Integraal Ontwerpen 7 februari 2006

1. Integraal Ontwerpen7 februari 2006 Prof.ir. Jouke Post Ben Bronsema & Tim Zaal

2. Ontwikkelingenin het gebouwontwerp-gebruiker-klimaat-gezondheid-veiligheid

3. Earth, Wind & Fire Towards new concepts for climate control in buildings

4. Propositions • Architects have lost the art of designing buildings for climate control • Climate engineers are fixated on systems • Integrating this fragmentation will improve both the process and the product Integrating this fragmented design will improve

5. Why should we? Environment Urban Building End User > IEQ >Personal control >Life span >Quality <Running costs >Air quality <Pollution <Energy use <Waste <Pollution

6. Challenges • Reduce distance of understanding between architect and engineer • Make architect partner in climate system design • Common base of knowledge and expertise required called: Grammar of Integrated Design!

7. 1850 – 1900The big inventions • 1851 Refrigerator Gorrie • 1857 Elevator Otis • 1876 Telephone Bell • 1880 Light bulb Edison • 1887 AC motor Tesla • 1900 Escalator Seeberger • 1902 Airconditioning Carrier

8. 1900 – 2000 Health, Comfort, Hygiëne • Ventilation, central heating, airconditioning • Building conditioning • Artificial lighting • Sanitary equipment and sewer systems • Vacuum cleaning and refuse removal • Building Management Systems (BMS)

9. 1900 – 2000Productivity • Ventilation, heating, airconditioning • Building conditioning • Telecommunication • Datacommunication • Elevators and escalators • Facade cleaning installations • Building Management Systems (BMS)

10. 1900 – 2000Safety • Fire and smoke detection and protection • Fire extinguishing, sprinkler systems • Smoke ventilation • Burglar detection and protection • Lightning protection • Building Management Systems (BMS)

11. 1900 – 2000Energy and Water • Electricity • Gas supply • Watersupply • Combined Heat and Power (CHP) • PV and thermal solar collectors • District Heating • Building Management Systems (BMS)

14. 1900 - 2000 Development B.Services costs €/m2 gfa

15. Tendency towards more BuildingServices • Trend in architecture: effusive shapes • Shortage of land: “Up into the air – Down into the ground- Into the water” • Higher demands on the indoor environment • Increasing needs for communications • More luxury and comfort • Decreasing quality of the outdoor air

16. Tendency towards less Services • More natural ventilation and daylighting • Lower external thermal loads through development building- and glass industry • Lower internal thermal loads through development lighting systems and PC’s • Integral Design / Sustainable development • Knowledge and science simulation and modelling

17. Wat is Integraalontwerpen? Integratie van abstracties IO Domein Functie Structuur Traditioneel domein Vorm Ontwerpen Maken Gebruik Hergebruik Techniek Integreren over de levensduur Informatietechnologie Bedrijfskunde Integratie van disciplines

18. Wat is Integraal Ontwerpen? Uitleg IO met behulp van een assenkruis Begrip Integratie van Abstractie verklaren door: • Vorm van voorwerp/object • Structuur van voorwerp/object • Functie van voorwerp/object Hulpmiddelen voor structureren • Functioneel decomposeren • Functie-product model voor product (Hamburger model) • IDEF-0 model (voor processen)

19. Zich verplaatsen Vertragen Structureren Aandrijven Sturen Beveiligen Fiets Remsysteem Frame Trappers Voorvork Reflector FunctioneleDecompositieFiets Functie Oplossing

20. Fiets volgens Oskar te Kiefte

21. Fiets van Leontien van Moorsel

22. Gazelle Easy Glider

23. Flevo bike Versatile

24. Zich verplaatsen Vertragen Structureren Aandrijven Sturen Beveiligen Auto Remsysteem Carrosserie Motor Stuur inrichting Airbags Functionele Decompositie Auto Functie Oplossing

25. Auto volgens Oskar te Kiefte

26. Spyker Spyder C8

27. Nuon Solar Racer NUNA-II

32. Aspecten van integraal ontwerpen

33. Functiedenken Funtiedenken is van belang voor het volgende: • Klanteneisen of wensen vertalen in functies • Methodisch uiteenrafelen van functies (structureren) • Eenduidig vastleggen van goede oplossingen • Vastleggen en hergebruik van kennis in database (ICT) • Onbeperkt uitbreidbaar met nieuwe applicaties • Is software onafhankelijk • Geldt voor technische en organisatorische systemen • Techniek: functie-productmodel (hamburger model) • Organisatie: Decompositie met black boxes (IDEF-0)

34. Ontwerpen met de levenscyclus Ontwerpen met de Levenscyclus is: • Ontwerpen, installeren, gebruiken, onderhouden en hergebruiken volgens klant(markt)wensen en omgevingswensen (duurzaam, milieu) • Ontwerpen volgens de moderne methodes (concurrent engineering) met QFD, Pugh, Taguchi, TRIZ, enz. • Maak gebruik van functies, vastleggen ontwerp, productieproces, gebruik, onderhoud, hergebruik • Bij ontwerp liggen 80% kosten vast en dus ook de winst!!! • Life Cycle Engineering (gebruik en onderhoud) • Life Cycle Costs (cost of ownership)

35. Fasen van de levenscyclus en kosten 100 % 80 % Kosten A is vast-leggen kosten B zijn werkelijk gemaakte kosten 1= Ontw.Maken 2= Gebruiken Tijd Fasen van de levenscyclus

36. LCC(cost) versus LCP(rofit) Afzetcurve Legenda: 1=feasibility 2=R&D 3=ontwerp 4=constructie 5=gebruik 6=afdanken 4 5 6 3 Kosten/tijdseenheid Energiekosten Productiekosten Onderhoudskosten 2 1 Tijd 4 Afzetcurve 3 6 2 Kosten/tijdseenheid 5 Energiekosten Productiekosten Onderhoudskosten 1 Tijd

37. Weerstand bieden of meebewegen

38. The earth • Cold • Moisture • Radon • Free cooling • Free heating • Free gravity Foe? Friend!

39. Heating and humidifying air in wintertime? Cooling and dehumidifying air in summertime? Transport of ventilation air by gravity? Vertical cooling washers? Use of rainwater? Pitfalls moisture and condensation? Research issues Earth The earth

40. The wind • Cold draught • Infiltration • Energy losses • Free fresh air • Free cooling • Free energy Foe? Friend!

41. Use of wind catchers? Design of wind catching roofs? Design criteria for roof hoods and cowls? Available wind pressure and directions Negative wind pressures for air extraction? Generation of wind power? Research issues Wind The wind

42. Windcatchers This is not bad! Improvement by integration?

43. The sun • Solar heat • Overheating • Cooling load • Free heating • Free energy • Delight Foe? Friend!

44. Using solar heat for extraction of ventilation air? Design criteria for solar chimneys and roof gardens? Using solar heat as thermal source for heat pumps? Performance of combined wind and sun ventilation? Orientation of buildings and design of facades? Research issues Sun The sun

45. Wind around a building

46. Supply by wind and gravity (cooling washer) Exhaust by wind

47. Supply by wind / Exhaust by sun Solar chimney and roof garden

48. Supply by wind / Exhaust by wind and sun Solar chimney and drawing cowl

49. Supply by wind / Exhaust by sun powered chimney / Wind turbine

50. Tjibaou Cutural Center Renzo Piano