Environmental design guidelines for residential NZEBs with liner tray construction

Abstract

[Abstract] Liner tray, steel gauge, or cassette construction is a lightweight steel frame system (LSF) especially suited for low-rise buildings, which offers celerity and quality. It is a viable option for constructing affordable residential Nearly Zero Energy Buildings (NZEBs) in those areas where ‘craft-based’ house-building industries have proven unsustainable, as occurs in some countries of Southern Europe. From an environmental point of view, the continuous disposition of liner trays allows excellent adaptability to the microclimatic context and the particularities of the local site as well as the thermal homogeneity of the envelope. However, its lightweight can entail large thermal variations and overheating problems, especially in constructions with high thermal resistance. A careful design adapted to each location can help avoid these problems, but accurate energy calculations are not always feasible in detached house design. This paper studies the Proyectopía system's passive strategies, an innovative liner tray system made of extruded aluminum for sustainable, low-cost detached houses in Spain. Environmental design guidelines can be a powerful and suitable tool for addressing various house projects that share the same construction system. Several parameters with a substantial impact on the house energy demand, such as insulation thickness, window glazing type, window-to-wall ratio, solar shading, and thermal inertia, are analyzed in a house prototype. Designers can use these parametric study results to perform environmental assessments from the early stages of the design process.

[Resumen] La construcción de bandejas de revestimiento, de acero o de cassette es un sistema de armazón de acero ligero (LSF) especialmente adecuado para edificios de baja altura, que ofrece rapidez y calidad. Es una opción viable para construir edificios residenciales de consumo de energía casi nulo (NZEB) asequibles en aquellas zonas en las que las industrias de construcción de viviendas "artesanales" han demostrado ser insostenibles, como ocurre en algunos países del sur de Europa. Desde el punto de vista medioambiental, la disposición continua de las bandejas de revestimiento permite una excelente adaptabilidad al contexto microclimático y a las particularidades del emplazamiento local, así como la homogeneidad térmica de la envolvente. Sin embargo, su ligereza puede acarrear grandes variaciones térmicas y problemas de sobrecalentamiento, especialmente en construcciones con alta resistencia térmica. Un diseño cuidadoso y adaptado a cada lugar puede ayudar a evitar estos problemas, pero no siempre es posible realizar cálculos energéticos precisos en el diseño de viviendas unifamiliares. Este trabajo estudia las estrategias pasivas del sistema Proyectopía, un innovador sistema de bandejas de revestimiento de aluminio extruido para viviendas unifamiliares sostenibles y de bajo coste en España. Las directrices de diseño ambiental pueden ser una herramienta poderosa y adecuada para abordar diversos proyectos de viviendas que comparten el mismo sistema constructivo. En un prototipo de casa se analizan varios parámetros con un impacto sustancial en la demanda energética de la casa, como el grosor del aislamiento, el tipo de acristalamiento de las ventanas, la relación ventana-pared, el sombreado solar y la inercia térmica. Los diseñadores pueden utilizar los resultados de estos estudios paramétricos para realizar evaluaciones ambientales desde las primeras fases del proceso de diseño