Integraal Ontwerpen7 februari 2006

Prof.ir. Jouke Post

Ben Bronsema & Tim Zaal

Ontwikkelingenin het gebouwontwerp

-gebruiker-klimaat-gezondheid-veiligheid

Earth, Wind & Fire

Towards new concepts for climate control in buildings

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

Why should we?

Environment

<Energy use <Waste <Pollution

Urban

>Air quality <Pollution

Building

>Life span >Quality <Running costs

End User

> IEQ >Personal control

Challenges

• Reduce distance of understanding between architect and engineer

• Make architect partner in climate system design

• Common base of knowledge and expertise required called:

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

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)

1900 – 2000Productivity

Ventilation, heating, airconditioning Building conditioning Telecommunication Datacommunication Elevators and escalators Facade cleaning installations Building Management Systems (BMS)

1900 – 2000Safety

Fire and smoke detection and protection Fire extinguishing, sprinkler systems Smoke ventilation Burglar detection and protection Lightning protection Building Management Systems (BMS)

1900 – 2000Energy and Water

Electricity Gas supply Watersupply Combined Heat and Power (CHP) PV and thermal solar collectors District Heating Building Management Systems (BMS)

1900 - 2000

Development B.Services costs €/m2

gfa

0

100

200

300

400

500

1900 1930 1960 2000

Energy/Water Safety Productivity Health-Comf.-Hyg Total

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

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

Wat is Integraal ontwerpen?

Functie

Structuur

Vorm

Integreren over de levensduur

IO Domein

Techniek

Informatietechnologie

Bedrijfskunde

MakenOntwerpen Gebruik

Traditioneeldomein

Integratie van disciplines

Integratie van abstracties

Hergebruik

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)

Functionele Decompositie Fiets

Zich verplaatsenFiets

VertragenRemsysteem

StructurerenFrame

AandrijvenTrappers

SturenVoorvork

BeveiligenReflector

Functie

Oplossing

Fiets volgens Oskar te Kiefte

Fiets van Leontien van Moorsel

Gazelle Easy Glider

Flevo bike Versatile

Functionele Decompositie Auto

Zich verplaatsenAuto

VertragenRemsysteem

StructurerenCarrosserie

AandrijvenMotor

SturenStuur inrichting

BeveiligenAirbags

Functie

Oplossing

Auto volgens Oskar te Kiefte

Spyker Spyder C8

Nuon Solar Racer NUNA-II

Aspecten van integraal ontwerpen

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)

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)

A is vast-leggen kosten B zijn werkelijk gemaakte

kosten

1= Ontw.Maken 2= Gebruiken

100 %

80 %

Fasen van de levenscyclus

Tijd

Kosten

Fasen van de levenscyclus en kosten

Kos

ten/

tijds

eenh

eid

Tijd

Tijd

1

23

4

56

12

3

4

56

Afzetcurve

Afzetcurve

Legenda:1=feasibility2=R&D3=ontwerp4=constructie5=gebruik6=afdanken

Energiekosten

Productiekosten

Onderhoudskosten

EnergiekostenProductiekostenOnderhoudskosten

Kos

ten/

tijds

eenh

eid

LCC(cost) versus LCP(rofit)

Weerstand bieden of meebewegen

The earth

•Cold•Moisture•Radon

•Free cooling•Free heating•Free gravity

Foe? Friend!

Research issues Earth• 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?The earth

The wind

•Cold draught•Infiltration•Energy losses

•Free fresh air•Free cooling•Free energy

Foe? Friend!

Research issues Wind

• 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?

The wind

Wind catchers

This is not bad! Improvement by integration?

The sun

•Solar heat•Overheating•Cooling load

•Free heating•Free energy•Delight

Foe? Friend!

Research issues Sun

• 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?

The sun

Wind around a building

Supply by wind and gravity (cooling washer)

Exhaust by wind

Supply by wind / Exhaust by sunSolar chimney and roof garden

Supply by wind / Exhaust by wind and sun

Solar chimney and drawing cowl

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

Tjibaou Cutural Center

Renzo Piano

Portcullis House

Michael Hopkins

XX gebouw

Multidisciplinaire aanpak

• Brede kennis toepassingen techniek (bijv. W, E en CT)

• Functiedenken en ICT

• ICT en centrale engineering database

• Iedereen werkt met deze database

• Werken in multidisciplinaire teams (concurrent)

• Planning: concurrent netwerkplanning

• Marktdenken en ondernemerschap

• Integraal Ontwerpen vraagt netwerkorganisatie

• Integraal Ontwerpen vraagt breed georienteerde mensen

Integraal Ontwerpen is dusDefinitie Integraal Ontwerpen

.Onder Integraal Ontwerpen verstaan we een samenstel van

ontwerpmethodieken waarbij op een gestructureerde wijze

het ontwerp van een product (of een proces) wordt

gerealiseerd,

.rekening houdend met alle facetten van de levenscyclus

van dit product (proces),

.uitgevoerd door multi-disciplinaire teams, die samenwerken

in teamverband op de wijze van concurrent engineering,

Profiel Nieuwe Technicus

• Methodische denken en handelen

• Samenhang levenscyclus

• Brug tussen disciplines (techniek en ICT

• Brede kennis (W en E en ook BK en CT)

• Communicatief en sociaal vaardig

• Creatief en innovatief

• Werken in teamverband (en concurrent)

• Werken in allianties (collaborative engineering)

IO en Innovatie

Innovatie met IO door:• Vormen van een eigen multi-disciplinair team • Opsporen van zwakke producten en processen• Verbeteren bestaande producten en processen• Toepassen moderne ontwerpmethodieken• Structureren producten en processen• Kan proces continue verbeteren• Opmaat ontwikkelen nieuwe producten

Nieuwe Competenties

Anders sturen

CompetentiesIntegraal Ontwerpen.