Repositorio
Institucional

Martinez-Soto, Aner

Multi-objective optimization of an industrialized wall system for sustainable housing

ELSEVIER

CASE STUDIES IN THERMAL ENGINEERING

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The construction sector is a major contributor to global energy consumption and greenhouse gas emissions, making it a central focus of sustainable development. Concurrently, the housing deficit has driven the adoption of industrialized construction systems in residential projects. This study presents a multi-objective optimization of a modular wall system that integrates sustainability principles and alternative insulation materials to reduce energy demand for heating and cooling, carbon footprint, construction costs, and construction time. A workflow was developed, starting with the definition of a case study, including its location and architectural configuration for a cold climate, followed by dynamic energy simulations and optimization using evolutionary algorithms. A total of 157 simulations were conducted with DesignBuilder and EnergyPlus, assessing combinations of insulation materials (sawdust, wheat straw, and glass wool) and panel thicknesses. The optimal configuration included plywood panels and wheat straw insulation. Compared to a traditional wall, this solution achieved an 11.12 % reduction in energy demand, a 1.80 % reduction in carbon footprint, and a 1.80 % reduction in cost, along with a construction speed up to eight times faster under controlled test conditions. Additionally, when considering a more realistic heat pump scenario (CoP = 3), the operational carbon footprint decreases by approximately 66 %, reinforcing the environmental potential of the proposed system. These results demonstrate the capacity of optimized industrialized systems to deliver energy-efficient, low-impact, and scalable housing solutions, particularly in cold climates with urgent social housing needs.El sector de la construcción contribuye significativamente al consumo energético global y a las emisiones de gases de efecto invernadero, lo que lo convierte en un foco central del desarrollo sostenible. Al mismo tiempo, el déficit de vivienda ha impulsado la adopción de sistemas de construcción industrializados en proyectos residenciales. Este estudio presenta una optimización multiobjetivo de un sistema de muro modular que integra principios de sostenibilidad y materiales aislantes alternativos para reducir la demanda energética de calefacción y refrigeración, la huella de carbono, los costes de construcción y el tiempo de construcción. Se desarrolló un flujo de trabajo que comenzó con la definición de un caso de estudio, incluyendo su ubicación y configuración arquitectónica para un clima frío, seguido de simulaciones energéticas dinámicas y optimización mediante algoritmos evolutivos. Se realizaron un total de 157 simulaciones con DesignBuilder y EnergyPlus, evaluando combinaciones de materiales aislantes (serrín, paja de trigo y lana de vidrio) y espesores de panel. La configuración óptima incluyó paneles de madera contrachapada y aislamiento de paja de trigo. En comparación con un muro tradicional, esta solución logró una reducción del 11,12 % en la demanda energética, una reducción del 1,80 % en la huella de carbono y una reducción del 1,80 % en el coste, además de una velocidad de construcción hasta ocho veces mayor en condiciones de prueba controladas. Asimismo, al considerar un escenario de bomba de calor más realista (CoP = 3), la huella de carbono operativa disminuye aproximadamente un 66 %, lo que refuerza el potencial ambiental del sistema propuesto. Estos resultados demuestran la capacidad de los sistemas industrializados optimizados para ofrecer soluciones de vivienda energéticamente eficientes, de bajo impacto y escalables, especialmente en climas fríos con necesidades urgentes de vivienda social.

artículo original

Industrialized construction

Energy demand

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Thermal insulation materials

Assembly time

10.1016/j.csite.2025.107306

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MODEL

CONSTRUCTION

MODEL

CONSTRUCTION

Ingeniería Arquitéctonica

Ingeniería Civil

Ciencias del Medio Ambiente

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WOS:001610863800003

Multi-objective optimization of an industrialized wall system for sustainable housing

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ELSEVIER

CASE STUDIES IN THERMAL ENGINEERING

Thermodynamics

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2214-157X

CC BY 4.0

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