This thesis describes the influence of thermal mass on the space conditioning energy consumption and indoor comfort conditions of multi-storey buildings with concrete, steel and timber structural systems. The buildings studied were medium sized educational and commercial buildings. When calculating a building’s life-cycle energy consumption, the construction materials have a direct effect on not only the building’s embodied energy but also on the space conditioning energy. The latter depends, amongst other things, on the thermal characteristics of the building’s materials; thermal mass can also be an influence on comfort conditions in the building. A modelling comparison has been undertaken between three very similar medium-sized buildings, each designed using structural systems made primarily of timber, concrete and steel. The post-tensioned timber version of the building is a modelled representation of a real three-storey educational building that has been constructed recently in Nelson, New Zealand. The concrete- and steel-structured versions have been designed on paper to conform to the required structural codes and meet, as closely as possible, the same performance, internal space layout and external façade features as the real timber-structured building. Each of these three structurally-different buildings has been modelled with two different thermal envelopes (code-compliant and New Zealand best-practice) using a heating, ventilating and air conditioning (HVAC) system with heating only (educational scheme) and heating and cooling (commercial scheme). The commercial system (with cooling) was applied only to the buildings with the best-practice thermal envelope. The analysis of each of these nine different construction and usage categories includes the modelling of operational energy use with an emphasis on HVAC energy consumption, and the assessment of indoor comfort conditions using predicted mean vote (PMV). From an operational energy use perspective, the modelling comparison between the different cases has shown that, within each category (code-compliant, low-energy and low-energy-commercial), the principal structural material has only a small effect on overall performance. The most significant differences are in the building with the best-practice thermal envelope with the commercial HVAC system, were the concrete building has slightly lower HVAC energy consumption, being 3 and 4% lower than in the steel and timber buildings respectively The assessment of indoor comfort conditions during occupied periods through using PMV for each of the three categories shows that the timber structure consistently exhibited longer periods in the over-warm comfort zone, but this was much less pronounced in south-facing spaces. To examine the reasons for the less acceptable PMV in the timber-structure versions, an analysis of indoor timber and concrete surface temperatures was carried out in both buildings. It was found that, particularly in north-facing spaces, there were large diurnal swings in the temperatures of timber surfaces exposed to solar radiation. These swings were much less in the case of concrete surfaces so the environment was perceived to be more comfortable under such conditions because of the reduced influence of higher mean radiant temperatures. To moderate this potential downside of solar-exposed internal timber surfaces, better results are achieved if, when timber is used for thermal mass, the timber is not exposed to direct solar radiation, for example locating it in the ceilings or on the south side of the building. Two other approaches to combating the potential overheating problem in the timber-structured buildings were analysed in an illustrative mode; addition of external louvres to reduce direct solar gains at critical times of day and year; and use of phase change material (PCM) linings to act as light-mass energy buffers. Although external louvres increase comfort conditions significantly by reducing the periods of an overly warm environment, they produce an increase in heating energy consumption through reducing beneficial solar gains. The use of PCM linings shows little benefit to overall indoor comfort conditions for the building of this case-study.

O conforto térmico e a qualidade do ar interior são fatores importantes a serem considerados tanto na fase de projeto quanto na operação dos edifícios. Este trabalho tem como objetivo avaliar as condições do ambiente térmico durante operação do sistema de condicionamento de ar por meio de medições em campo no período de verão. A pesquisa foi realizada em nove edifícios corporativos com climatização artificial na cidade de São Paulo, que foram selecionados conforme critérios pré-estabelecidos de sistema central com distribuição de ar por dutos. A estratégia de medição e o dimensionamento estatístico do número de amostras por edifício foram determinados de acordo com os resultados das primeiras medições. Coletaram-se os dados dos parâmetros ambientais com instrumentação correspondente em três pavimentos aleatórios de cada edifício. Posteriormente, compararam-se os dados com os níveis estipulados por normas técnicas nacionais e internacionais de conforto térmico e qualidade do ar interior, a fim de verificar a eficiência dos sistemas de distribuição de ar dos edifícios pesquisados no que diz respeito à remoção de poluentes, baseado na medição da concentração de dióxido de carbono, e ao provimento do conforto através da análise de variáveis como temperatura, umidade relativa e velocidade do ar. Os resultados mostraram que a maior parte da amostra se enquadrou nas categorias de ambientes térmicos estabelecidos pelas normas e que existe um potencial de conservação de energia nos edifícios de escritório em São Paulo. / Thermal comfort and indoor air quality are important factors to be considered during building design and operation. This study aims to evaluate thermal environment conditions during air conditioning system operation through field measurements in summer. The survey was conducted in nine office buildings with mechanical cooling in São Paulo. Measurement strategy and statistical determination of the number of samples per building were determined in accordance to the results of initial measurements. Environmental parameters data was collected with corresponding instrumentation in buildings and then compared with the levels required by national and international standards for thermal comfort and indoor air quality in order to verify air distribution efficiency in regard of pollutants removal, based on carbon dioxide concentration, and the provision of comfort through the analysis of variables such as temperature, relative humidity and air velocity. The results showed that most of the sample fitted into the categories of thermal environment established by the standards and that there is potential for saving energy in air-conditioned buildings in Sao Paulo.

O conforto ambiental requer a busca de alternativas de projeto que promovam menos impacto energético na arquitetura. Em locais de climas quentes e úmidos, a ventilação natural é uma das estratégias de projeto; inseridos nesta visão, os elementos vazados (cobogós ou combogós, com são popularmente conhecidos no nordeste brasileiro) agem como componentes arquitetônicos que proporcionam permanente ventilação natural, proteção solar e iluminação natural, além de facilidade de fabricação. Apesar do uso secular dos elementos vazados, eles perderam espaço na produção arquitetônica contemporânea, e são raras pesquisas com vistas a aprimorar seu potencial como alternativa passiva de projeto. Entretanto, existe consciência dos problemas acústicos correlatos que advém da sua utilização na ventilação natural, tais como o comprometimento na isolação dos ruídos externos e na privacidade entre ambientes. O presente trabalho, por esses motivos, tem por proposta desenvolver um elemento vazado acústico, objetivando utilizá-lo na minoração do problema da dicotomia entre os aspectos térmicos e acústicos envolvidos. O desempenho do isolamento sonoro in situ dos elementos criados foi avaliado com base na Norma ISO 140-5, tendo sido também estudado o desempenho da ventilação natural através de simulações computacionais, utilizando métodos da dinâmica dos fluidos computacional - CFD. Foram desenvolvidos 4 tipos de blocos, todos eles avaliados em diferentes montagens numa parede do tipo fachada, segundo 3 condições: fechados e abertos (com e sem material absorvente). Os resultados revelaram o quão susceptível é a transmissão do ruído em aberturas de ventilação, entretanto, resultados satisfatórios de isolamento sonoro foram obtidos, principalmente em uma das montagens (bloco tipo 3, caixa), a qual apresentou desempenho similar ao bloco fechado com um Índice de Redução de Ruído Padrão Global (Dntw) de 27 dB. Esta montagem apresenta relação de área aberta satisfatória para promover a ventilação natural dentro de um ambiente (confirmada pelo melhor desempenho comparativo de ventilação dos blocos simulados), além de apresentar isolamento sonoro superior ao de outros (poucos) elementos existentes no mercado, com o objetivo de promover a ventilação natural e reduzir a transmissão de ruído para se obter bom desempenho. / The environmental comfort requires the search for design alternatives that promote less energy impact on architecture. In places with hot and humid climates, natural ventilation is one of design strategies; into this vision, the hollow elements (cobogós or combogós, as popularly known in northeastern Brazil) act as architectural components that provide permanent natural ventilation, sun protection and natural lighting, and ease of manufacture. Despite the secular use of hollow elements, they lost space in contemporary architectural production, and there are few surveys with a view to enhancing its potential as an alternative passive design. However, there is awareness of the problems related noise that comes from its use in natural ventilation, such as commitment in the isolation of external noise and privacy between environments. In this work, for these reasons, the proposal is to develop an element hollow sound, aiming to use it in alleviating the problem of the dichotomy between the thermal and acoustic aspects involved. The performance of sound insulation in situ of the elements created was assessed based on the ISO 140-5, was also studied the performance of natural ventilation through computer simulations, using methods of computational fluid dynamics - CFD. Were developed 4 types of blocks, all studied at different mounts on a wall like facade, according to 3 conditions: closed and open (with and without sound absorption material). The results revealed how likely is the transmission of noise from the vent, however, satisfactory sound insulation were obtained, especially in one of the mounts (block type 3, box), which presented a performance similar to a closed block with index Noise Reduction Global Standard (Dntw) of 27 dB. This assembly has an open area ratio of satisfactory to promote natural ventilation in an environment (confirmed by the comparative performance of simulated ventilation of the blocks), while maintaining sound insulation than the other (few) elements in the market, with the objective to promote natural ventilation and reduce noise transmission to achieve good performance

O conforto ambiental requer a busca de alternativas de projeto que promovam menos impacto energético na arquitetura. Em locais de climas quentes e úmidos, a ventilação natural é uma das estratégias de projeto; inseridos nesta visão, os elementos vazados (cobogós ou combogós, com são popularmente conhecidos no nordeste brasileiro) agem como componentes arquitetônicos que proporcionam permanente ventilação natural, proteção solar e iluminação natural, além de facilidade de fabricação. Apesar do uso secular dos elementos vazados, eles perderam espaço na produção arquitetônica contemporânea, e são raras pesquisas com vistas a aprimorar seu potencial como alternativa passiva de projeto. Entretanto, existe consciência dos problemas acústicos correlatos que advém da sua utilização na ventilação natural, tais como o comprometimento na isolação dos ruídos externos e na privacidade entre ambientes. O presente trabalho, por esses motivos, tem por proposta desenvolver um elemento vazado acústico, objetivando utilizá-lo na minoração do problema da dicotomia entre os aspectos térmicos e acústicos envolvidos. O desempenho do isolamento sonoro in situ dos elementos criados foi avaliado com base na Norma ISO 140-5, tendo sido também estudado o desempenho da ventilação natural através de simulações computacionais, utilizando métodos da dinâmica dos fluidos computacional - CFD. Foram desenvolvidos 4 tipos de blocos, todos eles avaliados em diferentes montagens numa parede do tipo fachada, segundo 3 condições: fechados e abertos (com e sem material absorvente). Os resultados revelaram o quão susceptível é a transmissão do ruído em aberturas de ventilação, entretanto, resultados satisfatórios de isolamento sonoro foram obtidos, principalmente em uma das montagens (bloco tipo 3, caixa), a qual apresentou desempenho similar ao bloco fechado com um Índice de Redução de Ruído Padrão Global (Dntw) de 27 dB. Esta montagem apresenta relação de área aberta satisfatória para promover a ventilação natural dentro de um ambiente (confirmada pelo melhor desempenho comparativo de ventilação dos blocos simulados), além de apresentar isolamento sonoro superior ao de outros (poucos) elementos existentes no mercado, com o objetivo de promover a ventilação natural e reduzir a transmissão de ruído para se obter bom desempenho. / The environmental comfort requires the search for design alternatives that promote less energy impact on architecture. In places with hot and humid climates, natural ventilation is one of design strategies; into this vision, the hollow elements (cobogós or combogós, as popularly known in northeastern Brazil) act as architectural components that provide permanent natural ventilation, sun protection and natural lighting, and ease of manufacture. Despite the secular use of hollow elements, they lost space in contemporary architectural production, and there are few surveys with a view to enhancing its potential as an alternative passive design. However, there is awareness of the problems related noise that comes from its use in natural ventilation, such as commitment in the isolation of external noise and privacy between environments. In this work, for these reasons, the proposal is to develop an element hollow sound, aiming to use it in alleviating the problem of the dichotomy between the thermal and acoustic aspects involved. The performance of sound insulation in situ of the elements created was assessed based on the ISO 140-5, was also studied the performance of natural ventilation through computer simulations, using methods of computational fluid dynamics - CFD. Were developed 4 types of blocks, all studied at different mounts on a wall like facade, according to 3 conditions: closed and open (with and without sound absorption material). The results revealed how likely is the transmission of noise from the vent, however, satisfactory sound insulation were obtained, especially in one of the mounts (block type 3, box), which presented a performance similar to a closed block with index Noise Reduction Global Standard (Dntw) of 27 dB. This assembly has an open area ratio of satisfactory to promote natural ventilation in an environment (confirmed by the comparative performance of simulated ventilation of the blocks), while maintaining sound insulation than the other (few) elements in the market, with the objective to promote natural ventilation and reduce noise transmission to achieve good performance

O conforto térmico e a qualidade do ar interior são fatores importantes a serem considerados tanto na fase de projeto quanto na operação dos edifícios. Este trabalho tem como objetivo avaliar as condições do ambiente térmico durante operação do sistema de condicionamento de ar por meio de medições em campo no período de verão. A pesquisa foi realizada em nove edifícios corporativos com climatização artificial na cidade de São Paulo, que foram selecionados conforme critérios pré-estabelecidos de sistema central com distribuição de ar por dutos. A estratégia de medição e o dimensionamento estatístico do número de amostras por edifício foram determinados de acordo com os resultados das primeiras medições. Coletaram-se os dados dos parâmetros ambientais com instrumentação correspondente em três pavimentos aleatórios de cada edifício. Posteriormente, compararam-se os dados com os níveis estipulados por normas técnicas nacionais e internacionais de conforto térmico e qualidade do ar interior, a fim de verificar a eficiência dos sistemas de distribuição de ar dos edifícios pesquisados no que diz respeito à remoção de poluentes, baseado na medição da concentração de dióxido de carbono, e ao provimento do conforto através da análise de variáveis como temperatura, umidade relativa e velocidade do ar. Os resultados mostraram que a maior parte da amostra se enquadrou nas categorias de ambientes térmicos estabelecidos pelas normas e que existe um potencial de conservação de energia nos edifícios de escritório em São Paulo. / Thermal comfort and indoor air quality are important factors to be considered during building design and operation. This study aims to evaluate thermal environment conditions during air conditioning system operation through field measurements in summer. The survey was conducted in nine office buildings with mechanical cooling in São Paulo. Measurement strategy and statistical determination of the number of samples per building were determined in accordance to the results of initial measurements. Environmental parameters data was collected with corresponding instrumentation in buildings and then compared with the levels required by national and international standards for thermal comfort and indoor air quality in order to verify air distribution efficiency in regard of pollutants removal, based on carbon dioxide concentration, and the provision of comfort through the analysis of variables such as temperature, relative humidity and air velocity. The results showed that most of the sample fitted into the categories of thermal environment established by the standards and that there is potential for saving energy in air-conditioned buildings in Sao Paulo.

Diversos delineamentos experimentais que são aplicados correntemente tomam como base experimentos agronômicos. Esses dados experimentais são, geralmente, analisados usando-se modelos que consideram uma variância residual constante (ou homogênea), como pressuposto inicial. Entretanto, esta pressuposição mostra-se relativamente forte quando se está diante de situações para as quais fatores ambientais ou externos exercem considerável influência nas medidas experimentais. Neste trabalho, são estudados modelos para a média e a variância, simultaneamente, com a variância estruturada de duas formas: (i) por meio de um preditor linear, que permite incorporar variáveis externas e fatores de ruído e (ii) por meio de efeitos aleatórios, que permitem acomodar tanto o efeito longitudinal quanto o efeito de superdispersão, no caso de medidas binárias repetidas no tempo. A classe de modelos lineares generalizados duplos (MLGD) foi aplicada a um estudo observacional que consistiu em medir a mortalidade de frangos de corte no fim da condição de espera pré-abate. Nesse problema, é forte a evidência de que alguns fatores influenciam a variabilidade, e consequentemente, diminuem a precisão das análises inferenciais. Outro problema agronômico relevante, associado à horticultura, são os experimentos de cultura de tecidos vegetais, em que o número de explantes que regeneram são contados. Como esse tipo de experimento apresenta um grande número de parâmetros a serem estimados, comparado ao tamanho da amostra, os modelos existente podem gerar estimativas questionáveis ou até levar a conclusões erroneas, uma vez esse que são baseados em grandes amostras para se fazer inferência estatística. Foi proposto um modelo linear generalizados duplo, para os dados de proporções, de uma perspectiva Bayesiana, visando a análise estatística sob pequenas amostras e a incorporação do conhecimento especialista no processo de estimação dos parâmetros. Um problema clínico, que envolve dados binários medidos repetidamente no tempo é apresentado e são propostos dois modelos que acomodam o efeito da superdispersão e a dependência longitudinal das medidas, utilizandos-se efeitos aleatórios. Foram obtidos resultados satisfatórios nos três problemas estudados. Os MLGD permitiram identificar os fatores associados à mortalidade das aves de corte, o que permitirá minimizar perdas e habilitar os processos de manejo, transporte e abate aos critérios de bem-estar animal e exigências da comunidade européia. O MLGD Bayesiano permitiu identificar o genótipo associado ao efeito de superdispersão, aumentando a precisão da inferência de seleção de variedades. Dois modelos combinados foram propostos logit-normal-Bernoulli-beta e o probit-normal-Bernoulli-beta, que acomodaram satisfatoriamente a superdispersão e a dependência longitudinal das medidas binárias. Esses resultados reforçam a importância de se modelar a média e a variância conjuntamente, o que aumenta a precisão na pesquisa agronômica, tanto em estudos experimentais quanto em estudos observacionais. / Several experimental designs that are currently applied are based on agricultural experiments. These experimental data are, usually, analised with statistical models that assume constant residual variance (or homogeneous), as basic assumption. However, this assumption shows hard to stand for, when environmental or external factors exert strong influence over the measurements. In this work, we study the joint modelling for the mean and the variance, the latter being structured on two ways: (i) through a linear predictor, which allows the incorporation of external variables and/or noise factors and (ii) by the use of random effects, that accommodate jointly the possible overdispersion effect and the dependence of longitudinal data in the case of binary measusurements taken over time. The class of double generalized linear models (DGLM) was applied to an observational study where the poultry mortality was measured in the preslaughter operations. With this situation, it can be observed that there is a strong influence from some environmental factors over the variability observed, and consequently, this reduces the precision of the inferential analysis. Another relevant agricultural problem, related to horticulture, is the tissue culture experiments, where the number of regenerated explants is counted. Usually, this kind of experiment use a large number of parameters to be estimated, when compared with the sample size. The current frequentist models are based on large samples for statistical inference and, under this experimental condition, can generate unreliable estimates or even lead to erroneous conclusions. A double generalized linear model was proposed to analyse proportion data, under the Bayesian perspective, which can be applied to small samples and can incorporate expert knowledge into the parameter estimation process. One clinical research, that measured binary data repeatedly through the time is presented and two models are proposed to fit the overdispersion effect and the dependence of longitudinal measurements, using random effects. It was obtained satisfactory results under these three problems studied. the DGLM allowed to identify factors associated with the poultry mortality, that will allow to minimize loss and improve the process, since the catching until lairage on slaughterhouse, agreeing with animal welfare criteria and the European community rules. The Bayesian DGLM allowed to identify the genotype associated with the overdispersion effect, increasing the precision on the inference about varieties selection. Two combined models were proposed, a logit-normal- Bernoulli-beta and a probit-normal-Bernoulli-beta, which have both addressed the overdispersion effect and the longitudinal dependence of the binary measurements. These results reinforce the importance to modelling mean and dispersion jointly, as a way to increase the precision of agricultural experimentation, be it on experimental studies or observational studies.

Diversos delineamentos experimentais que são aplicados correntemente tomam como base experimentos agronômicos. Esses dados experimentais são, geralmente, analisados usando-se modelos que consideram uma variância residual constante (ou homogênea), como pressuposto inicial. Entretanto, esta pressuposição mostra-se relativamente forte quando se está diante de situações para as quais fatores ambientais ou externos exercem considerável influência nas medidas experimentais. Neste trabalho, são estudados modelos para a média e a variância, simultaneamente, com a variância estruturada de duas formas: (i) por meio de um preditor linear, que permite incorporar variáveis externas e fatores de ruído e (ii) por meio de efeitos aleatórios, que permitem acomodar tanto o efeito longitudinal quanto o efeito de superdispersão, no caso de medidas binárias repetidas no tempo. A classe de modelos lineares generalizados duplos (MLGD) foi aplicada a um estudo observacional que consistiu em medir a mortalidade de frangos de corte no fim da condição de espera pré-abate. Nesse problema, é forte a evidência de que alguns fatores influenciam a variabilidade, e consequentemente, diminuem a precisão das análises inferenciais. Outro problema agronômico relevante, associado à horticultura, são os experimentos de cultura de tecidos vegetais, em que o número de explantes que regeneram são contados. Como esse tipo de experimento apresenta um grande número de parâmetros a serem estimados, comparado ao tamanho da amostra, os modelos existente podem gerar estimativas questionáveis ou até levar a conclusões erroneas, uma vez esse que são baseados em grandes amostras para se fazer inferência estatística. Foi proposto um modelo linear generalizados duplo, para os dados de proporções, de uma perspectiva Bayesiana, visando a análise estatística sob pequenas amostras e a incorporação do conhecimento especialista no processo de estimação dos parâmetros. Um problema clínico, que envolve dados binários medidos repetidamente no tempo é apresentado e são propostos dois modelos que acomodam o efeito da superdispersão e a dependência longitudinal das medidas, utilizandos-se efeitos aleatórios. Foram obtidos resultados satisfatórios nos três problemas estudados. Os MLGD permitiram identificar os fatores associados à mortalidade das aves de corte, o que permitirá minimizar perdas e habilitar os processos de manejo, transporte e abate aos critérios de bem-estar animal e exigências da comunidade européia. O MLGD Bayesiano permitiu identificar o genótipo associado ao efeito de superdispersão, aumentando a precisão da inferência de seleção de variedades. Dois modelos combinados foram propostos logit-normal-Bernoulli-beta e o probit-normal-Bernoulli-beta, que acomodaram satisfatoriamente a superdispersão e a dependência longitudinal das medidas binárias. Esses resultados reforçam a importância de se modelar a média e a variância conjuntamente, o que aumenta a precisão na pesquisa agronômica, tanto em estudos experimentais quanto em estudos observacionais. / Several experimental designs that are currently applied are based on agricultural experiments. These experimental data are, usually, analised with statistical models that assume constant residual variance (or homogeneous), as basic assumption. However, this assumption shows hard to stand for, when environmental or external factors exert strong influence over the measurements. In this work, we study the joint modelling for the mean and the variance, the latter being structured on two ways: (i) through a linear predictor, which allows the incorporation of external variables and/or noise factors and (ii) by the use of random effects, that accommodate jointly the possible overdispersion effect and the dependence of longitudinal data in the case of binary measusurements taken over time. The class of double generalized linear models (DGLM) was applied to an observational study where the poultry mortality was measured in the preslaughter operations. With this situation, it can be observed that there is a strong influence from some environmental factors over the variability observed, and consequently, this reduces the precision of the inferential analysis. Another relevant agricultural problem, related to horticulture, is the tissue culture experiments, where the number of regenerated explants is counted. Usually, this kind of experiment use a large number of parameters to be estimated, when compared with the sample size. The current frequentist models are based on large samples for statistical inference and, under this experimental condition, can generate unreliable estimates or even lead to erroneous conclusions. A double generalized linear model was proposed to analyse proportion data, under the Bayesian perspective, which can be applied to small samples and can incorporate expert knowledge into the parameter estimation process. One clinical research, that measured binary data repeatedly through the time is presented and two models are proposed to fit the overdispersion effect and the dependence of longitudinal measurements, using random effects. It was obtained satisfactory results under these three problems studied. the DGLM allowed to identify factors associated with the poultry mortality, that will allow to minimize loss and improve the process, since the catching until lairage on slaughterhouse, agreeing with animal welfare criteria and the European community rules. The Bayesian DGLM allowed to identify the genotype associated with the overdispersion effect, increasing the precision on the inference about varieties selection. Two combined models were proposed, a logit-normal- Bernoulli-beta and a probit-normal-Bernoulli-beta, which have both addressed the overdispersion effect and the longitudinal dependence of the binary measurements. These results reinforce the importance to modelling mean and dispersion jointly, as a way to increase the precision of agricultural experimentation, be it on experimental studies or observational studies.