<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN">
<HTML><HEAD>
<META http-equiv=Content-Type content="text/html; charset=iso-8859-1">
<META content="MSHTML 5.50.4926.2500" name=GENERATOR>
<STYLE></STYLE>
</HEAD>
<BODY bgColor=#ffffff>
<DIV><FONT face=Arial size=2>Steve,</FONT></DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>Are you monitoring the indoor and outdoor 
temperatures at your new house ?  I would be interested to see if 
these corroborate what one would get modeling the house with a simulation 
program.  When I did some analysis for a CIEE project about 8 years ago to 
design a house for California transition climates that would not require 
air-conditioning, the analysis showed modest improvements in peak indoor 
temperatures with increased insulation beyond Title-24 requirements (which are 
R-19 wall, R-38 ceiling, U-0.65/0.40SHGC windows in your area anyway), but 
dramatic drops as the amount of thermal mass is increased.  Since we're in 
earthquake country, I did not consider masonry walls, but rather thicker or even 
multiple layers of sheetrock, plus exposing half of the floor slab 
(assuming that the other half will be covered by furniture, rugs, 
etc.).  The combined effect was good, but I'm not convinced how well 
the program (I used DOE-2.1E) was modeling thermal mass and ground 
heat transfer, especially under floating temperature 
conditions.  That's why I would be interested to learn of 
your real-life assessment (especially if you're recording actual data) 
of such a house.</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>Joe</FONT> </DIV>
<BLOCKQUOTE dir=ltr 
style="PADDING-RIGHT: 0px; PADDING-LEFT: 5px; MARGIN-LEFT: 5px; BORDER-LEFT: #000000 2px solid; MARGIN-RIGHT: 0px">
  <DIV style="FONT: 10pt arial">----- Original Message ----- </DIV>
  <DIV 
  style="BACKGROUND: #e4e4e4; FONT: 10pt arial; font-color: black"><B>From:</B> 
  <A title=stvgates@pacbell.net 
  href="mailto:stvgates@pacbell.net">stvgates@pacbell.net</A> </DIV>
  <DIV style="FONT: 10pt arial"><B>To:</B> <A title=BLDG-SIM@gard.com 
  href="mailto:BLDG-SIM@gard.com">BLDG-SIM@gard.com</A> </DIV>
  <DIV style="FONT: 10pt arial"><B>Cc:</B> <A title=BLDG-SIM@gard.com 
  href="mailto:BLDG-SIM@gard.com">BLDG-SIM@gard.com</A> </DIV>
  <DIV style="FONT: 10pt arial"><B>Sent:</B> Wednesday, December 03, 2003 1:01 
  PM</DIV>
  <DIV style="FONT: 10pt arial"><B>Subject:</B> [BLDG-SIM] Increased R value 
  Credit for Concrete and Themal Massing</DIV>
  <DIV><BR></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>My area of expertise is simulation of mechanical 
  systems, and I do not claim to be an expert in heavy mass walls.  However 
  I'll stick my neck out and add my thoughts to this discussion, and invite 
  others to respond.  </FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>I agree with Curt Petersen.  But, in 
  addition to being frequency dependent, my understanding is that 
  heavy-mass wall performance is also dependent on the average daily 
  temperature differential across the wall, the placement of mass vs. 
  insulation, and interior heat gains.  </FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>1)  Mass vs. Resistance (vs. daily outdoor 
  temperature swing)</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>Assume a lightweight interior space, having no 
  internal loads, is to be maintained at 70F.  If the average daily 
  outdoor temperature is also 70F, and the daily outdoor temperature is swinging 
  +/- 15F about the average, then a heavy construction will maintain the 
  interior temperature very close to 70F.  In this situation, the heavy 
  mass wall will perform better than a resistance wall.</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>If instead the average daily temperature is 
  30F, with the same daily swing, then the interior temperature will be close to 
  30F.  This is also true of a resistance wall.  However, the daily 
  (not instantaneous) amount of heat required to maintain the interior 
  temperature at 70F is now a function of the resistance, not the impedance, and 
  the low-resistance heavy-mass wall will require considerably more heat to 
  maintain 70F.</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>In other words, for a heavy mass wall to get 
  credit for impedance, the outdoor temperature swing must overlap the desired 
  interior temperature.  The closer the average outdoor temperature to the 
  indoor, the greater the effect of the impedance.  This has significant 
  ramifications for different climates.  </FONT><FONT face=Arial size=2>For 
  moderate climates or moderate seasons where the outdoor temperature swing 
  overlaps the desired interior temperature for the majority of hours, heavy 
  mass walls can work well.  For more extreme climates or seasons, 
  </FONT><FONT face=Arial size=2>it's hard to see how a heavy mass wall can be 
  of significant benefit.  </FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>I live in Sacramento, Calif where the average 
  lo/hi summer temperatures are 60F and 95F.  Here, a mass wall can 
  work well.  However, in winter, the average temperatures are around 
  40F/60F, and I wouldn't be willing to trade a well-insulated house for one 
  built out of uninsulated concrete!  </FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>2) Placement of mass vs. insulation (vs. solar 
  gains)</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>The above is a little too simplistic because it 
  ignores the placement of mass vs. insulation, and solar 
  gains.  Assume the sun is shining strongly on a wall.  If the 
  insulation is to the outside of the mass, then the outer wall surface 
  temperature (sol-air temperature) will be hotter than if the mass is to the 
  outside.  This is because the mass readily conducts heat inward, whereas 
  insulation doesn't.  </FONT><FONT face=Arial size=2>Since 
  re-radiation is proportional to the fourth power of absolute temperature, 
  placing the insulation to the outside will cause the wall to instantaneously 
  reject a greater portion of the solar gain.  Placing the mass to the 
  outside allows the wall to capture more of the solar gain; part re-readiates 
  at night, but part conducts into the space.  So which is better?  It 
  depends on whether you are more concerned about winter or summer 
  performance, and how sunny those seasons are.</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>I recently participated in a study of a 
  refrigerated warehouse that demonstrated this effect.  Holding all 
  factors constant except the placement of mass vs. insulation, mass to the 
  outside of the wall increased annual cooling loads because of the increased 
  capture of solar gains.  (And by the way, this effect was captured in 
  DOE-2).</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>3)  Effect of interior loads</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>High interiors loads and/or solar gains thru 
  windows, as well as when they occur bias all of the above.  </FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>Conclusion?  For residential buildings, I 
  believe that a high-resistance shell with a moderate amount of interior 
  mass is the most cost-effective approach for most climates.  While 
  overly simple, a key concept is the "time constant" of a house, which is 
  the product of resistance and capacitance.  The interior temperature 
  decays to the exterior temperature as a function of the time constant 
  (  exp(1/RC) ).  The greater the time constant, the slower the decay 
  rate.  In general it is cheaper to achieve a given time constant by 
  adding insulation instead of thermal mass.</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>I just built a two-story house and am currently 
  testing this theory.  The interior mass consists of a concrete 
  slab with about 60% tile on the first floor, and 5/8" sheetrock interior 
  walls.  The exterior walls are 2x6 studs with damp-spray rock-wool 
  insulation (R22 in a 5-1/2" cavity, with no voids).  The windows are 
  fiberglass, low-e2, with overhangs on the east, south, and west exposures; 
  most windows facing north and south (~14% of floor area).  The 
  attic has blown rock-wool.  The roof is metal over 2" fiberglass 
  insulation, with a radiant barrier on the underside.  I opted for a metal 
  roof instead of tile because we live in earthquake country, and I wanted the 
  roof to be as light as possible, while still durable.  The kitchen 
  appliances are all electric, as the house is well-sealed and I didn't 
  want to worry about the NOx and CO produced by a gas stove.  All bathroom 
  exhaust fans are on timers to ensure moisture removal 
  after bathing.</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>We moved in late last summer.  During 
  September, the outdoor temperature range was typically 60F to 95F.  
  The interior temperature stayed in the low-70's without any air 
  conditioning, and swung about 2-3F.  We ran the whole house fan a couple 
  of nights just to see how cool we could get it, but didn't need to.  I 
  don't know about winter performance yet, but so far we have been heating the 
  entire house (3500 sq.ft.) using two 20,000 Btuh, 80% efficient, 
  thermostatically-controlled gas fireplaces.  Outdoor temperatures 
  have been as low as 35F, but we have not yet needed the conventional 
  forced-air gas furnaces to maintain 70F inside, and most of the time the 
  fireplaces are off.  </FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>This house hardly fits the classic definition of 
  a "passive solar" house, but it performs like one because of its high time 
  constant, achieved primarily through insulation rather than mass.  While 
  the tile floors were great during the summer, I am waiting until March to 
  assess the comfort of these floors with colder ground temperatures (the slab 
  is not insulated).  If anyone wants an update later on, send me your 
  address.</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2>Comments?</FONT></DIV>
  <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
  <DIV>----- Original Message ----- </DIV>
  <BLOCKQUOTE dir=ltr 
  style="PADDING-RIGHT: 0px; PADDING-LEFT: 5px; MARGIN-LEFT: 5px; BORDER-LEFT: #000000 2px solid; MARGIN-RIGHT: 0px">
    <DIV 
    style="BACKGROUND: #e4e4e4; FONT: 10pt arial; font-color: black"><B>From:</B> 
    <A title=cpederse@uiuc.edu href="mailto:cpederse@uiuc.edu">Curtis 
    Pedersen</A> </DIV>
    <DIV style="FONT: 10pt arial"><B>To:</B> <A title=BLDG-SIM@gard.com 
    href="mailto:BLDG-SIM@gard.com">BLDG-SIM@gard.com</A> </DIV>
    <DIV style="FONT: 10pt arial"><B>Cc:</B> <A title=BLDG-SIM@gard.com 
    href="mailto:BLDG-SIM@gard.com">BLDG-SIM@gard.com</A> </DIV>
    <DIV style="FONT: 10pt arial"><B>Sent:</B> Tuesday, December 02, 2003 11:21 
    AM</DIV>
    <DIV style="FONT: 10pt arial"><B>Subject:</B> [BLDG-SIM] Increased R value 
    Credit for Concrete and Themal Massing</DIV>
    <DIV><FONT face=Arial size=2></FONT><BR></DIV>Dave:<BR><BR>This concept 
    falls into the "cheater" category. What happens is that the proponents of 
    heavy construction elements show that the steady periodic behavior of a 
    heavy structure, at some well-selected frequency, is better than the 
    behavior at steady state. The electrical analogy would be to replace 
    resistance with capacitive impedance. Of course it depends on the frequency, 
    and it is not resistance, so the steady state (zero frequency) result will 
    be different. <BR><BR>A reasonable building simulation tool properly 
    accounts for both the capacitance and the resistance of a building element. 
    The "effective R" is bogus. <BR><BR>Curtis Pedersen<BR>Professor Emeritus of 
    Mechanical Engineering<BR>University of Illinois<BR><BR><BR><BR>On Tuesday, 
    December 2, 2003, at 11:26 AM, David Stewart wrote:<BR><BR>
    <BLOCKQUOTE><?fontfamily><?param Arial><?smaller>Dear Folks<?/smaller><?/fontfamily><BR> <BR><?fontfamily><?param Arial><?smaller>Has 
      anyone explored the increased R value credits for thermal massing for 
      example Dow T-Mass etc. and can one simply increase the R value to the 
      'effective R value while changing the mass in DOE.  I would like some 
      more background on this credit with 3rd party validation<?/smaller><?/fontfamily><BR> <BR><?fontfamily><?param Arial><?smaller>Thanks<?/smaller><?/fontfamily><BR> <BR><?fontfamily><?param Arial><?smaller>Dave 
      Stewart<?/smaller><?/fontfamily><BR> <BR><?fontfamily><?param Arial><?smaller>David 
      C. Stewart & Associates Inc.<BR>16 Shawinigan Road<BR>Dartmouth, NS 
      B2W 3A3<?/smaller><?/fontfamily><BR> <BR><?fontfamily><?param Arial><?smaller>Website: 
      <U><?color><?param 1999,1999,FFFF>http://dcsa.ca<?/color></U><?/smaller><?/fontfamily><BR> <BR><?fontfamily><?param Arial><?smaller>Tel: 
      902 462 8111<BR>Fax 902 435 6646<?/smaller><?/fontfamily><BR><David C 
      Stewart MS P. Eng..vcf></BLOCKQUOTE></BLOCKQUOTE><PRE>
==================
You received this e-mail because you are subscribed 
to the BLDG-SIM@GARD.COM mailing list.  To unsubscribe 
from this mailing list send a blank message to 
BLDG-SIM-UNSUBSCRIBE@GARD.COM
</PRE></BLOCKQUOTE><PRE>

===========================
You received this e-mail because you are subscribed 
to the BLDG-SIM@GARD.COM mailing list.  To unsubscribe 
from this mailing list send a blank message to 
BLDG-SIM-UNSUBSCRIBE@GARD.COM
</PRE></BODY></HTML>