l y ,   t h e   p r o po s e h e a t i ng   s y s t e m   of     t he   s o l a r   ho us e   i s   s i z e d   a nd  m o de l e d .   Ke y w or d s :   M o de l l i n g   S o l a h o us e     S o l a w a t e h e a t i n g     S pa c e   h e a t i n g     C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e   A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   H a n a a   M o ha m e F a r g ha l l y ,     P h o t o vo l t a i c     Ce l l s   D e pa r t m e nt ,     E l e c t r o n i c s   R e s e a r c h   I n s t i t ut e ,     21  J o s e ph   T i t o   s t . ,   E l - N o z ha   E l - G e de da ,   C a i r o ,   E gy pt .   E m a i l :   f a r g ha l l y 5555@ gm a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     In  E gy pt ,   E n e rgy   de m a n d   f o r   r e s i de nt i a l   b ui l di n gs   i s   c o n t i nuo us l y   i n c r e a s i n g   due   t o   g l o b a l   po pul a t i o n   g r o w t a n d   i m p r o v e l i v i n g   s t a nda r ds   [ 1] .   B ui l d i n c o o l i n g   us i n g   a i r - c o n di t i o n e r s   b e c a m e     t h e   l a r ge s t   c o n s um e o f   e l e c t r i c i t y .   M o r e   t h a ha l f   o f   t h e   u r b a n   pe a l o a d   o f   e n e r gy   w h i c h   a c c o un t s   f o r   n e a rl y   60%  o f   na t i o n ’s   pe a po w e r   de m a n d   i s   c o n s um e t o   s a t i s f y   a i r   c o n d i t i o n i ng  de m a n ds   [2] .   H ow e ve r ,   f o s s i l   f ue l s ,   t h e   c u rr e nt   m a i e n e r gy   s o ur c e ,   a r e   b e i n c o n s um e i n   a   r a ndo m   i n c r e a s i n m a nn e r,   e v e n   t h o ug h   t h e y   a r e   n o n - re n e w a b l e   a n t h e i r   g l o b a l   qua nt i t y   i s   l i m i t e [ 3 - 5] Co n s e que n t l y ,   e n v i r o n m e n t a l   po l l ut i o n   a n d   gl o b a l   w a rm i n a r e   f e a r f ul l y   i n c r e a s i ng.   B a s e o n   t h i s   f a c t ,   w o r l dw i de   gove rn m e n t s   a r e   w o r ki ng  t o   i n c r e a s e   t h e   s ha r e   o f   r e n e w a b l e   e n e r gy   s o ur c e s ,   r e duc e   e n e r gy   c o n s um pt i o n   a n a c c o r di n g l y   r e duc e   e n v i r o nm e nt a l   po l l ut i o n   [ 6 ,   7] .     T h e r e f o r e ,   f o r   e n e r gy   s a v i n g,   i t   i s   t o o   n e c e s s a r y   t o   us e   t h e   n a t u r a l   c o o l i n m e t h o ds   a nd  s o l a r   t h e r m a l   c o l l e c t o r   s y s t e m s   us e fo r   s pa c e   h e a t i ng  a n h o t   w a t e r   p r o duc t i o n .   A   s o l a r   h o us e   i s   f ul l y   p ow e r e by   us i n g   s o l a r   e n e r gy   i n   o rde t o   m i ni m i z e   t h e   us e   o f   t r a d i t i o n a l   e n e r g y   s o ur c e s .   T hi s   i n c l ude s   t h e   de s i g n   e l e m e n t s   t h a t   t a ke   a dv a n t a ge   of   t h e   s un   t o   l i g h t   a nd  h e a t   t h e   h o us e ,   t o   h e a t   t h e   w a t e r ,   a n t o   s e t   up  a   f a vo r a b l e   f l ow   of   a i (s pa c e   h e a t i n g) .   M a n y   s o l a h o us e s   c o n t a i n   a   s o l a m a s s   t ha t   w i l l   a b s o r b   t h e   h e a t   du ri n g   t h e   d a y   a n r e l e a s e   i t   s l ow l y   a t   ni g h t   [8 ,   9] .   M a n y   r e s e a r c h e s   h a v e   a dd r e s s e t h e   de s i g n   o f   a   s o l a h o us e .   In  [10] ,   a   de s i g n   o f   a   n e t - z e r o   s o l a r   h o us e   i s   p r o po s e d,   w h i l e   [11 ,   1 2]   de v e l o pe a n   e v a l ua t i o i n de s y s t e m   f o r   t h e   de s i g o f   a   s o l a r   h o us e .     A n   o pt i m a l   de s i g o f   a n   a c t i v e   s o l a r   h o us e   i s   p r e s e nt e i n   [13]   w h i c h   c l a ri fy   t h e   a dv a nt a ge s   a n di s a dv a n t a ge s   o f   ut i l i z i n s o l a r   h o us e .   S o l a r   h o us e s   c a n   b e   c l a s s i f i e i nt o   t w o   c l a s s e s ;   t r a d i t i o na l   a n a dv a n c e s o l a r   h o us e .   T h e   t ra di t i o na l   s o l a r   h o us e   s y s t e m   us e s   di r e c t   a n i n di r e c t   s u nl i g ht   i n   t h e   l i g h t i n o b ui l di n gs   du ri n t h e   d a y l i gh t .   T h e   a dv a n c e s o l a r   h o us e   s y s t e m   i s   us e o n l y   fo r   t h e   da y t i m e   b ui l di n gs   s uc a s   c o m pa n i e s   a nd  b a n ks .   I n   t h i s   c a s e ,   t h e   l i g ht i n g   o f   t h e   b ui l di n i n c l ude s   o nl y   da y t i m e   l i g ht i ng  f o r   a l l   i n do o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020  :     58 9   -   5 99   590   a n o ut do o r   r o o m s   a s   w e l l   a s   c e nt r a l   h e a t i ng  o f   t h e   b ui l di n i n   w i n t e r   a n c e n t ra l   a i c o n di t i o n i n g   o   t h e   b ui l di n g   i n   s u m m e r   [1 4] .   T h e   b ui l d i n i s   a l s o   s uppl i e w i t h   h o t   w a t e a n d   i t   i n c l ude s   a   s m a l l   s t a t i o f o r   t h e   p r o duc t i o n   o f   e l e c t r i c i t y   t o   fe e t h e   e l e c t ri c a l   l o a ds   o t h e   b ui l d i n g .   B ut   t hi s   s y s t e m   i s   c o m pl e a n d   e xpe n s i v e .   S o ,   i n   t hi s   pa pe r,   a   m o di f i e de s i gn   o f   a   s m a l l   t w o - s t o r y   r e s i de n t i a l   s o l a r   h o us e   i s   pr e s e n t e d.     T h e   de s i g n   o f   t h e   m o di f i e s o l a r   h o us e   l o c a t e i n   C a i r o ,   E g y pt   i s   p r o po s e fo r   a   m e di u m - s i z e f a m i l y   a nd  t h e   a r e a   o f   t h e   h o us e   i s   a b o ut   110   s qua r e   m e t e r s .   I n   t h i s   w o r k,   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   t h e r m a l   s y s t e m   i s   o m a j o r   c o n c e rn,   t h e r e f o r e   t h e   s i z i n g   a n m o de l l i n g   o f   t h e   t h e rm a l   s y s t e m   i s   c o n s i de r e o nl y .   T h e   a ut h o r s   w i l l   c o n s i de r   t h e   s i z i ng  a n d   m o de l l i ng  o f   t h e   s um m e r   c o o l i n g   s y s t e m   i n   a n o t h e p a pe r.     2.   S O LA R   H O U S E   L O C A TI O N     Ca i r o   i s   c h o s e n   a s   t h e   s i t e   t o   l o c a t e   t h e   s ugge s t e s o l a r   h o us e .   T h e   s pe c i f i c   ge o gr a p h i c a l   l o c a t i o n   o Ca i r o   c i t y   i s   a t   a   l o c a t i o n   o f   30°   05'   N   l a t i t ude ,   31°   1 7'   E   l o ngi t ude   a nd  e l e v a t i o n   34 . m .   T h e   a nnua l   a v e ra ge   gl o b a l   s o l a r   r a di a t i o n   o f   5. 21  kW h / m ² / da y   w i t h   a   c l e a rn e s s   i n de o f   0. 597.   S o l a r   r a d i a t i o n,   a m b i e nt   t e m pe ra t u r e   a n t h e   s pe c i f i c   ge o gr a p hi c a l   l o c a t i o da t a   f o r   t h i s   c i t y   i s   ob t a i n e f r o m   t h e   E gy pt i a n   s o l a r   ra di a t i o A t l a s   [1 5] .     2. 1 .     S o l ar   r ad i ati o n   d ata     S o l a r   h e a t i n s y s t e m s   c a n   b e   s i z e o n   t h e   b a s i s ,   o f ,   m o n t h l y   a v e r a ge   da i l y   r a di a t i o n   o n   a   h o ri z o n t a l   s ur f a c e ;   t h e   v a l u e s   o f   s o l a ra di a t i o f o r   t h e   s e l e c t e s i t e ,   C a i r o   a r e   l i s t e f o r   e a c h   m o nt h   i F i gu r e   1.             F i gu r e   1 .   D a i l y   i rr a di a t i o n   i n   Ca i r o   o n   a   h o r i z o nt a l   s u r f a c e       3.   P R O P O S ED   M O D I F I ED   S O LA R   H O U S E     A   s m a l l   b ui l di n g   i s   de s i g n e t o   h a v e   t w o   s t o r i e s   f o r   a   m e di u m - s i z e f a m i l y   . T h e   b ui l di n g   c o n s i s t s   o a   g r o u n f l o o r   w h i c h   i n c l ude s   b e dr o o m s ,   k i t c h e n,   g r a nd   h a l l ,   b a t hr o o m   a n d   e n t ra n c e .   T h e   uppe r   f l o o r   i n c l ude s   a   l a r ge   b e dr o o m   t ha t   i s   a c c e s s e by   a   w oo de n   s t a i r c a s e   f r o m   t h e   g r o un d   f l o o r .   T h e   h o us e   i s   a b o ut   110  s qua r e   m e t e r s .   T h e   h o us e   i s   i l l u m i na t e us i ng  n a t u ra l   l i g ht   du ri n d a y l i gh t   w hi l e   i t   i s   i l l u m i na t e by   a r t i f i c i a l   l i g h t   s o ur c e s   a t   n i g h t   a nd  du r i n c l o udy   h o ur s .   A   w i nt e r   h e a t i n s y s t e m   us i n s o l a r   a i r   c o l l e c t o r   w i t h   a   pe b b l e   s t o r a ge   uni t   i s   de s i g n e d.   H o t   w a t e r   i s   o b t a i n e t hro ugh o ut   t h e   da y   by   s h e l t e r e w a t e r   s t o ra ge   t a nk;   t h i s   m e t h o i s   t h e   m o s t   e ff i c i e n t   a n c h e a pe s t   w a y   t o   h e a t   w a t e r .   S p a c e   h e a t i n f o r   t h e   p r o po s e s o l a r   h o us e   i s   do n e   t hr o ugh   t h e   us e   of   s o l a r   a i r   h e a t i ng  pa n e l s .   F i gu r e   s h o w s   a   s c h e m a t i c   di a g r a m   o f   t h e   pr o po s e s o l a r   h o us e .   T h e   h o us e   i s   de s i g n e t o   o pt i m i z e   t h e   u t i l i z a t i o o f   s o l a r   e n e r gy .   F i gu r e   c l a r i f i e s   t h e   pl a n   v i e w   of  t h e   pr o po s e s o l a r   h o us e .   T h e   p r o po s e s o l a r   h o us e   ha s   m a j o r   f e a t ur e s   t ha t   c a n   b e   s um m a r i z e a s     t h e   fo l l ow i n g:   l i g h t w e i ght   b ui l di n g ,   a c t i v e   s o l a r   h e a t i ng  a n n o rt h - s o ut h   di r e c t i o n.   It   i s   c o n s t ruc t e f r o m   s t r o n i r o s e c t i o n s   a n d   t h e   w a l l s a r e   m a de   o f   c o m pr e s s e d   c a rdb o a r d   w oo t o   pr e v e n t   a g a i n s t   f i r e   [1 6] .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       D e s i gn   of   m odi f i e n at ur a l   e gy pt i an  s o l ar   h ous e   ( H anaa  M oham e d   F ar ghal l y )   591       F i gu r e 2.   S c h e m a t i c   di a g ra m   o f   t h e   p r o po s e s o l a h o us e           F i gu r e   3 .   P l a v i e w   o f   t h e   p r o po s e s o l a r   h o us e       4.   S O LA R   H O U S E   S P A C H EA TI N G   S Y S T EM   S pa c e   h e a t i ng  by   a i r   c i r c ul a t i o n   i s   o n e   of   t h e   s i m pl e s t   m e t h o ds   of   h e a t i n g .   F i gu r e   r e p r e s e nt s     a   s c h e m a t i c   di a g r a m   o f   t h e   pr o po s e s pa c e   h e a t i ng  s y s t e m   fo r   t h e   s o l a r   h o us e .   T h e   m a i n   c o m po n e n t s   o f   t h i s   s y s t e m   a r e : (1)  s o l a r   a i r - h e a t i n c o l l e c t o r   h a v e   a   f l a t   a b s o r b e r;   (2)  a   pe b b l e - be h e a t   s t o ra ge   uni t   t o   a n f r o m   w h i c h   h e a t   i s   t r a n s f e rr e by   c i r c ul a t i n a i r   t hr o ug h   t h e   b e d;   (3)  a n   a i r   ha n d l i n m o dul e   c o m pri s i n a ut o m a t i c   da m pe r s   a n b l o w e r (s [17] T h e   s o l a r   c o l l e c t o r   a b s o r b s   s o l a r   ra d i a t i o n   a n d   c o n v e r t s   i t   t o   a   h e a t   a i r   f o r   s pa c e   h e a t i n g .   A i i s   c i r c ul a t e f r o m   o n e   e n d ,   o f   t h e   c o l l e c t o r   t o   t h e   o t h e r.   T h e   h o us e   i s   h e a t e d i r e c t l y   f r o m   t h e   c o l l e c t o r .   Co o l   a i r   f r o m   t h e   h o us e   i s   r e t u rn e t o   t h e   c o l l e c t o r   fo r   r e h e a t i ng.   T h e   h e a t   s t o r a ge   uni t   ut i l i z e s   t h e   h e a t   e xc ha n ge   a n h e a t   s t o r a ge   c h a ra c t e ri s t i c s   o f   dr y   pe bb l e s ,   w h i c h   i s   t h e   m o s t   pra c t i c a l   s t o ra ge   m e di u m   fo r   us e   w i t h   a i r   h e a t i ng  c o l l e c t o r s .   W h e n   t h e   qua nt i t y   o f   h e a t   i s   m o r e   t ha n   t ha t   r e qu i r e f o r   h o us e   s pa c e ,   s o l a h e a t e a i r   i s   r o ut e t hr o ug h   t h e   s t o ra ge   u n i t   a s   i n   F i gu r e   4 ,   t h e r e by   h e a t i n t h e   pe b b l e s ;   t h e   c oo l   a i r   r e t u rn s   t t h e   c o l l e c t o r   fo r   r e h e a t i n g.   B y   pos i t i o n i ng  t h e   t hr e e - w a y   da m pe r s   a nd  c o n t r o l l i ng  t h e   b l ow e r s   o n   o r   of f ,   t hr e e   " m o de s   o f   o pe r a t i o n   a r e   p r o b a b l e :   -   H e a t i n g   t h e   h o us e   di r e c t l y   f r o m   t h e   c o l l e c t o r   -   H e a t i n g   t h e   s t o r a ge   u n i t   f r o m   t h e   c o l l e c t o r   -   H e a t i n g   t h e   h o us e   f r o m   t h e   s t o r a ge   u n i t           F i gu r e   4 .   S c h e m a t i c   d i a g r a m   o f   pr o po s e s pa c e   h e a t i ng  s y s t e m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020  :     58 9   -   5 99   592   4. 1   S p ac e   h e at   l o ad   fa c to r s   T h e   h e a t   l o a de pe n o n   m a n y   f a c t o r s ;   t h e   a r e a   o f   w a l l s   a n c e i l i n o f   t h e   h o us e ,   t h e   h e a t   l o s s ,   t r a n s m i s s i o n   c o e ff i c i e n t s   t hr o ug h   t h e   w a l l s   a n c e i l i ng,   t h e   di f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   i n do o r   a n o ut do o r   t e m pe ra t u r e   a nd  t h e   i n f i l t ra t i o n   o f   c o l a i r   i nt o   t h e   h o us e .   T h e   di f f e r e n t   h e a t   l o s s   r a t e s   a r e   c a l c ul a t e a s   fo l l ow s :   a.   H e a t   l o s s   r a t e   T h e   ra t e   o f   h e a t   l o s s ,   ̇ ,   i B t u / hr  t hr o ug a   s u r f a c e   o f   a r e a ,   A ,   w i t a   t e m pe ra t e   di f f e r e n c e   a c r o s s   t h e   t w o   s i de s   of   t h e   s u r f a c e   of   (   ) ,   i s   [ 18 19] :       ̇ = ̅     ( )   (1)     W h e r e ,   ̅   i s   t h e   o ve r a l l   h e a t   l o s s   c oe ff i c i e n t   f r o m   w a l l s ,   c e i l i n g,   f l oo r   o r   g l a s s   (B t u/ hr. f t 2 . ° F ) ,   A   i s   t h e   n e t   a r e a   o f   w a l l s ,   c e i l i n g ,   f l o o r   o g l a s s   (f t 2 ) ,     i s   t h e   i n s i de   de s i g t e m pe ra t u r e   F ) ,     i s   t h e   o ut s i de   de s i g t e m pe ra t u r e   F ) .   b.   In f i l t r a t i o n   h e a t   l o s s   T h e   c o l a i r   t ha t   e n t e r s   t h e   h o us e   t hr o ug h   o pe n   do o r s ,   w i ndow s   a n c r a c ks   c o n s t i t ut e s   a   h e a t   l o s s   b e c a us e   t h a t   c o l a i r   di s p l a c e s   t h e   w a r m   r o o m   a i r.   Co n s e que n t l y ,   t h e   c o l a i r   m us t   b e   h e a t e t o   r o o m   t e m pe ra t u r e   a g a i n.   T h e   a i v e n t i l a t i o n   c a n   b e   c a l c ul a t e a s   f ol l o w s :     =    ×   ×   (2)     W h e r e ,     i s   t h e   v o l um e t ri c   a i f l o w   r a t e   i c ub i c   f e e t   pe r   h o u r,      i s   t h e   a i c h a nge   pe h o ur  w h i c h   c a b e   c o n s i de r e t o   b e   0. 15  t o   0. 5 .     i s   t h e   a r e a   o f   t h e   s p a c e   i f t 2   i s   t h e   h e i g h t   o f   t h e   r o o m   i f t .     T h e   i n f i l t r a t i o n   h e a t   l o s s   ra t e   ( ̇ i n   B t u / hr   c a b e   c o m put e f ro m :     ̇ =        ( )   (3)     W h e r e ,       i s   t h e   de n s i t y   of   t h e   a i r   (0. 0765   l b / f t 3 ),      i s   t h e   s pe c i f i c   h e a t   c a pa c i t y   of   a i r     (0. 24   B t u/ l b .   ° F ) ,   ( )   i s   t h e   di f f e r e n c e   i n   i n s i de   a n d   o ut s i de   a i t e m pe r a t u r e s   F ) .       4. 2 .     S p ac e   h e ati n g   l o ad   T h e   S um   o f   t h e   h e a t   t r a n s m i s s i o n   l o s s e s   t hr o ug t h e   h o us e   e n c l o s ur e   a nd  t h e   i n f i l t r a t i o l o s s e s   i s     t h e   de s i gn e h o u r l y   h e a t   l o s s   r a t e   f o r   t h e   h o us e .   T h e   s pa c e   h e a t i n l o a f o r   t h e   h o us e   b a s e o n   J a n u a r y   h e a t i n g   de g r e e -   da y   (D D i s   c a l c ul a t e f r o m   t h e   de s i g n   h e a t   l o s s   r a t e   a s   f o l l o w s   [1 7 ] :            (  ) =                × 24   (4)     T h e   m o n t hl y   h e a t i n l o a ds   a r e   t h e c a l c ul a t e us i n g   de g r e e - da y   v a l ue s   a s :          (  ) =    (      )     (5)     4. 3 .     S p ac e   h e ati n g   c o l l e c to r   m o d e l i n g   T h e   a i r   i n   t h e   c o l l e c t o r   w i l l   a b s o r b   t h e   s u n ’s   e n e r gy   w i t t h e   ra t e   ( Q ̇ ab s   [18] :     Q ̇ ab s = η ef f A c G r   (6)     a n w i l l   l o s s   a   c e rt a i n   a m o u n t   o f   h e a t   e n e rgy   t o   i t s   s u rr o undi n g   ( Q ̇ l o s s ) ,   g i v e n   b y   [19]   :     Q ̇ l o s s = U ̅ c A c ( T c , o ut T am b )   (7)     W h e r e ,   η ef f   i s   t h e   e f fe c t i ve   a b s o r b a n c e   o f   c o l l e c t o r ’s   c o v e r ,   η ef f = τα ,   τ   i s   t h e   t r a n s m i s s i v i t y   of    t h e   c o l l e c t o r   (f r a c t i o o f   i n c i de n t   e n e r gy   t ra n s m i t t e d) ,   α   i s   t h e   a b s o r pt i v i t y   of   t h e   c o l l e c t o (f r a c t i o o i n s o l a t i o n ),   A c   i s   t h e   c o l l e c t o r ’s   a r e a   ( ft 2 ),   G r   i s   t h e   s o l a r a d i a t i o n   ( B t u / ft 2 ),   U ̅ c   i s   t h e   o ve r a l l   h e a t   l o s s   c oe ff i c i e n t   ( B t u / ft 2 ),   T c , o ut   i s   t h e   a v e r a ge   t e m pe r a t u r e   a t   t h e   c o l l e c t o r ’s   o ut l e t   ( ),   T am b   i s   t h e   a m b i e nt   t e m pe ra t u r e   ( ).   T h us ,   a e n e r gy   b a l a n c e   [17]   o f   t h e   c o l l e c t o r   ( Q ̇ c , o ut i s   r e p r e s e n t e d   a s   t h e   f o l l o w i n e qua t i o n :     ̇ ,  = ̇ ̇    (8)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       D e s i gn   of   m odi f i e n at ur a l   e gy pt i an  s o l ar   h ous e   ( H anaa  M oham e d   F ar ghal l y )   593   By   s u b s t i t ut i ng  us i ng  ( 6 )   a n d   ( 7 ) ,   ( 8 )   c a b e   r e w r i t t e a s   f o l l ow s :     ̇  ( ,  ,  ) = ̅ ( ,   )   (9)     W h e r e ,   ̇ ,    i s   t h e   r a t e   o f   c h a n ge   o f   a i r   e n e r gy   a t   t h e   c o l l e c t o r   o ut l e t ,   ̇   i s   t h e   a i r   m a s s   f l o w   r a t e   (l b / s ),   ,    i s   t h e   a i t e m pe ra t u r e   a t   t h e   c o l l e c t o r   i n l e t   ( ),      i s   t h e   s pe c i f i c   h e a t   o f   a i (B t u/ l b .   ).   T h e   t h e rm a l   e ff i c i e n c y   of   t h e   s o l a r   c o l l e c t o r   ( i s   t h e   ra t i o   o f   t h e   us e f ul   c o l l e c t e e n e r gy   a n d   t h e   i n c i de n t   s o l a r   ra d i a t i o o n   t h e   c o l l e c t o r ’s   pl a n e   a nd  c a b e   c a l c ul a t e us i ng  t h e   f o l l ow i n e qu a t i o n   [17] :     = ̇ ,     (10)     4. 4 .     S p ac e   h e ati n g   s ys te m   s i z i n g   S o l a r   h e a t i ng  s y s t e m   i s   s i z e t o   p r o v i de   a   de s i r e f ra c t i o o f   t h e   t o t a l   h e a t i ng  l o a o f   t h e   h o us e .     A   s i m pl e   p r o c e dur e   b a s e d,   o n   a v e r a ge   c o n di t i o n s   i s   p r e s e n t e t o   c a l c ul a t e   c o l l e c t o r   a r e a .   F r o m   t h e   c o l l e c t o r   a r e a   de t e rm i n e d,   t h e   s i z e s   of   o t h e r   c o m po n e nt s   a r e   e s t a b l i s he d.   R ul e s   of  t h u m b   a r e   gi v e n   a s   a   gui de   i n   s i z i n g   t h e   e nt i r e   s y s t e m   f r o m   a   g i v e n   c o l l e c t o r   a r e a .       4 . 4 . 1 .   C o l l e c to r   a r e c al c u l ati o n   T h e   de s i r e c o l l e c t o r   a r e a   i s   de pe n de nt   upo n   t h e   J a nua r y   s o l a r   r a di a t i o n ,   G r ,   a nd  J a n ua r y   h e a t i ng  l o a d,   L ,   o f   t h e   h o us e .   T h e   a r e a   o f   c o l l e c t o r s   n e e de i s   de t e rm i n e by   [16] :     = 0 . 9 × G r   (11)     4. 4 . 2 .   S to r age   u n i s i z i n g   T h e   r e c o m m e nde s i z e   o f   s t o r a ge   u n i t   r e l a t i v e   t o   t h e   c o l l e c t o r   a r e a   i s   o n e - ha l f   t o   o n e   c ub i c   foo t   o pe bb l e s   pe r   s qua r e   f oo t   of   c o l l e c t o r   a r e a   f o r   a a i r   h e a t i ng  s y s t e m .   T h e   s t o ra ge   u ni t   i s   pl a c e w i t h i n   t h e   h o us e   e n c l o s ur e .   A n   i ndo o r   s t o r a ge   l o c a t i o n   ha s   t h e   a dv a nt a ge   t ha t   i t   i s   p r o t e c t e f r o m   m o i s t ur e   a nd  c o l d,   a n d     t h e   h e a t   l o s s   f r o m   t h e   s t o r a ge   u n i t   w i l l   a s s i s t   i h e a t i n g   t h e   ho us e   i n   w i n t e r .   T h e   r e c o m m e n de s i z e   o f   s t o r a ge   uni t   a s   c a l c ul a t e a c c o r d i n g   t o   t h e   r ul e   o f   t h u m b   p r e s e n t e i T a b l e   w i l l   b e   79. 53   f t 3   o f   r o c k.     4. 4 . 3 .   R u l e s   o th u m b   fo r   s i z i n g   R ul e s   of   t h u m b   a r e   g i v e n   t o   gui de   i n   s i z i n t h e   e n t i r e   a i h e a t i n s y s t e m   f r o m   a   gi v e n   c o l l e c t o r   a r e a .   R ul e s   of   t h u m b   f o r   a i r   s o l a s y s t e m s   a r e   p r e s e n t e i n   T a b l e   1.       T a b l e   1 .   R ul e s   o f   t h u m b   f o r   s i z i n g   It e m s   Ru l e s   o f   t h u m b   fo s i z i n g   Co l l e c t o s l o p e   L a t i t u d e   +   1 5 o   Co l l e c t o a i f l o w   ra t e   1 . 5   t o   2   C F M / f t 2   o f   c o l l e c t o r   P e b b l e   b e d   s t o ra g e   s i z e   1 / 2   t o   1   ft 3   o f   r o c k   / ft 2   o f   c o l l e c t o r   P e b b l e   s i z e   3 / 4 "   t o   1 "   c o n c r e t e   a g g r e g a t e   Ro c k   d e p t h   t o   8   fe e t   i n   a i fl o w   d i re c t i o n       5.   D O M ES TI C   S H E LTER ED   WA TER   S TO R A G E   TA N K   T h e   w a t e r   h e a t i n s y s t e m   i l l us t r a t e i n   F i gu r e   c a n   b e   de s i g n e a n i n s t a l l e e a s i l y   us i n l o c a l l y   a v a i l a b l e   m a t e r i a l s   a n c o m po n e nt s .   S o ,   t hi s   s y s t e m   i s   e a s y   t o   m a i nt a i n   a nd  c o s t - e f fe c t i ve .   T h e   s o l a r   w a t e h e a t i n s y s t e m   c o n s i s t s   of   a   s t e e l   s t o r a ge   t a n o a   c a pa c i t y   of   1000  l i t e r   i n s t a l l e a b ov e   t h e   r o o o   t h e   ki t c h e n   a n b a t hr o o m   a s   i n d i c a t e i n   F i gu r e   2.   S o ,   n o   h e a t   i s   l o s t   by   e v a p o r a t i o n.   T h e   w a t e r   t a n i s   c o a t e d   us i n b l a c k,   c o a l   t a r   e na m e l   p a i nt .   T h i s   b l a c o ut e r   s ur f a c e   ha s   a   go o a b s o r pt i o n   o f   s o l a r   ra d i a t i o n   ( = . 9) ,   s o m e   of   t h i s   a b s o r b e h e a t   i s   t h e n   p a s s e t o   w a t e r   by   c o n duc t i o n.   T hi s   h e a t e r   i s   c h e a p ,   e a s y   t o   m a ke   a n gi v e s   m o de r a t e l y   h o t   w a t e r   (20 o   a b ov e   a m b i e n t ).   T h e   he a t   l o s s   of   t h e   s y s t e m   i s   r e duc e by   i n s ul a t i ng    t h e   bo t t o m   of  t h e   t a n w i t h   po l y s t y r e n e   s h e e t s   of   c m   t hi c kn e s s .   T h e   t a n c a n   a l s o   b e   s h e l t e r e f r o m     t h e   w i n t o   r e duc e   t h e   c o n v e c t i v e   l o s s .   T h i s   w i l l   b e   d o n e   by   e n c a ps u l a t i ng  t h e   t a n i n   a   c o ve r e bo w i t h     a   t r a n s p a r e n t   gl a s s   L i d   3. c m   a b o ve   a n 10  c m   i n s ul a t i o n   b e l o w   [20] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020  :     58 9   -   5 99   594       F i gu r e   5 .   S c h e m a t i c   d i a g r a m   o f   pr o po s e s h e l t e r e w a t e r   s t o ra ge   t a n k       T h e   t a nk  a nd  i t s   c o n t e n t   (w a t e r   i n s i de   i t w i l l   b e   t r e a t e a s   a   c o m po s i t e   s y s t e m .   T h e   t e m pe r a t u r e   a t   w h i c h e a t   i s   l o s t   f r o m   t h e   s y s t e m   i s   t h e   o ut s i de   t e m pe ra t ur e   o f   t h e   t a n k   (   )   t o   a   f i r s t   a pp r o xi m a t i o   ,   t h e   m e a t e m pe ra t u r e   o f   t h e   w a t e [21] T h e   h e a t   b a l a n c e   o f   t h e   w a t e i n s i de   t h e   t a nk   i s   gi v e n   by   [18,   19,   21 ] :     ̇   =  ( )   (12)     W h e r e   i s   t h e   m e a t e m pe ra t u r e   o f   t h e   w a t e (K ) ,   ̇   i s   t he   m a s s   f l ow   ra t e   o f   w a t e r   (k g/ s ) ,     is   t h e   s pe c i f i c   h e a t   o f   w a t e r   ( kJ / kg . K ),     i s   t h e   t a n k’s   a r e a   ( m 2 )   i s   t h e   o v e r a l l   t h e r m a l   l o s s   c oe ff i c i e n t   (kW / m 2   K ) .       6.   S U M M ER   C O O LI N G   U S I N G   M A L Q A F     T h e   m a l q a f   o r   w i n c a t c h e r   i s   do m i na nt l y   us e d   i E gy pt   a s   e a r l y   a s   t h e   p r e - dy n a s t i c   pe ri o d   due   t o   i t s   s i m pl i c i t y   a nd  e a s e   o f   i m pl e m e n t a t i o n .   I t hi s   m e t h o s o m e   n a t u r a l   v e n t s   f a c e   n o rt h   t o   c a t c t h e   c o o l   pr e v a i l i n w i n ds .   It   i s   b a s e o n   t h e   na t u ra l   v e n t i l a t i o n   by   a l l o w i n c o o l e r   a i r   m o v e m e n t ,   a l l o w   s uff i c i e n t   l i g ht i n g ,   a v o i offe n s i v e   gl a r e   a n r e duc e   t h e   s a nd  a n dus t   i n   pr e v a l e n t   w i n ds .   It   h a s   b e e n   us e d   s uc c e s s f ul l y   i n   l o w - r i s e   h o us i n g   f o r   c e nt u r i e s   [2 2 23] .   In  t hi s   p a pe r,   a   de s c r i p t i o o f   a   s um m e c o o l i n o f   t h e   h o us e   w h i c i s   b a s e o t h e   m a l qa f   t h e o r y   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   6.   Co o l i n i s   a c hi e v e t hr o ugh   na t u r a l l y   pu s h i ng  t h e   a i r   i n s i de   t h e   h o us e   f r o m   t h e   n o r t h - e a s t   s i de   w i t a   s m a l l   w a t e b a s i n   c o m b i n e w i t a   s m a l l   f o un t a i i n s t a l l e i n   t h e   m i ddl e   o f   t h e   h o us e   dow n     t h e   m a l qf   [2 4 25] .           F i gu r e   6 .   N a t u ra l   a i r   f l o w   i n s i de   t h e   h o us e   w i t h   a   s i m p l e   m o i s t u r i z i n g   p r o c e s s       7.   S I M U LA TI O N   M A T L A B   s of t w a r e   i s   us e t o   s i m ul a t e   t h e   pe r f o r m a n c e   of   bo t h   t h e   s h e l t e r e w a t e r   s t o ra ge   t a n a n d   s pa c e   h e a t i n s y s t e m .   F i gur e   s h o w s   S i m ul i n b l o c di a gra m   o f   d o m e s t i c   s h e l t e r e w a t e r   s t o ra ge   t a n k ,   w h i c h   r e p r e s e nt s   t h e   w a t e r   c o l l e c t o r   m o de l .   T h e   i n p ut s   a r e   t he   a i r   t e m pe ra t u r e   a n s o l a r   ra di a t i o n.   T h e   o ut pu t   i s   w a t e r   t e m pe ra t u r e   (T W ).   F i gu r e   s h o w s   t h e   s pa c e   h e a t i n s y s t e m   m o d e l   r e pr e s e nt a t i o n   i n   S i m ul i nk:   T h e   m o de l   c o n s i s t s   o f   s pa c e   h e a t i ng  c o l l e c t o r   m o de l ,   P e bb l e     be s t o r a ge   uni t   m o de ,   a n h o us e   s pa c e   h e a t i n g   ra di a t o m o de l .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       D e s i gn   of   m odi f i e n at ur a l   e gy pt i an  s o l ar   h ous e   ( H anaa  M oham e d   F ar ghal l y )   595       F i gu r e   7 .   S i m u l i n k   b l o c di a g ra m   o f   do m e s t i c   s h e l t e r e w a t e s t o ra ge   t a n k           F i gu r e   8 .   S i m u l i n k   b l o c di a g ra m   o f   s pa c e   h e a t i n g   s y s t e m       8.   R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N S   T h e   de s i g n   s p a c e   h e a t i ng  l o a c a l c ul a t i o n s   f o r   t h e   s ugge s t e s o l a r   h o us e   a r e   s h o w n   i T a b l e   2.     T h e   s pe c i f i c a t i o n s   o f   di ffe r e nt   c o m po n e nt s   o f   pr o po s e s pa c e   h e a t i n s y s t e m   a r e   i l l us t ra t e i T a b l e   3.   F i gu r e   r e p r e s e n t s   t h e   i n do o r   t e m pe ra t u r e   us i n s pa c e   h e a t i ng  s us t e m   f i xe a t   25  o t hr o ug h o ut   t h e   da y   de s pi t e   c ha n g i n t h e   a t m o s ph e r i c   c o n d i t i o n s .       T a b l e   2 .   H e a t i n g   l o a d   c a l c ul a t i o n s   H = U A T   Bu t / h r   o F   (T R - T O )   A   ( ft 2 )   U   ( Bt u )   (h r)( f t 2 )( o F)   S u rf a c e   2 7 9 6 . 5 2 8   29   1 2 0 5 . 4   f t 2   0 . 0 8   E x t e ri o r   W a l l   (n e t )   2 1 3 0 . 0 5   29   6 5   f t 2   1 . 1 3   W i n d o w s     2 0 8 8 . 8 7   29   1 4 7   f t 2   0 . 4 9   D o o r s   1 7 5 3 . 4 5 0 2   29   1 0 0 7 . 7 3   f t 2   0 . 0 6   F l o o r s   1 4 6 1 . 2 0 8 5   29   1 0 0 7 . 7 3   f t 2   0 . 0 5   Ce i l i n g   1 0 2 3 0 . 1 0 6 7     T o t a l   5 1 7 7 . 5 3 2 1 7 6 7     In f i l t ra t i o n   1 5 4 0 7 . 6 3 8 8 7 6 7     D e s i g n   H e a t i n g   L o a d :   Bt u   / h r   1 2 7 5 1 . 1 4 9 4 1 5 2     D e s i g n   h e a t i n g   l o a d   ( Bt u / D D )   3 5 1 9 3 1 7 . 2 3 8 5 9 5 2 Bt u     J a n u a ry   b l e a t i n g   L o a d :   m   Bt u (Bt u / D D )   X (J a n u a ry   D D   = 1 2 7 5 1 . 1 5 * 2 7 6 =         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020  :     58 9   -   5 99   596   T a b l e   3 .   S pe c i f i c a t i o n s   o f   di ff e r e n t   c o n s t i t ue nt s   o f   t h e   p r o po s e s pa c e   h e a t i ng  s y s t e m   It e m s   V a l u e s   Co l l e c t o a r e a   9 5 . 1 5 6 4   f t 2 =   8 . 8 4   m 2   Ca s i n g   a n d   a   a b s o rb e r   m a t e r i a l   A l u m i n u m .   Co l l e c t o s l o p e   45°   Co l l e c t o a i f l o w   ra t e   1 8 5 . 5 7   c fm = 0 . 0 8 7 5 7 9 2 9 m 3 /s   P e b b l e   b e d   s t o ra g e   s i z e   7 9 . 5 3   f t 3 =   2 . 2 5 2   m 3   o f   r o c k   P e b b l e   s i z e   0 . 8 7 5 "   =   0 . 0 2 2 2 2 5   m   c o n c re t e   a g g r e g a t e           F i gu r e   9 .   S o l a h o us e   i n do o r   t e m pe ra t u r e       F i gu r e s   10   a nd  11  r e p r e s e nt   t h e   t e m pe r a t u r e   di f f e r e n c e   of   t he   a i r   c o l l e c t o r   f o r   a i m a s s   f l ow   r a t e s   o 0. 045  a nd  0. 0 kg/ s ,   r e s pe c t i v e l y .   It   c a n   b e   n o t e t ha t   t h e   t e m pe r a t u r e   di f f e r e n c e   de c r e a s e s   a s   t h e   a i r   m a s s   f l ow   r a t e   i n c r e a s e s .   W hi l e ,   F i gu r e   12  i ndi c a t e s   t h e   v a ri a t i o of   t h e r m a l   e f f i c i e n c y   w i t h   t i m e   f o r   di f f e r e n t   a i m a s s   f l ow   r a t e s .   A i r   m a s s   f l ow   r a t e   i s   v e r y   i m po r t a nt   f o r   c ol l e c t o r   e ff i c i e n c y   c a l c ul a t i o n s .   A s   c a n   b e   s e e n   i t h e   F i gu r e   10,   t h e   e ff i c i e n c y   i n c r e a s e s   t o   a   m a xi m um   v a l ue   duri n t h e   i nt e r v a l   1 2: 30  t o   1: 30P M ,   t h e n   de c r e a s e s   t ow a r ds   t h e   e v e n i n g .   T h e   r e s ul t s   s h o w   t h a t   t h e   c o l l e c t o r   e ff i c i e n c y   i n c r e a s e s   w i t h   t h e   a i r   m a s s   f l ow   ra t e   a n s o l a r   ra d i a t i o n   i n c r e a s i ng.   T h e   a v e ra ge   e f f i c i e n c y   c a l c ul a t e f o r   a i r   m a s s   f l ow   r a t e   of   0. 045  kg/ s   i s   0. 63 .   T h e   a v e r a ge   e ff i c i e n c y   c a l c ul a t e f o r   a i r   m a s s   f l ow   r a t e   of   0. 025  kg/ s   i s   0. 47 .   A c c o r di ng  t o   t h e   ( 6 ) t hi s   r e s ul t   c a n   b e   e xpl a i n e by   i n c r e a s i n t h e   a m o u n t   o f   h e a t   a b s o r b e by   t h e   c o l l e c t o r   w i t h   i n c r e a s e   t h e   i n t e n s i t y   of   t h e   i n c i de n t   s o l a r   r a d i a t i o n   du ri n t h e   da y l i ght .   A l s o ,   t he   a m o un t   o f   t h e   a b s o r b e d   h e a t   i s   i n c r e a s e w i t i n c r e a s i ng  a i m a s s   f l o w   r a t e .   F i gu r e s   13  a n 14  s h o w   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   s h e l t e r e w a t e r   s t o r a ge   t a n k   f o r   w a t e r   h e a t i ng  d u r i n g   t h e   s um m e r   a n w i n t e r   da y s ,   r e s pe c t i v e l y .   It   i s   i n di c a t e t ha t   t h e   t e m pe r a t u r e   o f   t h e   w a t e r   i n c r e a s e s   duri n g   da y l i gh t   h o ur s   a n de c r e a s e s   duri n t h e   n i g ht   h o u r s .   T h e   he a t e w a t e r   a t   t h e   h i g h e s t   t e m pe r a t u r e   37 ° C   a n d   52 ° i n   w i n t e r   a n s um m e r   i s   a v a i l a b l e   a t   pm .   T hi s   r e s ul t   c a n   b e   a t t r i b ut e t o   t h e   i n c r e a s e   t h e   a m o u n t   o h e a t   a b s o r b e dur i ng  d a y l i ght   a s   g i v e n   b y   ( 12 ) .           F i gu r e 10.   T e m pe ra t u r e   di f f e r e n c e   f o r   t h e   a i m a s s   f l o w   r a t e   o f   0. 045   kg/ s   7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 5 10 15 20 25 30 35 T i m e   ( h o u r s ) T e m p e r a t u r e     d i f f e r e n c e   ( 0 C ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       D e s i gn   of   m odi f i e n at ur a l   e gy pt i an  s o l ar   h ous e   ( H anaa  M oham e d   F ar ghal l y )   597       F i gu r e 11.   T e m pe ra t u r e   di f f e r e n c e   f o r   t h e   a i m a s s   f l o w   r a t e   o f   0. 030   kg/ s           F i gu r e   12 .   T h e r m a l   e f f i c i e n c y   a t   di f f e r e n t   a i m a s s   f l o w   r a t e s           F i gu r e   13 .   E v o l ut i o o f   f l ui t e m pe r a t u r e   o f   s h e l t e r e w a t e r   s t o r a ge   t a nk   i n   w i n t e r       7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 T i m e   ( h o u r s ) T e m p e r a t u r e   d i f f i r e n c e   ( 0 C ) 6 8 10 12 14 16 18 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 T i m e   ( h o u r s ) T h e r m a l   e f f i e n c y   ( % )     m a i r = 0 . 0 3 0   k g / s m a i r = 0 . 0 2 5   k g l s m a i r = 0 . 0 2 0   k g / s 0 5 10 15 20 25 10 15 20 25 30 35 40 T i m e   ( h o u r ) F l u i d   T e m p e r a t u r e   ( 0 C ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020  :     58 9   -   5 99   598       F i gu r e 14.   E v o l ut i o o f   f l ui t e m pe ra t u r e   o f   s h e l t e r e d   w a t e s t o r a ge   t a nk   i s um m e r       9.   C O N C LU S I O N     T h i s   p a pe r   p r e s e n t e t h e   de s i g n   o f   a   m o di f i e t w o - s t o r y   r e s i de n t i a l   s o l a r   h o us e   of   110  s qua r e   m e t e r s   fo r   a   m e di um - s i z e   f a m i l y   l o c a t e i n   C a i r o ,   E gy pt .   A   m a t h e m a t i c a l   m o de l i n a nd  M A T L A B   S i m ul i n m o de l   fo r   b o t h   t h e   s h e l t e r e w a t e r   s t o ra ge   t a nk  a n s o l a r   a i r   c o l l e c t o r   w e r e   pr e s e n t e d.   S p a c e   h e a t i n s y s t e m   c o l l e c t o r   e f f i c i e n c y   i n c r e a s e s   w i t h   i n c r e a s i n a i r   m a s s   f l ow   r a t e   a n s o l a r   r a d i a t i o n .   T h e   pe r f o r m a n c e   of    t h e   s h e l t e r e w a t e r   s t o ra ge   t a n s h o w s   t h a t   t h e   us e t a n w a s   a b l e   t o   h e a t   t h e   w a t e r   t ha t   f l o w s   t hr o ugh  i t ,   w h e n e v e r   t h e r e   i s   s o l a r   i l l u m i na t i o n ;   w h e r e   t h e   a m o unt   of  h e a t   a b s o r b e by   t h e   w a t e r   i s   pr o po r t i o n a l   t o     t h e   i n c i de n t   i n s o l a t i o n   l e v e l s .   It   c a n   y i e l w a t e r   t e m pe ra t u r e s   i n   e xc e s s   o f   50 o C.   T h e   h e a t e w a t e r   a t     t h e   h i g h e s t   t e m pe ra t u r e   o f   37 ° a n 52 ° i n   w i n t e r   a n s u m m e r   i s   a v a i l a b l e   a t   pm .   T h e   s i m pl e   s h e l t e r e wa t e r   s t o r a ge   t a nk   p r o po s e i n   t h i s   w o r c a n   b e   us e f o r   do m e s t i c   a nd  i n dus t ri a l   a pp l i c a t i o n s .       R EF ER EN C ES   [ 1]   L ubna   H a m e e d ,   A s a A l i   K ha n,   P o pul a t i o G r o w t a nd  I nc r e a s e   i D o m e s t i c   E l e c t r i c i t y   C o ns um pt i o i n   P a ki s t a n:   A   C a s e   S t udy   o f   B a ha w a l pur   C i t y ,”   t he   E x pl or e r   I s l am abad :   J ou r na l   of   So c i al   S c i e nc e s ,   v o l .   2 ,   no .   1,     pp.   27 - 33 ,   201 6 .   [ 2]   I o a S a r bu  a nd  M a r i us   A da m ,   A ppl i c a t i o ns   o f   s o l a r   e ne r gy   f o r   d o m e s t i c ho t w a t e r   a nd  bu i l d i ng s   he a t i ng / c o o l i ng ,   i nt e r n a t i o na l   j o ur na l   o f   e n e r g y ,   i s s ue   2 ,   v o l .   5,   2 0 11.       [ 3]   A bde e M u s t a f a   O m e r ,   T he   E ne r gy   C r i s i s ,   t he   R o l e   o f   R e ne w a bl e   a nd  G l o ba l   W a r m i ng ,”   G r e e n e r   J o ur na l   o f   E nv i r o nm e nt   M a na g e m e nt   a n P ubl i c   S a f e t y , v o l .   1 ,   n o .   1 ,   pp .   038 - 07,   20 12.   [ 4]   A l i r e z a   G he i r a t m a nd ,   R e z a   E f f a t ne j a d ,   M a hd i   H e da y a t i ,   T e c hni c a l   a nd   E c o no m i c   E v a l u a t i o o f   H y br i w i nd / P V / B a t t e r y   S y s t e m s   f o r   O f f - G r i A r e a s   us i ng   H O M E R   S o f t w a r e ,   I nt e r n a t i o na l   J o ur na l   o f   P ow e r   E l e c t r o ni c s   a nd  D r i v e   S y s t e m   ( I J P E D S ) ,   V o l .   7,   N o .   1,   pp .   134 - 14 3 ,   20 16     [ 5]   K r i s ha A r o r a * ,   A m a r de e S i ng V i r di ,   O f f - G r i E n e r g y   T e c hno l o g i e s   U s e i R u r a l   A r e a s   o f   I ndi a ,   B u l l e t i o f   E l e c t r i c a l   E ng i n e e r i ng   a nd   I nf o r m a t i c s ,   V o l .   2,   N o .   3,   pp .   190 ~ 19 3 ,   2013     [ 6]   V a r i o us   D i s a dv a nt a g e s   o f   F o s s i l   F u e l s ,   C o ns e r v e   E ne r gy   F ut ur e ,   [ O nl i ne ]   A v a i l a b l e :   ht t p s : / / w w w . c ons e r v e - e ne r gy - f u t u r e . c om / d i s ad v an t age s _ f o s s i l f ue l s . p hp   [ 7]   N i ne t   M o ha m e A hm e d,   H a na a   M o ha m e d   F a r g ha l l y ,   F a t e H o s ne y   F a hm y ,   O pt i m a l   S i z i ng   a nd  E c o no m i c a l   A na l y s i s   o f   P V - W i nd  H y br i d   P o w e r   S y s t e m   f o r   W a t e r   I r r i g a t i o u s i ng   G e ne t i c   A l g o r i t hm ,”   I nt e r n a t i o na l   J o ur n a l   o f   E l e c t r i c a l   a nd  C o m pu t e r   E ng i ne e r i ng   ( I J E C E ) ,   v o l .   7,   n o .   3,   p p.   17 9 7 - 1814,   A ug .   201 7.   [ 8]     S o l a r   H o us e   -   S t ud e nt ,   T he   E nv i r o nm e nt a l   L i t e r a c y   C o unc i l ,   [ O nl i n e ] ,   A v a i l a b l e :   ht t p s : / / e nv i r o l i t e r a c y . o r g /   t e a c hi ng - r e s o ur c e s / a p - e nv i r o nm e nt a l - s c i e nc e - c o ur s e - m a t e r i a l / s o l a r - ho us e - s t u de n t - 2/ .   [ 9]   W e ndy   V a N o r de a nd  W a l t e r   W e r ne r ,   S o l a r   H o us e   T e a c he r ,   L a T e m pl a t e ,   T h e   E nv i r o nm e n t a l     L i t e r a c y   C o un c i l ,   [ O nl i ne ] ,   A v a i l a bl e :   ht t p s : / / e nv i r o l i t e r a c y . o r g / t e a c hi ng - r e s o ur c e s / a p - e nv i r o nm e n t a l - s c i e nc e - c o ur s e - m a t e r i a l / s o l a r - ho us e - s t u de n t - 2/   [ 10]   J .   A .   C a nd a ne do   a nd  A .   K .   A t hi e n i t i s ,   A   s y s t e m a t i c   a p pr o a c f o r   e ne r gy   de s i g o f   a dv a nc e s o l a r   ho us e s ,     i 2009   I E E E   E l e c t r i c a l   P o w e r   &   E n e r g y   C o nf e r e nc e   ( E P E C ) ,   pp .   1 6,   20 09.       [ 11]   O f f i c e s -   N a t i o na l   L a bs ,   P a s s i v e   S o l a r   H o m e   D e s i g n ,”   E ne r gy . gov   [ O nl i ne ] ,   A v a i l a b l e :   ht t ps : / / w w w . e ne r gy . gov /   e ne r g y s a v e r / e ne r gy - e f f i c i e nt - ho m e - de s i g n/ pa s s i v e - s o l a r - ho m e - de s i gn .   [ 12]   H a L i ,   Y ue   L i u ,   Y ut i ng   B i a n,   R uo na n   X u,   R e s e a r c o t he   e v a l u a t i o m e t ho o f   de s i g s c he m e   o f   s o l a r   ho us e , ”  C o nf e r e nc e :   2014  2 6t h   C h i ne s e   C o nt r o l   a nd  D e c i s i o C o nf e r e nc e   ( C C D C ) ,   201 4.   [ 13]   T .   Y ue ,   Y .   W a ng ,   a nd  Y .   W a ng ,   R e s e a r c o t he   pr o m o t i o o f   S ol a r   E n e r g y   H o us e ,   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o n   M a t e r i a l s   f o r   R e ne w a b l e   E n e r g y   &   E nv i r o nm e nt ,   pp.   2 47 2 50,   2 01 1.   0 5 10 15 20 25 20 25 30 35 40 45 50 55 T i m e     ( h o u r s) F l u i d   T e m p e r a t u r e   ( 0 C ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.