Development of a calculation tool for the performance evaluation of lightweight steel framed (LSF) walls

Abstract

As paredes da envolvente exterior apresentam uma grande influência na eficiência energéticade um edifício. Estes elementos construtivos funcionam como uma barreira entre o ambienteexterior e interior, condicionando as trocas de calor que ocorrem na envolvente do edifício e,consequentemente, influenciando as necessidades energéticas para estabelecer o confortotérmico no ambiente interior. No caso particular do sistema construtivo em LSF (siglaproveniente do inglês e que significa Lightweight Steel Framed), as paredes são elementos deelevada importância para a eficiência energética do edifício, uma vez que as pontes térmicasoriginadas pela elevada condutibilidade térmica da estrutura metálica podem provocarsignificativas perdas de calor. Por essa razão, a consideração e o tratamento adequado destaspontes térmicas é essencial para a melhoria do comportamento térmico e da eficiênciaenergética deste sistema construtivo. Atualmente, existem várias estratégias de mitigação destaspontes térmicas, como por exemplo a aplicação de isolamento térmico contínuo pelo exterior(ETICS) ou a aplicação de tiras de corte térmico ao longo dos banzos dos perfis metálicos.No entanto, com o objetivo de obter uma avaliação global do desempenho de uma parede, paraalém das questões do comportamento térmico e eficiência energética, é também importanteavaliar outros aspetos, tais como, os custos (e benefícios) monetários, e os impactos ambientaisassociados. Fazendo uma avaliação holística da parede, é possível conhecer as suas vantagense desvantagens de uma perspetiva que cobre vários aspetos de desempenho, permitindo, assim,definir a solução de parede mais apropriada.Esta dissertação apresenta como objetivo principal o desenvolvimento de uma ferramenta decálculo para a avaliação do desempenho de paredes em LSF, e foi desenvolvida no âmbito doprojeto de investigação Tyre4BuildIns. A ferramenta de cálculo, denominada Tyre4BuildInsCalculation Tool, foi desenvolvida e está disponível em formato Microsoft Excel e a suaprincipal funcionalidade é realizar uma análise comparativa entre o desempenho de paredes emLSF, considerando quatro aspetos: i) coeficiente de transmissão térmica (Módulo 1); ii)benefícios energéticos (Módulo 2); iii) análise de ciclo de vida (Módulo 3) e; iv) análise custobenefício(Módulo 4). Um quinto módulo (Módulo 5) realiza uma análise multicritérioconsiderando os resultados obtidos nos módulos anteriores e fornece a avaliação global de cadasolução de parede LSF analisada, indicando qual é a solução mais favorável.

The external envelope walls have a major influence on the energy efficiency of a building.These construction elements act as a barrier between the inner and outer environment,conditioning the heat exchanges which occur in the building envelope and, consequently,influencing the energy needs to establish thermal comfort in the inner environment. In theparticular case of the LSF (Lightweight Steel Framed) construction system, the walls areelements of great importance for the energy efficiency of the building, since the thermal bridgesoriginated by the high thermal conductivity of the steel structure can cause significant heatlosses. For that reason, the consideration and appropriate treatment of these thermal bridges isessential for the improvement of the thermal behaviour and the energy efficiency of thisconstructive system. There are several strategies of mitigation of these thermal bridges, such asthe application of a continuous external thermal insulation composite system (ETICS) or theapplication of thermal cutting strips along the flanges of the metallic profiles.However, in order to obtain a global evaluation of the performance of a wall, in addition to theissues of thermal behaviour and energy efficiency, it is also important to evaluate other aspectssuch as the monetary costs (and benefits) and the associated environmental impacts. Performinga holistic evaluation of a wall, it is possible to know its advantages and drawbacks from aperspective that covers several performance aspects, thus allowing to define the mostappropriate wall solution.This dissertation presents as main objective to develop a calculation tool for the performanceevaluation of LSF walls, and was produced within the Tyre4BuildIns research project. Thecalculation tool, denominated Tyre4BuildIns Calculation Tool, was developed and is availablein Microsoft Excel format and its main functionality is to perform a comparative analysisbetween the performance of LSF walls, considering four aspects: i) thermal transmittancecoefficient (Module 1); ii) energy benefits (Module 2); iii) life-cycle analysis (Module 3) and;iv) cost-benefit analysis (Module 4). A fifth module (Module 5) performs a multicriteriaanalysis considering the results obtained in the previous modules and provides the overallevaluation of each LSF wall solution analysed, indicating which is the most favourable solution.