Post on 17-Oct-2020
Leefmilieu Brussel
Keuze van duurzame materialen
in de verschillende ontwerpfasen
Caroline HENROTAY
Technieken en opleidingen duurzame gebouwen
Opleiding Duurzaam Gebouw:
Duurzame materialen: hoe kiezen?
2
Algemeen schema van de presentatie
● Constructie en renovatie: Impact van de materialen
● Milieu-impact
► Levenscyclusanalyse op het niveau van de bouwonderdelen en het
gebouw
► Flexibel en dynamisch ontwerp
● Sociale en economische impact
● Casestudy
► Studie renovatie Modelwijk
► Project XX, Delft, Nederland
● Conclusies
3
Constructie & renovatie: Materialen keizen, hoe
begint men eraan?
4
Constructie & renovatie: Impact van de materialen
WONING
SCHOOL
HANDELSZAAK
KANTOOR
SPORTZAAL
ZIEKENHUIS
KINDERDAGVERBLIJF
RUSTHUIS
4
5
2009
2009
2030
2030
0.02
TW
0.008 TW
19 TW
6.3 TW
Neodymium:
3.000.000
ton
Indium
500.000 ton
Neodymium:
18.000 ton jaarlijkse productie
Indium
600 ton
Jaarlijkse productie
Source: Diederen (2010)
Jacobson & Delucchi (2009)
Reserves: 8.000.000
ton
Reserves: 6.000
ton
Constructie & renovatie: Impact van de materialen
6 Source: Roels (2010)
Cohen (2007)
Zonder recyclage:
Resterende ontginningstijd:
Indium < 5 jaar
Zinc < 30 jaar
Constructie & renovatie: Impact van de materialen
NA
TU
UR
G
EB
OU
W
7
Milieu-Impact
Gezondheidsimpact
Sociaaleconomische
Impact
7
Constructie & renovatie: Impact van de materialen
GE
ME
EN
SC
HA
P
8
Wat zijn de milieugerelateerde materiaalimpacten?
Hoe worden ze bepaald?
9
Milieu-impact van de materialen
INKOMENDE
STROOM
Energ
ie
Wa
ter
Gro
ndsto
ffe
n
UITGAANDE
STROOM
Wate
rverv
uili
ng
Vast afv
al
Nevenpro
ducte
n
Ande
r
Extractie
Productie
Transport
Constructie
Gebruik
Onderhoud /
renovatie
Einde levensduur
Luchtv
erv
uili
ng
GE
BO
UW
9
10
Bron: Goedkoop 2009
10
Milieu-impact van de materialen
Impactcategorieën
11
Impactcategorieën
Bron: Introduction to LCA with SimaPro, November 2013
http://www.pre-sustainability.com
11
Milieu-impact van de materialen
12
CE
N
CE
N +
12
Milieu-impact van de materialen
Impactcategorieën
13
- Op het niveau van een bouwcomplex / constructieonderdeel
- De vergelijking kan alleen worden gemaakt bij gelijke prestaties
Bron: “Milieugerelateerde Materiaalprestatie van Gebouwelementen”„, OVAM, 2012
13
De milieuprestatie bepalen
14
Source: http://guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be
- Op het niveau van een bouwcomplex / constructieonderdeel
- De vergelijking kan alleen worden gemaakt bij gelijke prestaties
De milieuprestatie bepalen
15
* MMG (Milieu gerelateerde materiaalimpact van gebouw(element)en / Performance environnementale (d’éléments) de construction liée aux matériaux)
- Op het niveau van een bouwcomplex / constructieonderdeel
- De vergelijking kan alleen worden gemaakt bij gelijke prestaties
De milieuprestatie bepalen
16
Op het niveau van het gebouw
Bron: loblolly-house, Maryland, USA, 2006
http://kierantimberlake.com/pages/view/20/loblolly-house/parent:3
16
De milieuprestatie bepalen
17
Van lineair denken
Cradle to … grave
De milieuprestatie bepalen
18
RE-CYCLE
Van lineair denken
De milieuprestatie bepalen
Cradle to … grave
19
Impact van een statische benadering van het ontwerp
Impact van de materialen
In constante evolutie
In constante evolutie
Statisch ontwerp van de structuur
NA
TU
UR
G
EB
OU
W
GE
ME
EN
SC
HA
P
19
20
21
22 22
Totale afvalproductie in EU-25:
1.400 miljoen ton per jaar
Bron: EUROSTAT & EEA
Afval
21%
19%
14%
4%
mining &
quarrying
23% industry
21%
buildings
&
constructions
24%
energy production
4%
municipal waste
19%
other
9%
25%
C&D-afval in EU-25:
510 miljoen ton per jaar
1.126 kg per persoon per jaar
Minder grondstoffen
Bouwsector:
30 tot 50% van de gebruikte
grondstoffen
Beschadiging van de
ecosystemen
23
Milieugerelateerde Materiaalprestatie van Gebouwelementen – MMG (OVAM)
Milieu-impact
23
24 Bron: http://www.mining.com/forget-gold-iron-ore-is-the-story-of-the-decade/
Dec. 2013
Economische impact
25 Bron: ec.europa.eu/trade/policy/accessing-markets/goods-and-services/raw-materials/index_en.htm
Dec. 2013
Economische impact
De Europese grondstoffenhandel uitgedrukt in cijfers (2011)
26 Bron: http://economie.fgov.be/nl/modules/publications/statistiques/bevolking/bevolking_-
_private_grootte_en_collectieve_huishoudens.jsp
Mei 2014
1
2
3
4
5
6
7
8
9
HOMMES: HABITANT SEULS
FEMMES: HABITANT SEULES
2 PERSONNES
3 PERSONNES
4 PERSONNES
5 PERSONNES
6 PERSONNES
7 PERSONNES
8 PERSONNES ET PLUS
Particuliere huishoudens naar grootte van het huishouden – collectieve huishoudens
Sociaaleconomische impact
ALLEENWONENDE MANNEN
ALLEENWONENDE VROUWEN
2 PERSONEN
3 PERSONEN
4 PERSONEN
5 PERSONEN
6 PERSONEN
7 PERSONEN
8 PERSONEN EN MEER
27
Statisch ontwerp
NA
TU
RE
B
AT
I S
OC
IET
E
In constante evolutie
Impact
Environnemental
Impact
Socio-économique
Impact van de materialen
In constante evolutie
28
Cradle to …
grave
Van lineair denken...
29
... naar denken in levenscycli (Life Cycle Thinking – LCT)
Cradle to …
RE-CYCLE
30
Life Cycle Thinking
Re-cycling = downcycling
DESIGN
31
Life Cycle Thinking
From cradle to …
RE-CYCLE
cradle
Design for disassembly (DfD)
.
No dismantling options of a C2C
(basic) certified product (in 2010) SEARCH kantoor, Amsterdam, 2008
32
Life Cycle Thinking
From cradle to …
RE-USE of COMPONENTS
cradle
DESIGN
Design for deconstruction (DfD)
Flexible and dismountable brick facade panels in Amsterdam (Nl)
33
Life Cycle Thinking
From cradle to …
RE-USE of BUILDING
cradle
DESIGN
Design for Adaptability (DfA)
34
Welke impact heeft dit op het ontwerp?
Hoe kan de ontwerper anticiperen op de nood aan verandering?
Hergebruik en aanpassing van het gebouw
Aanpasbaarheid van het gebouw aan veranderende vereisten of functies
Voorziene vs. niet-voorziene functiewijziging
35
Flexibel ontwerp
RE-USE of BUILDING
DESIGN
Hergebruik en aanpassing van het gebouw
Veelzijdig en multifunctioneel ontwerp
36
Flexibel ontwerp
Hergebruik en aanpassing van het gebouw
Veelzijdig en multifunctioneel ontwerp
37
Flexibel ontwerp
Hergebruik en aanpassing van het gebouw
Veelzijdig en multifunctioneel ontwerp
38
Flexibel ontwerp
Hergebruik en aanpassing van het gebouw
Ontwerp dat gemakkelijk kan worden aangepast
39
Flexibel ontwerp
Hergebruik en aanpassing van het gebouw
● De functie- of bestemmingswijziging van een ruimte hangt af van de
hoogte en de breedte/overspanning van de ruimte
● Loskoppeling tussen de draagstructuur en de tussenwanden
● Loskoppeling van de technische systemen van de draagstructuur en
de wanden
● Mogelijkheid voorzien om dragende onderdelen toe te voegen of weg
te nemen, of de structurele capaciteit ervan te vergroten
● Indien verschillende functies kunnen worden voorzien: zorgen voor de
nodige ruimten en technische kokers
40
Flexibel ontwerp
41
Onwerpen met oog op afbraak / demontage
RE-USE of COMPONENTS
DESIGN
RE-CYCLE
Design for deconstruction (DfD)
Flexible and dismountable brick facade panels in Amsterdam (Nl)
42
LAYERING – functionele lagen
Scheiden van de functionele lagen
Bron: S. Brand, How Buildings Learn (1994)
A. Paduart (2010)
skin structure
services space
43
LAYERING – functionele lagen
Scheiden van de functionele lagen
Bron: Paduart (2010)
44
LAYERING – functionele lagen
Bereikbaarheid en levensduur
Bron: S. Brand, How Buildings Learn (1994)
A. Paduart (2010)
45
Details en verbindingen
Omkeerbare verbindingen (Droge verbindingen)
Gebruik van omkeerbare
verbindingen
onomkeerbaar
omkeerbaar
adhesives cement
mortar
welding
bolts,
plugs, …
nails,
screws,
…
Toleranties
Bereikbaarheid van de verbindingen
Ook met sommige lijmen of mortels kan een omkeerbare verbinding worden gemaakt!
Bron: FAAY, Hollande
46
Details en verbindingen
Zorgen voor een goede hanteerbaarheid
● De onderdelen dimensioneren op menselijke schaal
● De bouwelementen en -onderdelen zo dimensioneren dat de voorziene
hanteringen mogelijk zijn
● Kiezen voor lichte onderdelen en systemen
Bron: http://www.sleiderink.nl/product/faay-wanden/
47
Details en verbindingen
Zorgen voor een goede hanteerbaarheid
● De onderdelen dimensioneren op menselijke schaal
● De bouwelementen en -onderdelen zo dimensioneren dat de voorziene
hanteringen mogelijk zijn
● Kiezen voor lichte onderdelen en systemen
● Snelheid van constructie
● Technische vereisten: inertie, enz.
Bron: http://www.sleiderink.nl/product/faay-wanden/
48
Details en verbindingen
Duurzaamheid in tijd
● Alle onderdelen, en de verbindingen in het bijzonder, moeten zo
worden ontworpen dat ze bestand zijn tegen een herhaalde montage
en demontage, om schade en vervormingen tot een minimum te
beperken
● Keuze van materialen van hoge kwaliteit, met een hoge milieuprestatie
en een lange levensduur
● De levensduur van de onderdelen verlengen door herstelling of
vervanging van verbindingen mogelijk te maken
49
Multimodulair ontwerp
Verschillende ontwerpniveaus
Verschillende moduleafmetingen
Bron: De Troyer (2002)
50
Multimodulair ontwerp
Verschillende niveaus van ontwerpen
Opgelet voor incompatibele
modules
51
Multimodulair ontwerp
Bijstelling van afmetingen/ standaardisering
- Systemen met compatibele dimensies
- Beperken van het aantal verschillende elementen
Bron: Intrastructure
52
Multimodulair ontwerp
Bijstelling van afmetingen / standaardisering
Systemen met compatibele dimensies
53
Multimodulair ontwerp
Bijstelling van afmetingen / standaardisering
Beperking van de creativiteit?
54
En in de praktijk?
55
Studie – Renovatie Modelwijk
+ =
circulation + structure services
FRAME
GENERIC
SPACE
space + skin
= changing
= permanent
flexible
facade
free plan
technical clustering
Bron: Paduart (2012)
56
Studie – Renovatie Modelwijk
Bron: Paduart (2012)
1
2 3
maximal change
maximal reuse
restricted change
partial reuse
partition
walls
intermediary
turnover
internal
walls
high
turnover
3
57
Studie – Renovatie Modelwijk
Bron: Paduart (2012)
linear connection with existing column
ceiling connection
3 directions existing floor beam connection
existing wall connection floor connection
58
Studie – Renovatie Modelwijk
Bron: Paduart (2012)
static
dynamic
masonry
walls
dry walls
dynamic
walls
initial
phase
use &
mainte
nance
end-of-
life
LCC
LCA
59
Studie – Renovatie Modelwijk
Bron: Paduart (2012)
scenario
- increased layering
- introduction of reversible
connections
- reusable basic elements
Total life cycle impacts (LCE)
- reuse of components
- environmental benefits 50%
Initial environmental impact (IE) ↗
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 1 2 3 4 5
LCE
(Pt/
m²
inte
rnal
wal
l)
IE (Pt/m² internal wall)
LCA
IE = Initial Environmental impact
LCE = Life Cycle Environmental impact
LCA
brickwork
dynamic
walls
dry walls
static dynamic
plan adaptation - 15 years
60
Studie – Renovatie Modelwijk
Bron: Paduart (2012)
75
175
275
375
475
575
675
775
875
75 125 175
LC
F (€
/m²
inte
rnal
wal
l)
IF (€/m² internal wall)
scenario
Initial financial cost (IF) ≈
LCC
IF = Initial Financial cost
LCF = Life Cycle Financial cost
LCC
brickwork
dynamic
walls
dry walls
static dynamic
plan adaptation - 15 years
- increased layering ↗
- reusable materials ↗
- preassembly
Total life cycle costs (LCF) ≈ - labor costs for (dis)assembly
- discounting effect
Locatie: industrieterrein
Levensduur: 20 jaar
Na 20 jaar: 100% van het materiaal wordt hergebruikt of gerecycleerd
Kiezen van duurzaam materiaal (lange levensduur en milieu-impact)
Prefab en voorgemonteerd -> 0% bouwafval
Kantoorgebouw, 1999
61
XX Office Project, Delft, Nederland
Bron: WRAP
Flexibel in te delen ruimte
(“open plan”)
Lichte en omkeerbare wanden
Design for adaptability
62 Bron: WRAP
XX Office Project, Delft, Nederland
Design for adaptability
63
Flexibel in te delen ruimte
(“open plan”)
Lichte en omkeerbare wanden
Bron: WRAP
XX Office Project, Delft, Nederland
Design for Deconstruction
- Fundering:
Omkeerbaar staal
↕
Gerecycleerd beton
- Structuur: hout
- Verbinding:
* stalen plaat
* bouten
* loskoppeling met eenvoudige werktuigen
64
Bron: WRAP
XX Office Project, Delft, Nederland
Design for Deconstruction
- Vloerplaat:
* Gerecycleerd beton (20%)
* Scheidingsplaat
* Isolatie
- Dak
* Waterdicht membraan
gerecycleerd bitumen
* vasthechten met ballast
- Vloer:
* prefab houten vak
* zandvulling
= geluidsisolatie
* niet vastgekleefd tapijt
65 Bron: WRAP
XX Office Project, Delft, Nederland
Design for Deconstruction
- Gevel:
* voorgemonteerde glasmodule (2 x 5m)
* Driedubbele beglazing
- Verbinding
* stalen console die de modules verbindt met de hoofdstructuur
Gevel onafhankelijk van de structuur
- Stalen hoekelementen om de levensduur te verlengen
66
Bron: WRAP
XX Office Project, Delft, Nederland
67
Ontwerpfasen
Eerste schetsen:
Vooruitlopen op veranderingen in de toekomst (flexibel ontwerp):
- Programma
- Eenvoudig ontwerp
- Plaats van technieken
- Plaats van verkeersruimten
68
Ontwerpfasen
Voorontwerp:
Definitie van de behoeften en technische eisen
- gewicht
- inertie
- …
Keuze van materialen die voldoen aan de technische eisen
- keuze en ontwerp van draagstructuur
- keuze van materialen voor wanden en vloeren
- keuze van thermisch en akoestisch isolatiemateriaal
- …
Dit vereist:
- Een materiaalkeuze die een flexibel en demonteerbaar ontwerp vergemakkelijkt
- De keuze van het complex met de beste milieuprestatie
69
Ontwerpfasen
Voorontwerp:
Vooruitlopen op aanpassingen in de toekomst (demonteerbaar ontwerp):
- Functionele lagen
- Multimodulair ontwerp, standaardisering en bijstelling van de afmetingen
70
Ontwerpfasen
Uitvoeringsdossier:
Ontwerp van details en verbindingen
Definitie van de montage van de onderdelen, rekening houdend met de hantering ervan
Keuze van de afwerkingsmaterialen en van de uitvoering ervan
Dit vereist:
- Een materiaalkeuze die een flexibel en demonteerbaar ontwerp vergemakkelijkt
- De keuze van het complex met de beste milieuprestatie
71
Conclusie
Inspelen op toekomstige veranderingen en recuperatie van het materiaal:
- op het niveau van het gebouw
- op het niveau van de onderdelen
- op het niveau van het materiaal
Rekening houden met de milieuprestaties van de materialen
- op het niveau van het gebouw
- op het niveau van de onderdelen
- op het niveau van het materiaal
Nood aan een geïntegreerd ontwerp vanaf de eerste schets
72
Contact
Caroline HENROTAY
Leefmilieu Brussel
Departement technieken en opleidingen duurzame
gebouwen
: 02 775 79 44
E-mail: chenrotay@leefmilieu.irisnet.be