ZEMCH 2019 International Conference Proceedings April.2020 | Page 145

1. Introduction 
Buildings are responsible for consuming approximately 40% of energy and emitting 36% of CO2 
in the EU [1]. Reducing energy consumption in buildings is one of the main areas that require energy 
efficient interventions for reducing their carbon footprint and achieving the emission targets as set in 
the  Paris  Agreement  [2].  Thermally  insulating  building  envelopes  can  help  in  reducing  the  space 
heating  energy  consumption  and  achieving  energy  efficiency  in  buildings.  Windows  are  often  the 
thermally poor performing element in the building envelope and can have heat transfer coefficients (U‐
value) up to 10 times high in comparison of an insulated roof [3]. Window thermal shutters can be used 
to reduce heat loss, solar shading and glare [4]. Thermal shutters can improve the thermal performance 
of a double‐glazed window by 25%‐30% [5] and can be a non‐intrusive option for internally upgrading 
windows  of  historic  buildings  without  any  change  in  the  external  façade.  Thermal  performance  of 
timber‐framed  sash  windows  can  be  improved  cost  effectively  using  thermal  shutters  instead  of 
replacing it with standard double glazing. Heat loss through windows can be reduced up to 60% by 
using window shutters insulated with conventional thermal insulation materials [6]. Further decreases 
in heat loss would need greater thickness of a shutter’s thermal insulation material, which may not be 
aesthetically  desirable  nor  ideal  for  achieving  smart  windows.  To  address  this  issue,  alternative 
materials are required to be employed.   
Previously,  Phase  Change  Materials  (PCMs)  have  been  investigated  as  one  of  the  options  in 
external window shutter application in summer climatic conditions and was found to have reduced the 
heat gain through windows by 23.29% [7]. Use of PCM in an aluminum hollow blade internal window 
shutter was investigated by Silva et al. [8] and found to have reduced the heat flux by 10W/m2 in the 
measurement chamber in summer climate conditions in a Mediterranean region. Vacuum Insulation 
Panels  (VIPs),  an  advanced  thermal  insulation  material,  have  been  suggested  to  improve  the 
performance of thermal window shutters relative to PCMs(?) without any effect on overall thickness 
[9,10].  VIPs  have  a  thermal  conductivity  that  is  potentially  5‐8  times  lower  compared  to  that  of  a 
conventional  thermal  insulation  material  [11,12,13].  VIP  insulation  is  a  suitable  window  shutter 
application due to its low thermal conductivity, thinner section and damage protection inside the outer 
cover of thermal shutter. However, the issue of thermal bridging for VIP insulated thermal window 
shutters has been highlighted to have significant impact on the overall window thermal performance 
[9].  This  paper  further  investigates  the  effects  of  thermal  bridging  and  air  gap/cavity  between  the 
window and the shutter and presence of shutter trickle vent on thermal performance of VIP insulated 
window shutter.   
2. Methodology   
Static thermal simulations were conducted in VOLTRA, which is a thermal analysis software used 
for simulating three‐dimensional transient heat transfer [14]. A 1000 x1000 mm double‐glazed window 
with 50 mm aluminum frame and an overall U‐value of 1.4 W/m2K was modelled. The simulations 
were done for a VIP window shutter, with a thermal conductivity of 0.006 W/mK, for the following 
combination scenarios: 
Geometry:   
Air gap size: 

Bare window (without thermal shutter) 

50 mm 

Window and internal shutter with VIP 

100 mm 
insulation   

150 mm 


200 mm 
Ventilation: 


No ventilation/trickle vent 
Walling construction: 

Trickle ventilation (500mm) 

Typical cavity insulated wall 

Adiabatic walls   
Thermal Performance of Vacuum Insulated Window Shutter Systems
134