Impacts of construction methods on indoor environmental quality and economic performance of buildings in hot climates. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MS Thesis Dissertation) Thesis_Submitted.pdf Restricted to Repository staff only until 18 May 2027. Download (4MB)

Arabic Abstract

تتطلب المباني في المناخات الحارة، ولا سيما في منطقة الشرق الأوسط، كميات كبيرة من الطاقة للحفاظ على الراحة الداخلية، مما يجعل العلاقة بين أساليب البناء وجودة البيئة الداخلية وكفاءة الطاقة ذات أهمية متزايدة. غير أنه على الرغم من الدراسة المستفيضة لتكاليف البناء وكفاءته، لا يزال التأثير طويل الأمد لقرارات البناء على راحة المستخدمين واستهلاك الطاقة يفتقر إلى الاهتمام الكافي. تعالج هذه الدراسة هذه الفجوة من خلال فحص أربعة أساليب بناء رئيسية، وهي: الصب في الموقع، والبناء مسبق الصنع، والبناء المعياري، والطباعة ثلاثية الأبعاد، وتحليل تأثير كل منها على العوامل الأدائية الحرجة كالكتلة الحرارية واستمرارية العزل وإحكام الإغلاق الهوائي، فضلاً عن المجالات الأربعة الرئيسية لجودة البيئة الداخلية، وهي: الراحة الحرارية، وجودة الهواء، والراحة البصرية، والأداء الصوتي، وتأثيرها على استهلاك طاقة التبريد. اعتُمد في الدراسة منهج متعدد الأساليب لتحقيق أهدافها، إذ أُجريت جولتان من استطلاعات دلفي بمشاركة عشرة خبراء بهدف تحديد أساليب البناء المناسبة للمناخات الحارة وترتيبها حسب الأولوية، وقد تحقق توافق ذو دلالة إحصائية بلغ فيه معامل كيندال W قيمة 0.381 في الجولة الأولى، ارتفع إلى 0.433 في الجولة الثانية (p < 0.01). كما تم تحديد اثنين وعشرين عاملاً حرجاً مرتبطاً بأساليب البناء المختارة وتقييمها من حيث تأثيرها على جودة البيئة الداخلية وأداء الطاقة. أكدت دراسة استطلاعية أولية صدق المحتوى وموثوقية الأداة البحثية بدرجة عالية (معامل كرونباخ ألفا = 0.955). وتلا ذلك إجراء استبيان منظم شمل 150 مشاركاً من الأوساط الأكاديمية والصناعية. وكشف اختبار مان-ويتني عن نسبة اتفاق بلغت 89% بين المجموعتين، فيما أثبت تحليل ارتباط سبيرمان وجود ارتباطات دالة إحصائياً بين أبعاد جودة البيئة الداخلية ومؤشرات أداء الطاقة. وقد طوّرت الدراسة إطاراً تقييمياً متكاملاً من خمس مراحل يتيح المقارنة المنهجية بين أساليب البناء استناداً إلى مؤشرات جودة البيئة الداخلية وأداء الطاقة. ومن بين الأساليب الأربعة المُقيَّمة، حصل البناء مسبق الصنع على أعلى تقييم من حيث الملاءمة وفق رأي الخبراء (3.78 من 5.0)، يليه الصب في الموقع (3.22)، ثم البناء المعياري (3.11)، وأخيراً الطباعة ثلاثية الأبعاد (2.56). ويقدم الإطار توصيات واضحة قائمة على الأولويات: يُوصى بالبناء مسبق الصنع عند الأولوية لتقليل استهلاك الطاقة، ويُوصى بالبناء المعياري عند الأولوية لجودة البيئة الداخلية وراحة المستخدمين، ويعود البناء مسبق الصنع ليكون الخيار الأمثل حين يجب تحقيق كلا الهدفين معاً. أما الصب في الموقع فيناسب متطلبات المتانة والأداء الصوتي، في حين تصلح الطباعة ثلاثية الأبعاد للمشاريع ذات المرونة التصميمية غير أنها تحتاج إلى مزيد من التطوير قبل توظيفها في المناخات الحارة. وتؤكد الدراسة في مجملها أن جودة التنفيذ ودقة التفاصيل الإنشائية تؤثر في الأداء طويل الأمد للمباني أكثر من أسلوب البناء ذاته. يوفر الإطار المقترح لكل من المعماريين والمهندسين وصانعي القرار أداةً منظمة لدعم اتخاذ القرار، تُيسّر اختيار أساليب البناء وتحسينها بما يعزز رفاهية المستخدمين وكفاءة الطاقة. وفي المحصلة، تدعم هذه الدراسة التحول نحو مبانٍ أكثر متانةً وأداءً واستدامةً في المناخات الحارة.

English Abstract

Buildings in hot climates, especially in the Middle East, require significant energy to maintain indoor comfort, making the link between construction methods, indoor environmental quality (IEQ) and energy performance increasingly important. However, while construction cost and efficiency have been well studied, the long-term impact of construction decisions on occupant comfort and energy use remains largely overlooked. This study addresses that gap by examining four key construction methods; cast-in-situ, prefabricated, modular and 3D printing; and analyzing how each affects critical performance factors such as thermal mass, insulation, and airtightness, as well as the four main IEQ domains: thermal comfort, air quality, visual comfort, and acoustics, and their influence on cooling energy consumption. A multi-method approach was used to accomplish the goals of the study. Two rounds of Delphi surveys involving ten experts were conducted to identify and prioritize construction methods suitable for hot climates, achieving a statistically significant consensus (Kendall's W = 0.381 in Round 1, improving to W = 0.433 in Round 2, p < 0.01). Twenty-two critical factors linked to the selected construction methods were identified and evaluated for their impact on IEQ and energy performance. A pilot study confirmed content validity and strong instrument reliability (Cronbach's α = 0.955). Subsequently, a structured questionnaire survey of 150 respondents from academic and industry backgrounds was conducted. The Mann-Whitney U test revealed an 89% agreement rate between the two respondent groups, while Spearman rank correlation analysis established significant association across IEQ and energy performance dimensions. The study developed a five-phase framework to systematically compare construction methods based on IEQ and energy performance. Among the four methods evaluated, prefabricated construction ranked highest in expert suitability (3.78/5.0), followed by cast-in-situ (3.22), modular (3.11) and 3D printing (2.56). The framework provides clear priority-based recommendations: prefabricated construction is best for energy minimization, modular construction is best for IEQ and occupant comfort, and prefabricated construction is again the top choice when both goals must be met together. Cast-in-situ suits durability and acoustic needs, while 3D printing is suitable for design flexibility but needs further development for hot-climate use. Overall, the study highlights that execution quality and detailing matter more than the construction method itself in determining long-term building performance. For architects, engineers, and legislators, the suggested framework provides an organized decision-support tool that makes it easier to choose and optimize building techniques that improve occupant well-being and energy efficiency. In the end, this study encourages the shift to more durable, high-performing, and sustainable buildings in hot climates.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Management and Marketing Architectural Civil Engineering Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Thesis Advisor:	Mohammed Mohammed,
Thesis Committee Members:	Ismail Budaiwi, Ibrahim Wuni,
Depositing User:	SABA MALIK (g202391510)
Date Deposited:	20 May 2026 07:30
Last Modified:	20 May 2026 07:30
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144363