This master's thesis analyzes and redesigns the current performance design of the Main Library in Najran University campus, Najran, the Kingdom of Saudi Arabia (KSA) to achieve a completely energy independent and off-grid building. The research demonstrates the energy development in KSA, investigates and analyzes the project, and studies the energy systems. Climate data for Najran city was generated and analyzed in Climate Consultant 6.0. The research examines case studies from hot-arid climates that are responsive climatically. In addition, the energy generation and storage systems are calculated and specified to the building and its site; Quick Energy Simulation Tool (eQUEST) was used to analyze and simulate the energy use in the existing building. Furthermore, Revit software was utilized to develop the project design and simulate daylight intensity for indoor and outdoor spaces. Additionally, Cool Vent simulated the natural ventilation for the building for the low-energy performance case and the high-energy performance case, and direct passive evaporative cool towers were simulated in COOLT software. Appropriate building envelopes, passive cooling strategies, and native landscapes are applied to the off-grid case. Solar power generation outcomes, wind turbines output, batteries size are optimized in HOMER energy simulation software; thus, this off-grid building generates electricity more than its use, then, stores the extra energy in batteries banks. Through this research energy independency was accomplished with a reduction in total energy consumption by 64%, and human thermal comfort levels were attained in the proposed design.

When the pandemic hit, and grocery stores and other necessities started to shut down and create havoc amongst the general public, it became clear that having the ability to rely on a self-sufficient homestead might be the only way to survive and thrive. As a graduate student who has studied architecture and sustainability, this idea seems possible. As an average human with no prior architectural or homesteading knowledge, this idea is daunting. This thesis is asking, is there a systematic way to develop a tool to evaluate, and aid in the design of, a self-sustaining, off-grid homestead? Can this tool make homesteading and living a self-sufficient, off-grid lifestyle more attainable to any person who wishes to try it out? With these questions in mind, the Homestead Helper Handbook: A Guide to Help Start a Self-Sufficient, Off-Grid Homestead in New England from the Ground Up has been developed to offer a cohesive approach, detailing the components that could go into the makeup of the homestead. Suggestions regarding the site, livestock, crops, and built structures will be made based off of specific input values of the future homesteader, leaving the reader with a well-rounded, precise breakdown and understanding of what might go into the homestead, allowing it to successfully function off-grid and self-sufficiently. Thus, it makes the idea of living a self-sufficient and off-grid life in New England more attainable to any human who wishes to do so.

The challenge of managing the present and projected electricity energy needs along with targets of mitigating CO2 emissions leads to the need for energy systems to reduce reliance on fossil fuels and rely on more energy from renewable sources. The integration of more renewable energy technologies to meet present and future electricity demand leads to more challenges in matching the trade-o between economic, resilient, reliable and environmentally friendly solutions. Energy storage technologies can provide temporal resilience to energy systems by solving these challenges. Energy storage systems can improve the reliability of energy systems by reducing the mismatch between supply and demand due to the intermittency of renewable energy sources. This thesis presents a comprehensive analysis of various energy storage systems, analyzing their speci c characteristics including capital cost, e ciency, lifetime and their usefulness in di erent applications. Di erent hybrid energy systems are designed to analyze the impacts of renewable and non-renewable energy sources and energy storage systems in residential on-grid and o -grid buildings and districts. An optimization analysis is performed to determine which technology combinations provide the most economic solution to meet electric energy demands. The optimization analysis is solved using the "energy hub" model formulation which optimizes energy system operation and capacity of di erent technologies. Di erent energy systems can be optimized by using energy hub model, including multiple input energy carriers that are converted to multiple energy outputs. The analysis in this thesis employs a building simulation tool to model residential building, and real data sets to explore the di erent electricity pro le e ects on the results. The environmental e ect of hybrid energy systems comparing with base cases of conventional energy systems or grid connection are also analyzed. Results show that the feasibility of energy storage systems is a factor of di erent variables including capital cost of energy converters and energy storage systems, cost of input streams (grid electricity in on-grid systems and diesel fuel in o -grid systems, energy demand pro les and availability of renewable energy sources. The on-grid single and district buildings do not select storage technologies at current costs due to cheap grid electricity. Reduction in the cost of renewable energy technologies and/or energy storage systems (e.g. Li-ion batteries) results in more energy storage installations. In o -grid systems (single buildings and districts), Li-ion battery and pumped hydro are the main storage systems that can balance the daily and seasonal energy demands. / Graduate / 2021-03-13

This project was done at Mälardalens University at the school of Innovation, Design & Engineering. The project is a thesis of 15hp for the program in innovation and product design, the project began in spring 2018 and was completed in the summer 2020, its focus on design and construction with regards to, among other things, the environment. The work covers a project development process where a self-sufficient accommodation inside of a shipping container is designed and constructed with a goal to end in an overall construction. The project is not for a company but comes from an individual idea where the result is presented in the form of a report and a entailed CAD-assembly of the accommodations different parts. The content and construction of the accommodation is produced with the first phases of the project development processes, information is collected, concepts are created, and solutions are designed. These phases are iterated so that the result generates a as solid base as possible. Through the work process, the environment and cost are of great importance. The result of the project was an accommodation, which for a week is self-sufficient in electricity and water usage for one person. The resulting accommodation includes; bathroom with shower and toilet, kitchen with sink and gas-hob, electricity and water central where electricity and water is stored and processed, and bed, table and storage. All these functions are located on a floor area of 9,3 m2. The accommodation is constructed in CAD, where its different systems have been developed and designed at a basic level for easy further work at a detail level. The accommodation is not fully designed/constructed but provides an overall plan on how this type of accommodation can be created and its approximate cost, 95´000:-. The solutions and costs may differ in the realization of the accommodation as certain delimitations were made so that this work could be carried out. The project har several development directions where the focus can be within; detail development, selfsufficient living, or temporary conventional accommodation. / Detta examensarbete gjordes på Mälardalens Högskola på akademin för Innovation, Design Teknik. Arbetet är ett examensarbete på 15hp för programmet i innovation och produktdesign, arbetet påbörjades våren 2018 och slutfördes sommaren 2020, det är inriktat på design och konstruktion med avseende på bland annat miljö. Arbetet består av en produktutvecklingsprocess där ett självförsörjande boende inuti en container designas och konstrueras med avseende att sluta i en övergriplig konstruktion. Arbetet sker inte mot ett företag utan kommer från en individuell idé där resultatet presenteras i form av en rapport och en medförande CAD-sammanställning som utgör boendets olika delar. Boendets innehåll och konstruktion har tagitsfram med hjälp av produktutvecklingsprocessens första faser, insamlad information leder till koncept som leder till lösningar. Dessa faser itereras för att resultatet ska generera en så ordentlig bas som möjligt. Genom arbetets gång har miljö och kostnad stor vikt. Resultatet blev ett boende vilket under en veckas period är självförsörjande av el och vatten för en person. Boendet inkluderar; badrum med dusch och toalett, kök med diskho och gasolplatta, el-och vatten-central där el och vatten förvaras och processas, och säng, bord och förvaring. Alla dessa funktioner ligger på en golvyta av 9,3 m2.Boendet är konstruerat i CAD där dess olika delsystem tagits fram och designats på grundnivå för enkelt vidarearbete av detaljnivå. Boendet är inte designat/konstruerat till fullo utan ger en övergriplig plan om hur ett boende av denna typ kan skapas och dess ungefärliga kostnad, 95 ́000:-. Boendets lösningaroch kostnader kan skilja sig vid förverkligandet av boendet då vissa avgränsningar gjordes för att detta arbete skulle kunna genomföras. Arbetet har flera potentiella utvecklingsriktningar där fokus kan ligga inom; detaljutveckling, självförsörjning, eller portabelt temporärt konventionell boende.

No description available.

No description available.

The high costs and high risks of transporting fuel to combat zones make fuel conservation a dire need for the US military. A towable hybrid electric system can help relieve these issues by replacing less fuel efficient standalone diesel generators to deliver power to company encampments. Currently, standalone generators are sized to meet peak demand, even though peak demand only occurs during short intervals each day. The average daily demand is much less, meaning generators will be running inefficiently most of the day. In this thesis, a simulation is created to help determine an optimal system design given a load profile, size and weight constraints, and relocation schedule. This simulation is validated using test data from an existing system. After validation, many hybrid energy components are considered for use in the simulation. The combination of components that yields the lowest fuel consumption is used for the optimal design of the system. After determining the optimal design, a few design parameters are varied to analyze their effect on fuel consumption. The model presented in this thesis agrees with the test data to 7% of the measured fuel consumption. Sixteen system configurations are run through the simulation and their results are compared. The most fuel efficient system is the system that uses a 3.8kW diesel engine generator with a 307.2V, maximum capacity LiFeMgPO? battery pack. This system is estimated to consume 21% less fuel than a stand-alone generator, and up to 28% less when solar power is available. / Master of Science

Syfte: Dagens samhälle blir mer och mer energimedvetet och regeringen sätter upp riktlinjer för bland annat byggsektorn i form av nya regler från Boverket. Ett av den svenska regeringens mål för klimat- och energipolitiken är att till år 2020 minska klimatutsläppen med 40 % och energianvändningen ska vara 20 % effektivare än i dagsläget. Ett led i detta är att bygga byggnader som är mer energieffektiva eller till och med tillverkar sin egen energi. Byggbranschen i Sverige står i dagsläget för cirka 40 % av koldioxidutsläppen, majoriteten av utsläppen sker vid producering av energi som tillförs byggnaderna under brukningsskedet. Målet för arbetet är att granska lönsamheten hos off-grid-förskolor i en mindre kommun i Mellansverige ur ett ekonomiskt perspektiv. Metod: Arbetet är en fallstudie som undersöker projektering av förskolor som planerar byggas i en mindre kommun i Mellansverige. Förskolan ska vara självförsörjande på energi genom att ha solceller på taket tillsammans med vätgasbränsleceller. Med det systemet ska hela byggnadens energibehov kunna tillgodoses. Intervjuer genomförs med de aktörer som ska bygga förskolan, både från beställarsidan och utförarsidan. Dokumentanalys av bygghandlingar används för att göra en LCC-analys som jämför den planerade energikällan mot bergvärme och passivhus. Resultat: Det är inte ekonomiskt lönsamt att använda vätgasbränslecell med solceller som energikälla. LCC-analysen indikerar att det inte är lönsamt att investera i vätgasbränsleceller som energikälla eftersom initialkostnaden är så hög att den inte går att ta igen ekonomiskt under byggnadens livstid jämfört med de andra två alternativ som undersökts. Formfaktorn är bra men det finns utrymme för förbättringar främst i minskad fönsterarea och en mer kvadratisk byggnad som leder till minskad väggarea och därmed lägre byggpris. Både LCC-analysen och intervjuerna indikerar att vätgasbränsleceller är en dyr teknik i dagsläget. Det behövs fler satsningar från politiskt håll för att få igång debatt om bränsleceller och skapa förutsättningar för att företag och privatpersoner ska kunna satsa på tekniken. Det kan dock vara lönsamt för en kommun på andra sätt, till exempel genom att ny industri och fler jobb lockas till kommunen. Konsekvenser: Slutsatsen är att det i dagsläget inte verkar vara lönsamt med vätgasbränslecell som energikälla. Ämnet behöver studeras i större perspektiv där den nya industrin som genereras av kommunens satsning på vätgasbränsleceller tas i beaktning. Begränsningar: Studien utgår från det planerade projektet i Mariestads kommun och har inte jämförts med några andra liknande projekt. Studien tittar på initial- och driftkostnader och tar inte med miljöaspekten i värderingen om lönsamhet. / Purpose: Today’s society is becoming more and more energy conscious and the government sets guidelines for, inter alia, the construction sector in the form of new regulations by the Boverket. One of the Swedish government´s goals for climate and energy policy is to reduce climate emissions by 40% and 20% more efficient energy use than now. A part of this is to build buildings that are more energy efficient or even produce their own energy. The construction industry is Sweden currently accounts for about 40% of the carbon dioxide emissons, the majority of emissions occur in the production of energy supplied to buildings during the use phase. The aim of the work is to review the profitability of off-grid preschools in a small municipality in central Sweden from an economic perspective. Method: This study is a case study that investigates the planned project of kindergartens in a smaller municipality in mid-Sweden. The kindergarten is supposed to be off-grid, self-sustained, in energy using photo voltaic cells on the roof together with hydrogen fuel cells. With this system the entire energy need of the building will be provided. Interviews are performed with participants of the project, both client and contractor. A document analysis is used to make an LCC analysis that compares the intended energy source with a geothermal one and zero energy building. Findings: It is not economically profitable to use hydrogen fuel cell in conjunction with photo voltaic cells as an energy source. The LCC analysis indicates that it is not profitable to invest in hydrogen fuel cells as an energy source since the initial cost is so high that it can´t be recouped within the life span of the building compared to the two other options investigated. The form factor is good but there is room for improvements especially in cut window area and a square shaped building that leads to smaller wall area and therefore less expensive building. Both the LCC analysis and the interviews indicate that hydrogen fuel cells as of today is an expensive technique. More political engagement is required to start debate about fuel cells and to create conditions for companies and individuals to be able to invest in the technique. It can however be profitable for a municipality in other ways, i.e. new industries and more jobs in the municipality. Implications: The conclusion is that it is not economically profitable to use hydrogen fuel cells as an energy source. The subject needs to be studied in a greater context considering the new industries generated by the municipality’s investment in hydrogen fuel cells. Limitations: The study generates from the planned project in Mariestads municipality and has not compared with other similar projects. The study investigates initial costs and maintenance costs and does not consider the environmental aspect in profitability.

Målet med den här undersökningen har varit att se om fastigheten Orkestern 1 går att koppla off-grid och om det är ekonomiskt försvarbart eller om en on-grid lösning är bättre. Förutsättningarna är goda med ett stort tak med plats för solpaneler i öst-västlig riktning och en årsmedelvind på 4 m/s. Då huset är nybyggt och välisolerat är även energiförbrukning låg. För att kunna beräkna hur mycket energi som ska produceras i form av värme och el med hjälp av solceller, vindkraftverk, pelletskamin och dieselverk upprättas en energibalans och energifördelning med hjälp av transmission och ventilationsberäkningar. Lagring av energi görs i form av pellets, batteri och biodiesel. Simuleringsprogrammet för solceller Polysun används för att beräkna produktion av solel över varje månad på året. Diagram upprättas över året indelat i månader där det framgår hur stort energibehovet är och visar hur stor del varje energiproducent har varje månad. En pay-off kalkyl görs för att se om det är ekonomiskt lönsamt och för att kunna jämföra mellan två olika off-grid system. Pay-off kalkylen används också för att jämföra mellan off-grid och on-grid system. Resultatet landar i att on-grid systemet är ekonomiskt hållbart medan off-grid systemet inte är det men är ändå fullt genomförbart. / The main target of this examination has been to see if the real estate Orkestern 1 has the possibility to go off-grid and if it is economical defendable or if on-grid solution is a better way to go. The prerequisites are good with a large roof to place solar panels to the east and west, a yearly average windspeed at 4 m/s and a low energy consumption because the house is new built and well insulated. To calculate how much energy that must be produced in form of heat and electricity with solar cells, windmills, pellet stove and diesel generator an energy balance and an energy distribution will be prepared with help of calculations of transmission and ventilation loses. Storage of energy will be done in form of pellets, battery and biodiesel. The simulation program for solar panels Polysun is used to calculate the produced solar energy for each month on the year. Diagram is prepared for each month to see the need of energy and how much every energy producer is delivering. A straight pay-off calculation is done to see if there are any economic benefits and to compare between off-grid and on-grid systems. The result will be that on-grid system is better economical but still the off-grid system is doable.

In the villages along the Amazon river, the access to clean drinking water is lacking. In Progreso, the Swedish foundation Ankarstiftelsen and the non-governmental organization Entropika have installed a water purification system to solve this problem. The water used in the purification system is today pumped from a tributary to the Amazon river with a gasoline pump. This comes with social, ecologic and economic problems. To solve these problems, a solar water pumping system has been developed. After a preparing literature study on the topic, a field study was done to find relevant data. From this, an Excel program was made to optimize a suitable solution. Together with suggestions from three companies, two with a surface pump and one with a submersible pump, the system including a submersible pump was considered the most preferable. This mainly due to lower cost, weight and maintenance. Further, the suggestions were used to control the accuracy of the developed Excel program. This program can be used for future optimizations of systems with similar character. / I byarna längs Amazonfloden är tillgången till rent dricksvatten bristfällig. Organisationerna Ankarstiftelsen och Entropika är verksamma i området och arbetar för en ökad levnadsstandard åt lokalbefolkningen. I byn Progreso har organisationerna installerat ett vattenreningssystem för att lösa problemet. Systemet använder flodvatten som renas med sandfilter och sedimentering. Vattnet pumpas idag från en biflod till Amazonfloden med en bensindriven pump. Pumpen är mycket stöldbegärlig och måste därför bäras ner till floden vid varje användning. Den väger 70 kg och utgör en arbetsbörda för vattenmästaren i byn. Utöver det är regelbundna kostanden för drivmedlet ett problem då invånarna saknar en stabil inkomst. Dessutom orsakar den bensindrivna pumpen miljöfarliga utsläpp. För att lösa de sociala, ekonomiska och ekologiska bristerna har ett solvattenpumpssystem dimensionerats. Efter en förberedande litteraturstudie inom ämnet utfördes en fältstudie i Progreso för att hitta relevanta data. Fältstudien bestod av distansmätningar och intervjuer med invånarna. Intervjuerna gav svar på huruvida dagens system fungerar samt det önskade vattenbehovet från det nya systemet. Med funna data kunde beräkningar utföras och ett Excelprogram utvecklas för att optimera ett för platsen passande system. Från tre systemförslag framtagna av företag, två förslag med ytpump och ett med en dränkbar pump, togs beslutet att den dränkbara pumpen var att föredra. Detta främst på grund av lägre kostnad, vikt och underhåll. Vidare användes förslagen för att undersöka pålitligheten hos Excelprogrammet som ämnar till att används för framtida system av liknande karaktär.