Conference | Conferencia

BUILDING ENVELOPES:Refurbishment and innovation

ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS:Rehabilitación e Innovación

Madrid 10th of May 2012 in VETECO, International Window, Curtain Walling and Structural Glass Trade ShowMadrid, 10 de mayo de 2012 enVETECO, Salón Internacional de la Ventana y el Cerramiento Acristalado

Hosted by | Organizado por

Ifema, Feria de Madrid

www.asefave.org www.faecf.org

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Conference | Conferencia

BUILDING ENVELOPES:refurbishment and innovation

ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS:rehabilitación e innovación

The current situation provides an overview of the sector in which the rehabilitation and innovation are the main drivers of the activity. The potencial renovations of a large number of existing buildings should include new products that improve signifi cantly its performance.

The aim of these lectures is to show what the industry and the research groups are working, showing that both sides are complementary and are more than feasible, advisable.

La situación actual del sector ofrece un panorama en el que la rehabilitación y la innovación aparecen como los motores principales de actividad. Se ha de aprovechar el gran número de edifi cios existentes y realizar rehabilitaciones con nuevos productos que los mejoren ostensiblemente.

Con estas ponencias pretendemos asomarnos a lo que la industria y la investigación están haciendo al respecto, mostrando que ambas caras se complementan y son más que factibles, recomendables.

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FAECF, the ‘Federa on of the European Window and Curtain Wall Manufacturer Associa ons’ represents 16 na onal associa ons of the metal construc on industry. The objec ve of FAECF is to strengthen and extend the posi on of the European fenestra on industry in the market. It contributes essen ally to European harmoniza on in fenestra on and serves as an informa on center for the public. European collabora on is increasingly gaining in signifi cance with

the implementa on of the Single Market. Many issues which used to be addressed only at the na onal level, need to be reconsidered from an interna onal point of view.

FAECF, la Federación de Asociaciones Europeas de Fabricantes de Ventanas y Muros Cor na, representa a 16 asociaciones nacionales de la industria de construcción. El obje vo de FAECF es fortalecer y extender la posición de la industria europea de ventanas y fachadas en el mercado. FAECF contribuye fundamentalmente a la armonización europea y sirve como centro de información para el público. La colaboración europea está ganando en importancia con la implementación del Mercado Único. Muchos de los asuntos que solían abordarse solo a nivel nacional, necesitan ahora ser considerados desde un punto de vista internacional.

Member Associa ons | Asociaciones Miembro

AMFT www.am .at

AGORIA www.agoria.be

SZFF/CSFF www.szff .ch

VFF www.window.de

ASEFAVE www.asefave.org

SNFA www.snfa.fr

CAB www.c-a-b.org.uk

GGF www.ggf.org.uk

SEKA www.seka.org.gr

ALUTA www.aluta.hu

UNCSAAL www.uncsaal.it

VMRG www.vmrg.nl

GBF www.gbf.se

P.P.T.T. www.pp .ro

ANFAJE www.anfaje.pt

Coopera on with JSMA/Japan, AAMA/USA, EuroWindoor | Colaboración con JSMA/Japan, AAMA/USA, EuroWindoor

Federation of European Window and Curtain Walling Manufacturer’s Associations

Published by | Editado por: Tecnopress Ediciones S.L.Tel.: +34 934 050 307 - tecnopress@ciberperfi l.com

for | para: ASEFAVE y FAECF

Legal Deposit | Depósito Legal: B-15183-2012

No part of this book may be totally o par ally reproduced without permission in wri ng from ASEFAVEQueda prohibida la reproducción total o parcial del contenido de esta edición sin el permiso escrito de ASEFAVE

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Speakers | Ponentes

Dr. Ing. Patxi Hernández Iñarra

Industrial Engineer and PhD at University College Dublin. He works in the Construc on Divisionof TECNALIA, in building and construc on products life cycle analysis.Ingeniero Industrial y Doctor por la Escuela de Arquitectura del University College Dublin.Trabaja en la Unidad de Construcción de TECNALIA, en temas de análisis de ciclo de vida de edifi cios y productos de construcción.

Prof. Dr. Jos J. N. Lichtenberg

Consultor and innovator in Inno - Experts, he holds a chair in product development at the Eindhoven University of Technology.Profesor y Doctor. Consultor e innovador en Inno - Experts, es responsable de desarrollo de producto en la Eindhoven University of Technology.

Dipl. - Ing. Tillmann Klein

Director of the façade consul ng offi ce Imagine Envelope b.v. He leads the façade research group at the TU Delf, Faculty of Arcuitecture.Arquitecto. Director de la consultoría de fachadas Imagine Envelope b.v. Lidera el grupo de inves gación sobre fachadas en la Facultad de Arquitectura de la Universidad de Delf.

Dipl. - Ing. Silvia Fitor

Tex l Industrial Engineer. She leads the prescrip on of architectural products in SERGE FERRARI.Ingeniera Industrial Tex l. Responsable de la prescripción de los productos de arquitectura en SERGE FERRARI.

Madrid, 10th of May 2012 - 11.00 h. - 13.30 h | Madrid, 10 Mayo 2012 - 11.00 h. - 13.30 hRoom N118, North Entrance IFEMA | Sala N118, entrada norte IFEMA

Conference program | Programa de conferencias

10.45 Registra on | Registro

11.00 - 11.10 Opening speech | Bienvenida e inauguración de la conferencia

11.10 - 11.40 Implica ons of energy and environmental policies on the architectural envelope (Page 6) Implicaciones de las polí cas energé cas y medioambientales sobre la envolvente arquitectónica ligera (Página 43) Dr. Ing. Patxi Hernández Iñarra - TECNALIA

11.40 - 12.10 Conference in English | Conferencia impar da en Inglés How to build vital and sustainable on a economic basis (Page 13) Cómo construir de forma sostenible y funcional según criterios económicos (Página 49) Prof. Dr. Jos J. N. Lichtenberg - Eindhoven University of Technology

12.10 - 12.40 Conference in English | Conferencia impar da en Inglés Refurbishment concepts for offi ce facades (Page 22) Conceptos de rehabilitación de fachadas en edifi cios de ofi cinas (Página 58) Dipl. Ing. Tillmann Klein - TU Delf, Faculty of Architecture

12.40 - 13.10 Tex l façade solu ons (Page 30) Soluciones de fachada tex l (Página 66) Ing. Silvia Fitor - SERGE FERRARI

13.10 - 13.30 Discussion | Coloquio

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Repercussion of energy and environmentalpolicies on the future of facade systems

1. Introduc on

The large growth experimented in the last decades both in developed and emerging economies, has not relied only on the popula on growth and associated demand, but also on a large increase of per-capita spending. This has created further pressure on the supply-demand balance, and current macroeconomic perspec ve remains very complex and instable, and can have repercussions in long term on the industrial and social global structure. Core to this issue is the progressive stress on the world natural resources, with associated increase on raw materials and energy costs, and a situa on where those regions with control of par cular resources, and par cularly of fossil fuels, can condi on the growth and compe veness of the other regions including EU27.

In response to this and also aligning with Kyoto requirements and the need to move to a lower carbon economy, European policy has incorporated energy and climate goals into the Europe 2020 Strategy for smart, sustainable and inclusive growth, adopted by the European Council in June 2010, and into its fl agship ini a ve ‘Resource effi cient Europe’. This ini a ve aims to decouple economic growth from the use of natural resources.

In this context, compe veness of industrial sector in EU , and par cularly in the construc on sector in Spain, suff ers a very delicate situa on and with an uncertain future. New direc ves and policies that are being introduced at European level regarding effi ciency of resources, and that directly apply to the windows, doors and façade systems, could play a key role either limi ng or reinforcing the compe veness of the industry.

The following sec ons introduce some of the key policies and instruments that directly aff ect the sector, and the ar cle concludes with a discussion on the industry need for advice and support for innova on and development , to both comply with the new policy framework and increase compe veness.

2. Regula on (EU) 305/2011 of the European parliament and of the council of 9 March 2011 - laying downharmonised condi ons for the marke ng of construc on products and repealing Council Direc ve 89/106/EEC

The Construc on Products Direc ve (CPD), aimed at crea ng a single market for construc on products, through the use of CE Marking. The CPD defi ned the Essen al Requirements of construc on works, regarding mechanical strength and stability, fi re safety, health and environment eff ects, safety of use, sound nuisance and energy economy. The construc on product regula on (CPR) repeals and completes the CPD and as a key environmental aspect, introduces a new seventh requirement regarding “sustainable use of natural resources”.

The new basic work requirement (BWR 7) states the following:

The construc on works must be designed, built and demolished in such a way that the use of natural resources is sustainable and in par cular ensure the following: (a) reuse or recyclability of the construc on works, their materials and parts a er demoli on; (b) durability of the construc on works; (c) use of environmentally compa ble raw and secondary materials in the construc on works.

Dr. Ing. Patxi Hernández Iñarra Industrial Engineer and PhD at University College Dublin.He works in the Construction Division of TECNALIA,in building and construction products life cycle analysis.

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The BWR 7 is an important step to incorporate sustainability into building products. There is obviously a need for standardiza on to assess this BWR, and newly developed standards, such as the EN 15804:2012 Sustainability of construc on works. Environmental product declara ons. Core rules for the product category of construc on products, is a good step in this direc on, and have now to be adapted and applied to the diff erent construc on sectors and products. In prac ce, the BWR 7 will become mandatory by July 2013, and by then all construc on products will have to assess the environmental impact and sustainable use of resources. This will require all manufacturers of construc on products to evaluate and monitor their materials supplies and the whole produc on process more carefully, to be able to quan fy the environmental performance of the fi nal product. The quan fi ca on of environmental performance can serve as a basis for eco-innova on, and will also be necessary for other instruments and policies applied to façade systems, such as those described in the following sec ons.

3. Direc ve 2010/30/EU on the indica on by labelling and standard product informa on of theconsump on of energy and other resources by energy related products, and Direc ve 2009/125/ECestablishing a framework for the se ng of ecodesign requirements for energy-related products

The labelling direc ve 2010/30/EU replaced a previous direc ve that was exclusive for energy using products, and now is applicable to non-energy consuming products, such as windows. Together with thermal insula on products for buildings, the product group ‘windows’ is indeed considered one of the key energy-related products. Key aspects of an energy labelling system of windows and façade systems are related to diminishing the energy use for hea ng, cooling and ligh ng of the buildings. The requirements are therefore related not only heat losses, but also the heat gains and visual transmi ance. Relevant parameters which can be considered on a label are,besides ‘thermal transmi ance’, the ‘solar transmi ance’ which could depend not only in window characteris cs but also on the type of solar shading applied, and ‘air leakage’ which refers to uninten onal air exchange.

The basis for the energy scale will remain the same as for other product groups, graded from A to G - matched by a colour scale from dark green for the most energy effi cient to red for the least.

Fig. 1) Sample layout of window energy labelling scheme.Source: Bri sh Fenestra on Ra ng Council, UK.

While the energy labelling provides a clear indica on of energy performance, the concept of eco-design involves a further considera on of manufacturing issues, aiming to develop products with a lower environmental impact through the whole life cycle of the product. The original Eco-Design Direc ve (2005/32/EC) was adopted in July 2005 and focused on energy using products. This Direc ve has subsequently been repealed by Direc ve 2009/125/EC, a recast enlarging the scope from energy using product to energy related products, including now product such as windows. Windows are indeed men oned in the Ecodesign Direc ve as example of ‘energy related products’ with high energy saving poten al. The Ecodesign Direc ve defi ne condi ons and criteria for se ng, through subsequent implemen ng measures, minimum requirements regarding environmentally relevant product characteris cs and allows them to be improved quickly and effi ciently. The framework provided by the Direc ve aims to encourage manufacturers to develop products where they have taken into account the environmental impact of the product throughout its en re life cycle. So far, regula ons have been published for various product groups, but not yet for windows and façade systems. However, the need for manufacturers of energy related

Fig. 1

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products, such as windows and façade systems, to account for environmental impact of their products with a life cycle perspec ve is key to comply with this direc ve in the future.

4. Ecolabels and Green Public Procurement, instrument to promote environmentally friendly products

Ecolabel and Green public procurement (GPP) are instruments to promote products that have a reduced impact on the environment throughout their life cycle, from the extrac on of raw material through to produc on, use and disposal.

There are a number of ecolabels and GPP criteria which are already being applied for diff erent products throughout Europe. Of par cular relevance is the European Ecolabel (i.e. the fl ower logo) and the European work on GPP criteria.

The European Ecolabel is fi rst established in 1992 to encourage businesses to market products and services that are kinder to the environment. Products and services awarded the Ecolabel carry the fl ower logo, allowing consumers - including public and private purchasers - to iden fy them easily.Ecolabels are voluntary labels adopted by the European Commission on a product by product (Ecolabel Regula on (EC/66/2010). The Ecolabel, i.e. the fl ower logo, may be displayed on products and promo onal material on a voluntary basis if they respond to a list of the criteria pre-defi ned in implemen ng measures of the Commission and guaranteeing that the product is among the most environmentally friendly in its sector.Award criteria must relate to European environmental and ethical objec ves. In par cular:• the impact of goods and services on climate change, nature and biodiversity, energy and resource consump on,

genera on of waste, pollu on, emissions and the release of hazardous substances into the environment;• the subs tu on of hazardous substances by safer substances;• durability and reusability of products;• ul mate impact on the environment, including on consumer health and safety;• compliance with social and ethical standards, such as interna onal labour standards;• taking into account criteria established by other labels at na onal and regional levels;

Today the EU Ecolabel covers a wide range of products and services, with further groups being con nuously added. Product groups include cleaning products, appliances, paper products, tex le and home and garden products, lubricants and services such as tourist accommoda on. Ecolabel criteria is now being developed for windows and doors. (h p://susproc.jrc.ec.europa.eu/windoors)

Green Public Procurement (GPP) is an instrument to introduce environmental criteria in public and local administra on purchasing, aiming for the subs tu on of products and services with others with be er environmental performance. The GPP criteria are based on data from an evidence base, on exis ng ecolabel criteria and on informa on collected from stakeholders of industry, civil society and Member States. The evidence base uses available scien fi c informa on and data, adopts a life-cycle approach and engages stakeholders who meet to discuss issues and develop consensus. The GPP approach is to propose two types of criteria for each sector covered:

• The core criteria are those suitable for use by any contrac ng authority across the Member States and address the key environmental impacts. They are designed to be used with minimum addi onal verifi ca on eff ort or cost increases.

• The comprehensive criteria are for those who wish to purchase the best environmental products available on the market. These may require addi onal verifi ca on eff ort or a slight increase in cost compared to other products with the same func onality.

GPP does not set out to detail each and every aspect of a products life cycle. Rather, by judicious use of published ecolabel and/or life cycle informa on it focuses on key aspects.

An important part of both GPP and Ecolabel criteria for window products for buildings, as it can be expected, is related to performance in the use phase (U-value , G-value , L50 value ,Daylight transmi ance), and is in line with the Energy Labelling . But as these instruments enlarge the scope to a life cycle perspec ve, the following issues are also of par cular importance:

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• Emissions and energy consump on during manufacturing, including use of recycled materials;• Presence of hazardous substances;• End-of-life treatment (re-use, recycling, incinera on, land fi ll)

Therefore GPP and Ecolabel approaches also include criteria such as selec on of gas fi llers with low GWP, use of sustainable wood, improvement of recycled content, avoiding hazardous substances, etc.

5. Whole Building Performance Evalua on

Building environmental and sustainability performance evalua on methods and cer fi ca on schemes are becoming increasingly popular in the last few years. One of the key issues to evaluate whole building sustainability is the energy performance in the use phase, which in EU is already covered by the Energy Performance of Buildings Direc ve, a fundamental policy aiming to improve building energy effi ciency. With a wider scope, whole building environmental cer fi ca on systems, such as the voluntary LEED and BREEAM, already incorporate some other specifi c requisites that directly aff ect the façade systems and window industry, and are linked to the resource effi ciency in product supply. There is also an standardisa on work being carried by CEN TC 350, having published the standard for environmental performance assessment EN 15978:2011 Sustainability of construc on works - Assessment of environmental performance of buildings - Calcula on method, which will be a key methodology for whole building performance evalua on in the near future.

5.1. Direc ve 2010/31/EU on the energy performance of buildings (recast)

On 19 May 2010, a recast of the Energy Performance of Buildings Direc ve was adopted by the European Parliament and the Council of the European Union in order to strengthen the energy performance requirements and to clarify and streamline some of the provisions from the 2002 Direc ve (2002/91/EC) it replaces . One of the most striking requirements on the direc ve, is that by 31 December 2020 new buildings in the EU will have to be ’nearly zero’ energy . The defi ni on of “nearly zero” is however unclear, as states : Nearly zero-energy building’ means a building that has a very high energy performance, as determined in accordance with Annex I. The nearly zero or very low amount of energy required should be covered to a very signifi cant extent by energy from renewable sources, including energy from renewable sources produced on-site or nearby.

Work on the defi ni on is s ll ongoing, but it in any case clear that a signifi cant step must be taken before 2020 on the improvement of energy performance of buildings. Improving energy performance of building envelope including façade systems will be fundamental for this task. To achieve a “nearly zero” status, building professionals will have to decide between diff erent diff erent op ons including “passive” and “ac ve” strategies, which will increasingly become into compe on, to achieve the “nearly zero” status in the most cost-effi cient way. In this context, premium façade systems have to be prepared to demonstrate, with a life cycle cost perspec ve, that energy savings can complete with on-site renewable energy op ons such as photovoltaic or solar thermal, and that can be an important part of the journey towards the “zero energy” concept. In this context combined façade systems which incorporate renewable energy elements contribu ng to the energy supply of the building will become an increasingly interes ng op on.

The EPBD is as commented a key policy aiming to limit energy use during the opera on stage of the building. However , aligning with the other resource effi ciency policies, as commented the life cycle perspec ve has to be taken into account. In this context, we have to note that buildings generally employ an increasing amount of materials and systems to reduce the energy use in opera on, and the resources associated to raw materiales and produc on processes can cons tute an important part of the building’s life cycle energy use. For buildings with ‘zero-energy’ use in opera on, the environmental impact of products is indeed the only life cycle environmental impact. This is not addressed by current EPBD, but it is a key aspect to have in mind as we evolve to “zero energy” in opera on. We have to start paying increased a en on to the environmental aspect of products, which is the focus of the previously commented new CPR (BWR 7), and the eco-design direc ve.In the example shown in fi gure 2, it can be observed the energy performance of a typical house during the use stage (in kWh/m2 year), which can be compared with one of the most important indicators for resource use, the so called “embodied energy” or energy related to raw materials, produc on of building products and construc on process.

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Dividing the embodied energy by the expected life me of the products, we can directly compare in a graph and see that while the “life cycle” issue had li le relevancy un l recent mes, the “embodied energy” part of the life cycle energy use will become the main issue of energy consump on of buildings, and eff ort has also to be put on the reduc on of this embodied energy.

Fig. 2) Graphic representa on of increased rela ve importance of the “embodied energy” against the annual energy use (in kWh of primary energy per square meter).Source: HERNANDEZ, P. & KENNY, P (2011) Development of a methodology for life cycle building energy ra ngs, Energy Policy, 39:6 , 3779-3788

5.2. Voluntary environmental and sustainability performance cer fi ca on methods

LEED and BREEAM are the most extended voluntary building cer fi ca on methodologies, and have become increasingly popular in the last few years. They include various categories for sustainability evalua on. To put some examples of relevant issues that can relate to the facade and window industry which are considered either in BREEAM or LEED include the following:

• Related to the materials and building products, these guides pay par cular a en on to the low environmental

impact products from a life cycle perspec ve. Therefore, criteria for building materials include the use of recycled or reused materials, the use of locally sourced materials to reduce transport, or the responsible sourcing of materials, which is of par cular importance in the case of wood products.

• Related to health and wellbeing, there are requisites related to pollutant emissions (eg. limits to VOC emissions), and also requirements to avoid glare, and enhance thermal and acous c comfort.

• In rela on to the energy performance during the use stage of the building , and linking with the EPBD, façade systems are indeed one of the key elements for evalua on, and very effi cient façade systems will be necessary to comply.

• Related to project management, the systems recognize the need to facilitate the building user with instruments and informa on for building management, including blinds and shading devices, ligh ng control etc.

It is increasingly common to see construc on projects requiring one of these voluntary building cer fi ca on methods. To obtain LEED or BREEAM cer fi ca on, projects need to comply with a certain number of criteria, and therefore require their suppliers of building products, including window of façade systems manufacturers, to demonstrate compliance with some of the criteria established by the method. Knowing the environmental characteris cs of the product is therefore necessary to be able to put a product in a project using one of those systems.

5.3. EN 15978:2011 Sustainability of construc on works -Assessment of environmental performance of buildings - Calcula on method

This European Standard specifi es the calcula on method to assess the environmental performance of a building, based on Life Cycle Assessment (LCA) and other quan fi ed environmental informa on. It also gives the means for the repor ng and communica on of the outcome of the assessment. It follows a structured way to assess the performance, comprising the following issues:• the descrip on of the object of assessment; • the system boundary that applies at the building level;

Fig. 2

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• the procedure to be used for the inventory analysis; • the list of indicators and procedures for the calcula ons of these indicators;• the requirements for presenta on of the results in repor ng and communica on;• the requirements for the data necessary for the calcula on.

The assessment includes all building related construc on products, processes and services, used over the life cycle of the building, as it is described in Figure 3.

It is expected that whole building environmental evalua on in Europe will follow the structure of this standard. To be able to apply the standard, each product will have to provide environmental informa on, which will infl uence the result of the whole building assessment. Whole building GPP and Ecolabel guidelines are likely to evolve towards the applica on of this standard, so its applica on and importance might rapidly increase. Countries such as Germany or Netherlands are already applying the methodology for public procurement. It is therefore also key for the industry to off er products with the best possible environmental characteris cs, not only during the use phase but with a “life cycle” perspec ve, as all the aspect will be computed in this new standard.

Fig. 3) Display of modular informa on for the diff erent stages of the building assessment. Source en 15978:2011

6. Conclusions

We have described in this ar cle how there are diff erent policies and instruments to promote resource effi ciency, which directly aff ect the façade systems and window industry sector. To comply with the coming policies, and to be able to compete in a market where sustainability issues are of increasing importance, there is a need for the sector to take ac on in the fi eld of eco-innova on, and consider the implementa on of these policies and instruments as an opportunity for increasing the compe veness of their products. However, the current situa on, as expressed in the fi ndings of the EU LiMaS project (www.limas-eup.eu) indicates that most of the companies with less than 50 employees do not have an Environmental Dept. (87%), and 60% of the companies do not know the Eco-design Direc ve.

To engage with eco-innova on, comply with the policies, and take advantage of the instruments that promote environmentally friendly products, companies fi rstly need technical knowledge for an environmental assessment of their products and processes, in order to iden fy and implement improvement measures and best available techniques. Secondly, there is also a need on changing some of the management aspects of the companies, as most of the companies are s ll not used to work with Environmental Management Systems such as ISO 14001 , EMAS, or

Fig. 3

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the new ISO 14006:2011 Environmental management systems - Guidelines for incorpora ng ecodesign, which can help in integra ng ecodesign.

These two needs are par cularly obvious on SMEs who do not have staff assigned to environmental roles, and for whom is more diffi cult to be updated about the latest technologies available in the market to improve their products and extend the management with addi onal environmental issues.

Therefore, support and advice for the sector innova on and development is needed, par cularly on these extended technical and management requirements. An ongoing way of support is the development of simplifi ed environmental assessment tools and methods, specifi c for an specifi c industry sector, which will facilitate environmental assessment , management, and eco-design. As for the companies, a mindset change is needed to focus on eco-innova on as the only possible way forward, both to comply with the relevant policies (CPR BWR 7, Eco-Design Direc ve, etc), and to be able to compete in the market increasingly reques ng resource effi ciency. Those who will take the opportunity for eco-innova on, will have a large advantage as off ering products with the best environmental performance will be increasingly rewarded, and where they can already benefi t of various promo onal instruments (Ecolabel , GPP, infl uence on whole building assessment methods, etc). Those who will not embrace eco-innova on will probably have very li le chance of compe ng in Europe, and neither in a globalized market.

References:

1. Study on Amended Working Plan under the Ecodesign Direc ve(remaining energy-using products and new energy-related products), Prepared for the European Commission under DG ENTR Service Contract SI2.574204, by: Mar jn van Elburg (coordinator), Maaike van der Voort, Roy van den Boorn, Rene Kemna and William Li

2. Green Public Procurement - Windows Technical Background Report Windows, Glazed Doors and Skylights - Report for the European Commission - DG Environment by AEA, Harwell, June 2010

3. EU Ecolabel and Green Public Procurement for Windows and External Doors - Ongoing project by Joint Research Centre’s Ins tute for Prospec ve Technological Studies (JRC-IPTS). The work is being developed for the European Commission’s Directorate General for the Environment. h p://susproc.jrc.ec.europa.eu/windoors/

4. Present and future implementa on of the ErP Direc ve in the Basque Country and Spain: some proposals from reality Ihobe contribu ons to the European Commission. September 2011

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Prof. Dr. Jos J. N. Lichtenberg

Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven, Netherlands, chair Product Development (email: J.J.N.Lichtenberg@tue.nl), co-owner of Inno-Experts (J.Lichtenberg@inno-experts.nl) and chairman at the Slimbouwen foundation info@slimbouwen.nl

Slimbouwen, a strategy for effi cientand sustainable building innova on

Abstract

Slimbouwen® (SLIM in Dutch stands for both smart and lean, BOUWEN is the Dutch word for ‘to build’) starts from the appointment that the tradi onal way of building does not meet the today’s requirements anymore. Building does substan ally aff ect the environment in many ways and the building process became quite complex. In the last century step by step services were added to the already known building structure, without re-evalua ng the building tradi on. Slimbouwen is based on a skeleton structure and the separa on of services from the building structure. Crucial developments for this approach are a fl oor and wall systems that enables the installers to mount their prepared and prefabricated services as a whole. The separa on of services facilitates a simplifi ca on of the process and a substan al gain of me. Slimbouwen also facilitate users to adapt their buildings during the life span and even strongly contributes to postpone demoli on. It is a rela vely young approach and source for research in the frame of the chair ‘product development’ at the Technische Universiteit Eindhoven. Meanwhile also prac cal experience can be reported.Keywords: strategy, sustainability, effi ciency, innova on, product development.

1. Introduc on

This contribu on is about a vision on innova on or maybe the lack of innova on in the building industry. The last two centuries indeed interes ng a empts have been made to change construc on in a structural way, but in spite of these a empts it has to be concluded that the bulk market also today is s ll based on very old building tradi ons. There surely is innova on, but it is predominantly based on addi ons on component level. The historical given basics of construc on however always was maintained. It is remarkable that in spite of a substan al change of market requirements, the building industry is s ll s cking to tradi onal building technology. Twelve eye-openers, strongly related to sustainable, economical and social items, are presented to prove the need for fundamental change.Slimbouwen is presented as a conceptual solu on for accelera ng innova on and product development. Slimbouwen aims at fl exible buildings and a reduc on of material, waste, emissions, energy, etc while being compe ve through an improvement of effi ciency. In fact in the Netherlands it has already been proven to be a successful approach since the fi rst Slimbouwen products are already developed and applied in the building market. S ll a lot of research and development has to be done in order to achieve further effi ciency and to overcome the anchored rou nes. This paper reviews the mo ves for Slimbouwen as well as examples to give a concrete form to the theorem. It also gives a synopsis of the research carried out in the frame of the Slimbouwen research programme.

2. Structural building innova on up to 1900 AD

The tradi onal building process is also nowadays strongly based on ancient lines. O en it seems that certain phenomena in building are invented at a certain point, but in many cases they evolved slowly and remained through the ages. Some mes they even were forgo en and had to be reinvented, not to speak about the never reinvented values which might s ll be hidden for us in our era.

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The ancient Romans applied the stacked construc on method (building with stone or brick) on a large scale. Building with stone was already well known for centuries, but the techniques were revolu onary developed and exploited by the Romans.The Roman highlights are of course the works for water distribu on (a.o. many tunnels and aqua ducts), theatres as the Colosseum, baths and other civil works. Also the Pantheon is a memorable structure. The span of the dome construc on (43 m) was only exceeded in the 20e century in concrete. And of course also the Roman hea ng system (fl oor and wall hea ng by distribu ng heated air) is generally considered as quite spectacular technology. Apart from the highlights it is also interes ng to know how the ci zens of Rome were accommodated. Through wri ngs (A.o. Vitrivius), remainders and archaeology, the situa on can be reconstructed quite well. At the beginning of the era, Rome had about one million inhabitants, most of them being member of the working class or the Roman government and army. Shelter was arranged in so-called insulae (fi g. 1), a kind of apartment buildings that mostly were planned in quadrants round a central court space.

Fig. 1) Reconstruc on of an ancient Roman apartment building (insula).

The insulae were buildings of three up to fi ve storeys high. Ground level was normally fi lled-in with commercial ac vi es. The fl oor plans of the other storeys were divided in rooms. Each room was in fact a house. Access to the houses was provided by a central stairwell. Through wall openings either on the courtyard side, either on the street side, daylight and fresh air was let in [1]. Some mes in the window openings mica or even glass was applied as a transparent separa on, but mostly there was only the opening, that could be closed by shu ers. The Romans are praised for their sanitary facili es including (plumb) pipes and distributors,

casted taps, pumps, valves etc. Water was considered to be very important in those days. Compared to our era the water consump on was about 3 mes higher. Nevertheless in the insulae was no water supply. One had to get water from a well or fountain in the central court. Also for the toilet one had to go outside to a public facility. Limited cooking was performed on charcoal fi re in the house. The insulae were build up with masonry ll the third fl oor and from there one con nued with light weight mber frame structures. The quality was poor and regularly buildings collapsed. In the fi rst century under August a regula on existed by which the maximum building height was limited on 70 pes1 (approx. 21 meters), but about the year 100 AD under Emperor Trajanus this limita on was brought back to 60 pes (approx. 18 meters). Insulae were build in each Roman city, but remainders are s ll to fi nd especially in Os a, the harbour area of Rome.

In the Roman building technique the development of the masonry in par cular is of great importance. The Romans already invented cement mortar and for effi ciency reasons they contagiously developed a kind of poured concrete method. A double row of Bricks or les, anchored by stone or wooden connec ons, served as a permanent formwork for the concrete to be poured in between. This method was named ‘Opus Caemen um’ [2] (fi g 2). On what remained from the Roman building technique is not representa ve for the reality. Also the ancient Romans constructed a lot with mber, but since wood did not stand the me of ages as well as stone does, a misrepresenta ve

impression remains. Timber frame with an infi ll with boards, wa le-and-daube or straw armed loam, was already applied for many centuries before the Roman empire. Thus apart from the stacked stony construc on method, also the mber frame building method was already widely known.

Fig. 2) Opus Caemen um

With the fall of the Roman Empire also the know how of stacked construc on technique with cement and also pouring techniques faded away.

Fig. 1

Fig. 2

1One pes = 296 mm

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All this to express, that also in ancient mes a lot of technology was already available. Looking to the Insulae and founda on technology it is almost todays reality and at least very recognizable for builders.

During the ages up to the 18th century, there was hardly any basic innova on. Naturally incidents are to be reported, but in general and considering the me span (we are almost 15 centuries ahead) the progress in construc on has to be considered as poor. Among others the incidents are the construc on of cathedrals, castles and ramps and of course the work of Brunellesschi, Leonardo Davinci and Michelangelo. Through them and a number of contemporaries, about 1500 AD an innova on wave in construc on passed. S ll wood and Stone remained also in that me as main construc on materials and also the building process was not fundamentally changed. We even lost a lot of Roman know how. For example cement technology disappeared completely and was to reinvent in the 19th century.

In the 18e en19e century cast iron and steel was introduced as a new construc on material. Cast iron already existed, but Abraham Darby discovered in 1709 in Coalbrooksdale that by using cokes as a fuel, higher temperatures could be achieved. This discovery facilitated the realiza on of larger foundries, larger cas ng-ladles and thus larger parts. His grandson Abraham Darby III produced and built in 1779 near Coalbrooksdale an iron bridge over the river Severn. The bridge consists of fi ve arched trusses with a span of 33 meters. Each arch is assembled out of two main parts. The technology is to be considered as a break-through. Yet it lasted up to almost 20 years for this new technology concurred a broader basis. A er that it became clear that a basis was created for the industrial approach of building and especially steel frame construc on methods.

A famous example is Crystal Palace (fi g. 3) of architect Joseph Paxton, a world exhibi ons building in short me erected in 1851 in Hyde park London and designed on the necessity of moving the building. It has been demounted and rebuilt in 1853 in Sydenham London where it func oned for many years. Unfortunately in 1936 it was destroyed by fi re. Crystal Palace was an early example of building in glass and steel. One of the examples of disintegra on of structure and fi ll in [3].

Around 1900 in the United States the fi rst high-rise buildings were erected. Lack of space and European examples especially the Eiff el tower (1889) opened the way to new steel based building techniques (fi g. 4).

Fig. 3) Crystal Palace (1851),an early example of industrial building.

Fig. 4) Early high-rise.The Reliance building, Chicago, 1895.

3. 20th century: ineffi ciencyby fragmented innova on

One might be touched by the Roman technology level. The fact that we are, also tells us something about the present level of technology. Surely there was innova on. Especially in the past century the quality level increased substan ally. Sound insula on and fi re protec on were improved, energy consump on for hea ng houses was reduced, communica on techniques and domo cs were

Fig. 3

Fig. 4

16

introduced, etc. Only all this innova on has not caused a fundamental other building approach. We maintained the exis ng building technique and we only added lots of technology on a component level. That is what is meant by ‘Innova on by addi on’. Adding to the exis ng creates ineffi ciency at the end and that is exactly what happened in the construc on industry. The ineffi ciency is caused by adding especially installa ons and services during the last century. In 1900 the installa on technique was limited to a sewerage system, water supply and a chimney. Now, 100 years later, the installa on technique is about 30-40% of the total building budget. For ver cal transport sha s were added to the building. For the horizontal transport (piping and wiring) there was hardly any solu on but to posi on them directly under the fl oor. Electrical services and water supply were fi xed on walls. In the second half of the 20e century, services in sight were not accepted any longer. Nowadays we use to hide them in walls in milled chases, being covered a erwards or we hide them into poured concrete construc ons. We s ll posi on them under fl oors out of sight behind suspended ceilings. In fact the ceiling is to be considered as an addi on. A complica on of this solu on is the bypass sound to neighbour rooms through the ceiling cavity. One of the possible solu ons is to let the par on wall penetrate through the ceiling and connect it on the solid fl oor above the ceiling. However with that solu on the fl exibility of the par on walls is very poor. That conclusion has ini ated the development of a ceiling grit and barriers above this grit. Again an addi on, but that’s not the end of the story since services have to pass these barriers. An cipa ng on that problem sleeved joints were developed. In this case therefore even ‘addi on on addi on’.Through this way of stacked innova on the interweaving of services with the building parts has become very high.This is an important conclusion since it has caused an ineffi cient building process. For one thing, the consequence is that the fi nishing process has become very complicated and is carried out by many disciplines with a high rate of mutual interdependency. To illustrate this phenomenon: Around 1900 with the realizing of the structure and shell, the building was almost ready. These days, with the comple on of the structure and shell, maybe only some 30 % of the building process has been established. All in all it is remarkable that the building method as a whole never was rethought or being reset.

4. Complex building supply chain

It is quite explicable why innova ons in the building industry only slowly are adopted and why they have been based on the principle of ‘innova on by addi on’. The main explana on is hidden in the complex structure of the supply chain. Ever since the industrial revolu on the number of par es involved in a building process increased signifi cantly. The building supply chain is also rather complex. The chasm between on one side the large resource related mul na onals and on the other the end consumer, for instance a tenant of a building, is quite impressive. Another phenomenon is that in the building process some par cipants can be important decision makers without being a direct customer. Especially the designing and engineering group and the authori es on all sorts of levels are important players. Moreover the industry consists of rela vely small-scale businesses that all represent only a par al interest. Explicit market leaders do not exist in most of the sectors. The consequence is that in building business nobody consider himself as an ini ator for total change. Being ac ve outside the usual playing fi eld can even refl ect on ones business in a nega ve way. Through this and other conven ons integrated developments on a conceptual level are not encouraged at all.

5. When is change to come?

In this paragraph, a number of eye-openers is presented, showing that the tradi onal way of building in the contemporary context is no longer tenable. The statements are based on the Dutch situa on, however the eff ect is quite similar in other Western and industrialized countries.

• For the realiza on of 1 m2 net fl oor surface 1,000 up to 1,500 kg of building material is applied. To compare: A mobile home weighs 80-100 kg per m2;

• The building industry is responsible for 35% of the total waste produc on; • 25% of all road transport of goods is building related;• The produc on of building materials represent 8-10% of the total energy consump on. The energy used in

buildings represents another 33% of the na onal consump on;

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• 25% of a building volume is packaging. Customers rent or buy gross volume of which about 25% is taken in by building structures or hollow cores.

• The price of houses is compared to consumer goods considerably risen. Since 1970 the price of a house is mul plied with about 4. In the same period consumables like cars, washing machines and refrigerators have only been mul plied by 2.5.

• Buildings are built with a technical life span of 100 years or more, but o en they are demolished already within 35 years. The market and users are obviously signifi cant more dynamic than the fl exibility of buildings permit;

• With 70,000 houses each year, the exis ng stock (in the Netherlands 7,000,000 houses) will be totally replaced in about 100 years. A substan al part of the number of new houses is however meant for expansion of the stock. Taking this into account we come to a replacement period of at least 150 years. Therefore we should nourish the stock and at the same me new building volume should be as fl exible as possible;

• Flexibility counts also for energe c and sound insula ng measures. Improvements a erwards are in general not economic feasible, yet we design buildings with the standards of today and not with those of tomorrow or with facili es serving future improvements.

• The tradi onal building process requires a lot of building site personnel and exper se that is not suffi ciently available. Being a building worker is not very popular anymore and because of that the infl ow rate of youngsters is very low;

• In an industrial environment profi ts are in the range of 10% of the turn over and avoidable (defi ciency) costs in the range of 1-2%. In the building industry (contractors) it is the other way around. Average avoidable cost are approx. 10% of the turn over. Profi ts in the range of only 1-2%. In innova on theory this is a strong indica on for an end of life situa on;

• The progress in the early stage of the building process (structure and shell) is experienced as rather fast The top of the building is generally realised quite soon a er the founda on ceremony. A er that it looks like there is no progress at all.

The eye-openers can be considered as symptoms that support the theorem that rethinking the building industry is unavoidable. The building industry, including technique, process as well as organiza on has, by the addi on of many incremental innova ons, evolved to the present mayor ineffi ciency and source for environmental damage. Nevertheless the par cipants in the building process have become so much part of it, that they do not percept it as a problem. For this reason there is a barrier to concur and this will be a drag for progress. However the society is ready for change and the consciousness of social eff ects will con nuously raise the pressure on the supply chain. Related to the mayor eff ects even governmental interven on is very conceivable and this might change this process from evolu on to revolu on.

6. Slimbouwen

Slimbouwen is to be considered as a strategy that reacts to the problems as described. It is an open view. The trademark® used is only to prevent devalua on of the concept by commercial misuse treasured by the Slimbouwen founda on. Slimbouwen will result in concepts and products that facilitate its realiza on and in fact it already has generated some new products. In itself Slimbouwen is certainly not a building system. It is more like a shareware pla orm. Slimbouwen in this func on off ers also a basis for development strategy for the industry and by this to provide for an infrastructure and coherence to the fragmented development eff orts.

One of the main objec ves is to rearrange the building process from an on site parallel process into a serial process exis ng of only a few main steps with a minimum of interdependency. This has to be explained. The tradi onal building process and especially the fi nishing process, can be characterized as a complicated process in which the par cipants do carry out ac vi es with a high rate of interdependency to other par cipants. The result is a lot of overlap, ineffi ciency, avoidable costs, complex coordina on, lack of mutual respect, etc. Par cipants do have to return on site several mes since the proceeding is dependant of the progress of other par cipants. In fact this process is a complex process, where facades, roof, services and infi ll more or less are shaped in parallel (fi g. 8, le scheme)

A sequen al process containing limited number of major sub ac vi es, can only be obtained by a separa on of services from the rest of the process. In the tradi onal process the services are interwoven with almost all building parts and in a new approach this has to be avoided. Only than it will be possible to divide the building process into a limited number of sub processes with a low interdependency rate. Each main par cipant is responsible for prepara on, produc on, moun ng, guaran es, etc. for the total sub system.

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This is similar to other industrial branches. For example in the car-industry, the electric wiring is installed in only one course. This is facilitated by the design and engineering where the process of wiring has taken into account. The one course installa on also enables the development of a cable-tree. Actually this is basically where an industrial process is all about. At fi rst a proper division into sub processes and next comes the prefabrica on and then the automa on. Industrial and fl exible building has been subject for analysis and developments for a long period. In 1914 Le Corbusier came up with the Dom-Ino concept. It was based on separa on of structure and fi ll in. However in those days Le Corbusier hardly had to deal with services. In 1972 Professor John Habraken published his book “Supports, an alterna ve to mass housing” (already published in 1961 in the Dutch language) [4]. In that book he made statements about a separa on of structure and infi ll and later he was also involved in developing technical solu ons for the separa on of services.

In the eigh es and nine eth, at the Eindhoven university, experience with the separa on of services was embodied in a research and development project, the so called ISB project (fi g. 6) that has lead to 2 prototype houses and a broad discussion about how to build with breakthrough results [5].

Fig. 5) The ISB project

One of the problems with the ISB system was the industrial realiza on as well as the adop on by the market.As a breakthrough follow up, a development team of A+ created the so called Infra+ concept (fi g 6). Infra+ is a hollow core fl oor system suitable for horizontal distribu on and access of services in the structural zone (no addi onal space upon or beneath the fl oor required). A er posi oning the services the fl oor is covered on the upper side. Meanwhile this product has found already many applica on and is by the success already followed by various interpreta ons by other producers.

Infra+ is an example of product development that was ini ated by the Slimbouwen strategy and is now successfully commercialized by Slimline.Later on this development was followed by products like cable stud (Saint Gobain).

Fig. 6) Some Slimbouwen based product development.

Fig. 7) Example of applica on of Infra+ in a housing project in E en Leur (Netherlands)

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

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The natural solu on for the sequen al building process is a division in: • Founda on, skeleton and fl oors;• Skin (Outer walls + roof);• Services (ver cal through sha s, horizontally through hollow fl oors);• In fi ll (top fl oor and par on walls)

Fig. 8) The tradi onal parallel process (le ) and the sequen al building process (right)

By this approach the building process me will be substan ally reduced and therefore compe ve, it will be possible to construct considerably lighter at a much higher and predictable quality level and the user obtains a fl exible solu on in which future changes are feasible.

The above strongly emphasized on the process aspects of the Slimbouwen concept. It is to be expected and also already brought in prac ce, that this approach brings mayor economical advantages.A second value of the concept is the fl exibility which enables owners to adapt buildings to users and market developments. The division of services is a basis for obtaining fl exibility and adaptability. For exploi ng the building this is an essen al aspect.A third aim in rela on to Slimbouwen is the reduc on of materials and volume. Also this has already been brought into prac ce. The already shown dwellings in fi g. 7 (36 houses in E en-Leur, Netherlands) only weigh about 50% of comparable tradi onal build houses.In fact the reduc on of weight, material and volume were the main drivers to apply Slimbouwen in a mul -storey apartment building in the town centre of The Hague (Netherlands). The project is called La Fenêtre and delivered in the beginning of 2006 and also for Kraanspoor in Amsterdam delivered in 2010, the weight reduc on was an important driver.

Fig. 9) La Fenêtre, The Hague (le ), Kraanspoor, Amsterdam (right and middle picture)

Fig. 8

Fig. 9

20

Meanwhile and also the façade industry is involved on a natural basis. As already being illustrated in fi gure 8, the façade industry is quite important being one of the core partners in the Slimbouwen process. This is important since this brings the façade industry in an interes ng posi on. In stead of being a follower being asked to make an off er among other competetors at the end of the process, in the Slimbouwen process, the façade builder will be involved already in an early stage of the design process. Depending on the contract even being selected already for the project. Of course in return for engeneering capacity, par cipa ng in the design process, not only for the façade but also for the project as a whole and for transparency regarding building costs. Although this seems to be a reasonable proposi on it appears to be that the realisa on of such new posi on is not that easy and will need some further investments in training and knowledge.A recent example of product development ini ated by the Slimbouwen vision was the socalled Reac ve Façade and also the E-nova on concept, both presented on Gevel 2012 (Façade 2012), a Dutch building exhibi on focussing on facades. Especially the Reac ve façade was developed in order to extend the func onality of the façade, by integra ng a extensive level of technology. Mainly sensors, controlling func ons and opera onal parts. The façade becomes in this

respect a kind of device strongly contribu ng to a healthy and comfortable indoor climate. By decentralisa on of air controll the façade also supports the Slimbouwen process. Reprogramming or rese ng the controle unit means that a er a adap on of the building, the opera on can be installed for a new func on. In this way the system also strongly supports the fl exibility of the building as a whole.

Fig. 10) Mock-up of the recently developed and introduced reac ve façade, elaborated for school buildings. The product was developed by three façade builders (Vorsselmans, Alkondor and the Gevelbouwgroep) supported by Somfy, Trox and the Eindhoven university of Technology

7. Bridging science and prac ce

One of the important aspects of Slimbouwen is also that it acts as a language between prac ce and science. And by that to a be er focussing of research subjects. The research in the frame of Slimbouwen is focussing on the consequences and possibili es for both new product and market development. As a result of the communica on between market and university some research topics have been iden fi ed:• Vibra on control in lightweight structures;• Comfort control in lightweight buildings (a.o.: low temperature hea ng and building ac va on, acous cal

comfort), related to Ac veHouse a Danish concep on;• Development of Slimbouwen strategies for the refurbishment market, among others transi on of buildings;• Research on fl exible installa on technology, fl oors, structural parts like movable columns, façades and par ons;• Design and development tools including procedures for preparing the Slimbouwen process;• Flexibility in prac ce. Using the about 50 projects carried out as a living lab;• Slimbouwen solu ons for special target groups, a.o. the elderly, including home automa on.• On-site construc on aspects regarding effi ciency, measure control, logis cs, etc. • Product development, among others in Slimbouwen pla orms with the par cipa on of some 50 companies

among them many façade related companies;The Slimbouwen programme formally started at the end of 2004. Yet on basis of the natural interest of the market, the already men oned founda on Slimbouwen, involved companies, market pla orms and grants provide for a fi nancial basis to carry out the necessary research. Research topics are for that reason rather new and can yet only

Fig. 10

21

be presented in terms of research aims and approach. Right now lots of op onal solu ons were already generated [6]. Results are to be expected in the next years.

8. Conclusion

In the buildingmarket there is hardly any development on a fundamental level. As an answer a feasible strategy for innova on and product development in the construc on market was introduced. This building strategy (Slimbouwen) is based on separa on of services from the structural parts and focuses on:

• Process effi ciency• Flexibility• Reduc on of material and volume as well as energy, emissions, waste, transport, etc.

As a deliverable already some products were developed and some are ini ated. Also future research will be based on this strategy. Meanwhile the concept is applied in the market on a growing scale.

References

[1] Lamprecht, H.O. (1996) Opus Caemen um: Bautechnik der Römer. Düsseldorf: Verlag Bau + Technik GmbH.[2] Leopold, H.M.R.(1968) Uit de leerschool van de spade. Hilversum: Nederlands Uitgeverscentrum[3] Piggo , J.R. (2004) Palace of the People. London: C.Hurst & Co. [4] Habraken, N.J. (1972) Supports, an alterna ve to mass housing. London: the Architectural Press.[5] Lichtenberg, J.J.N. (2002) Ontwikkelen van Projectongebonden Bouwproducten. PhD thesis, [6] Lichtenberg J.J.N. (2005) Slimbouwen Boxtel: Æneas

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Refurbishment is evolving into one of the most important tasks in the building industry. Here, the facade plays a cri cal role because it is a major factor responsible for the energy use of the building, the user comfort and the architectural expression. Façade refurbishment is a complex task that requires an integral approach. But how big is the demand in actual fi gures? To answer this ques on a market research has been conducted by the Façade Research Group (Ebbert 2010) that focuses on the refurbishment of exis ng offi ce façades. There is li le data available that gives a comprehensive picture of the building stock in Europe. The available material is produced by diff erent research organisa ons or private ins tutes with a diff erent na onal or interna onal focus.

The produced data o en relates to diff erent defi ni ons of building typologies or targets diff erent periods of me.

The stock of exis ng offi ce facades

The most important source of data can be found in the ‘Europarc Survey’, in which research ins tutes in the fi ve largest Western European countries - Germany, France, Italy, Spain and Great Britain - es mate the stock of offi ce buildings in these countries per 01.01.1998 based on matched fi gures. Results of this study were published by the IFO ins tute in 1999. According to this publica on, the total building stock excluding agricultural construc ons in the fi ve countries men oned above, adds up to 16 to 17 billion m² net occupiable fl oor area (NOA). Table 1 gives an overview of the distribu on of NOA for the total building stock per country (Russig 1999). Non-residen al buildings account for roughly one third of this sum.

Table 1: Es mated total building stock (NOA)per 01.01.1998 (million m²) (Russig 1999)

The Europarc survey further divides the European building stock into two age groups: ‘Built before 01.01.1978’ and ‘Built between 01.01.1978 and 01.01.1998’. Table 2, published by Russig (1999), shows that in 1998 two thirds of the offi ce stock were older than 20 years. Italy, Germany, and the UK hold a larger share of old buildings than France and Spain, where the building boom started later than in the other countries.

Table 2: Percentage of non-housingreal estate built before 1978 (Russig 1999)

Tillmann Klein

Head of Façade Research Group TU DelftDirector imagine envelope façade consulting

Refurbishment concepts for offi ce facades

Table 1

Table 2

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A closer look at na onal sta s cs is necessary in order to fi nd out the actual stock of offi ce buildings within the group of ‘non-residen al buildings’. As Germany represents almost one third of the Europarc survey it was recommendable to retrieve more informa on about this market. The data for new construc on in Germany is available for the me period from 1980 to 2007. During this period, the ra o of ‘offi ce and administra on buildings’ to ‘non-residen al´ buildings excluding agriculture’ equalled approximately 16% (Sta s sches Bundesamt 2007). Ebbert has used this ra o to generate a rough es ma on of the exis ng offi ce stock.

In addi on to the offi ce space, it has been par cularly interes ng to iden fy an approxima on of the exis ng façade surfaces. Ebbert has analysed 600 buildings in the Netherlands, Germany, and the United Kingdom with a total GFA of 4.6m m² and a façade surface 2.53m m². The analysis showed an average ra o of GFA to façade surface of 55%. The offi ce buildings have a typical depth of about 15m for the offi ce fl oor and a height of 3 to 10 stories. These fi gures were used ror the desired rough approxima on of the offi ce stock. The overview in table 4 shows that per 01.01.1998 the fi ve largest European countries provide a stock of offi ce buildings of roughly 916m m² NLA. This represents a façade surface of approximately 788m m². Per 1998 it shows that around two thirds of the exis ng building stock in the assessed countries was constructed before 1978. For the offi ce market this equals 604m m² NLA (933m m²GFA). The façade surface of offi ce buildings constructed before 1978 adds up to 510m m², with a current age of 34 years.

Table 3: Stock of offi ce and administra on buildings in the 5 largest Western European countries in 1999

It is interes ng that (if we use the same ra o of façade surface/GFA) the amount of facades constructed before 1978 adds up to 3.155m m² for non-residen al buildings and to 9.137m m² for all buildings.

For the development a er 1978, Ebbert could only access na onal data from diff erent and hard to compare sources. Due to the scope of this paper his study can only be briefl y discussed here; but one thing we can assume: The number of new offi ce building grew faster than the number of demoli ons. By now, the stock of offi ce facades older than 30 years has surely increased greatly. In other words: The building industry needs to address a gigan c task. And systemized solu on and design approaches specifi cally targeted to the refurbishment market will meet a high demand.

Two case studies

With this task in mind it is necessary to understand the role that the façade plays when it comes to refurbishment. It is clear that is has a large impact on user comfort, energy use and architectural design. Offi ce buildings exhibit a par cular characteris c. In the past years, the internal heat loads have increased due to the use of electronic devices such as computers and printers. Also, the demands on user comfort are high. At the same me, the investment costs for offi ce façade are higher than those for other building typologies which can lead to interes ng construc ons.

Table 3

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Two case studies are briefl y discussed to illustrate typical challenges and problems for façade refurbishment and the approach we are taking to develop suitable concepts. The studies show that the façade must always be seen as an integral part of the building organism, including structure, building services, as well as user needs and special demands concerning the building process.

Kreishaus Wesel

Client: Kreisverwaltung WeselRefurbishment concept: imagine envelope b.v. façade consul ngCost calcula ons: Evers Ingenieurgesellscha , DreieichBuilding Services: Balck + Partner, Heidelberg2010

The building resembles a typical German governmental offi ce building of the 1980. The interior shows mostly cellular offi ces for two to four people, light weight separa on walls and suspended ceilings. Following the building codes in Germany the façade already has an insula on of 8cm, aluminium windows with thermal separa on and manually operated vene an blinds for sun and glare protec on. It is interes ng that this type of building is typically neither equipped with mechanical ven la on nor cooling. That means that no interior ven la on ducts are present and would be diffi cult to install without disturbing the en re interior fi nishing system - with a massive impact on costs and the use of the building during the me of renova on.

Fig. 1) Façade Kreishaus WeselFig. 2) The primary structure during construc onFig. 3) Sec on of exis ng situa onFig. 4) Bending façade elements The reason for refurbishment

The reason for considering a façade refurbishment is a construc on fault of the prefabricated concrete parapet cladding elements during design of the building. Whereas the under dimensioned concrete is shrinking, the brick facing retains its shape, resul ng in an outward bending of the elements. This causes two problems: Firstly the window sills do longer properly protect the elements, leading to dirt and accumula on of moss and more dangerously the risk of frost damage of the join between concrete and brick. Secondly, the concrete anchoring brackets which fi x the elements to the primary structure of the building, show signs of cracking. The bending causes an unwanted dilata on that cannot be absorbed by the exis ng tolerances. Further inves ga on of the exis ng façade construc on showed that the sealing membranes on the window perimeter had detached themselves due to the bri leness of the glue a er 25 years. This causes draught in winter and according user complaints. In summer, par cularly rooms on the south and west side of the building overheat. Although the manual Vene an blinds are s ll func onal in most places, they are not properly operated. The natural

Fig. 1 Fig. 2

25

ven la on concept requires an opening of windows in hot outside temperatures which resulted in accumula on of heat during the day.

Developing concepts

Six diff erent refurbishment op ons were developed. The fi rst three op ons assume that the exis ng cladding elements stay in place and are construc vely secured. Op on four to six implicate a removal of these elements to make room for new and up to date technologies:

• Securing the exis ng cladding elements by stainless steel anchors that are drilled through the en re construc on from the outside to the internal concrete parapet.

• Addi onally upgrading of the exis ng windows with a single glass layer with mechanical sun shades to prevent draught.

• Upgrading thermal performance through interior insula on, new insula ng glass. Here it is clear that renewing the damaged sealing membranes between window and primary structure will technically be diffi cult to achieve.

• Removing and rebuilding the exis ng façade with up to date technologies and mechanical sun shades. 4b would include night fl ush ven la on with mechanically operable windows

• Similar to 4, but with mechanical decentralised ven la on and 5b with heat recovery.• Removing the cladding elements as well as the internal concrete parapet and create a completely new façade.

The building would also become architecturally upgraded.

Fig. 5) Refurbishment op ons (1 to 6)

In a following step, the actual and expected façade maintenance costs have been assessed, including an es ma on of the expected life dura on of exis ng façade components. Refurbishment op ons 1-3 would require temporary securing measures, higher maintenance costs for about an extra 10 years of life expectancy before a refurbishment will fi nally be required in 2020. Op ons 4-6 would require a higher investment at the beginning but deliver lesser energy costs and a be er user comfort.

Results of the thermodynamic simula on

Next, the exis ng building was thermodynamically simulated and the result was calibrated with the actual energy use. This delivered a basis for the simula on of the 5 new refurbishment op ons.The simula on showed interes ng but not surprising results:The energy consump on of the building can be drama cally reduced by preven ng losses through draught, increased insula on and reducing ligh ng energy through light direc ng

Fig. 4

Fig. 5-1

Fig. 3 Op on 0

Op on 1

26

capability of the new mechanical sun shading systems. Due to the high internal loads, there is virtually no more need for hea ng energy.On the other hand, the overhea ng hours (above 27°C) increase drama cally from about 190/a to over 3.000 in op on 4a. In the op ons with decentralised night fl ush ven la on or mechanical ven la on, the overhea ng hours can be kept within a range of the exis ng building. This means the op ons basically reduce energy use in

Fig. 5-2 Fig. 5-3

Fig. 5-4 Fig. 5-5

Op on 2 Op on 3

Op on 4 Op on 5

27

winter but do not have a posi ve eff ect on the comfort in summer. Since the building does not have cooling, improved insula on will tend to trap the heat inside the building and addi onal measures such as an op mal sun shading system and ven la on strategies are absolutely necessary.

Fig. 6) Comparison of lifecycle costs

Result of a lifecycle cost analysis

Investment cost scenarios and energy costs have been combined in a lifecycle cost analysis.One can clearly see that the op ons 1 to 3 in fi rst place have much lower investment costs, but here the investment will only lead to an extension of the life me for about 8-15 years. A er that, a complete façade refurbishment will be necessary and a refurbishment with façade op ons 4-6 today will pay off .The op ons 4-6 all have a similar level of insula on, meaning that the energy consump on of the building will stay within a similar range and on the long term higher investment costs will not pay back. But what the

comparison does not show is a) the environmental impact and b) the user comfort. As men oned above op on 4a without night cooling or mechanical ven la on is absolutely no op on.If the building was equipped with cooling, the energy savings would have been bigger, resul ng in an even greater advantage, an earlier payback of the refurbishment op on with upgraded insula on and systems for decentralised mechanical ven la on with heat recovery.

Sparkasse Ludwigshafen

Client: Sparkasse Vorderpfalz, LudwigshafenGeneral planer: Evers Ingenieurgesellscha , DreieichBuilding Services: Balck + Partner, HeidelbergRefurbishment concepts: imagine envelope b.v. facade consul ng with Thiemo Ebbert2009

The building is located in a class A loca on in the centre of Ludwigshafen. It was built in 1972 with an, at that me, expensive aluminium façade, service balconies and exterior sun shades. The offi ces along the façade perimeter were mechanically ven lated by fancoil units with hea ng and cooling func ons. The windows were not operable. Two

Fig. 5-6

Fig. 6

Op on 6

28

years before we did the fi rst study the en re interior had been renovated. When the façade started leaking in higher wind condi ons, it became clear that it, also, desperately needed a en on. An assessment showed that the aluminium panels were sealed by single rubber gasket which had become bri le a er almost 40 years of service. Basically no insula on was present. Refurbishment had to be done with the building in use and without damaging the newly renovated interior.

Fig.7) The building before and a er renova on

Refurbishment concept

Three refurbishment concepts were developed:• Rebuilding the en re exis ng façade• Refurbishing cladded surfaces and adding a second skin where service balconies are present• Enveloping the exis ng façade with a complete 2nd glass skin

Façade construc on

A life cycle cost assessment showed that op on 2 turned out cheapest, paying off in 2033 in comparison to keeping the exis ng façade (which, in this case, was actually no op on). This is clearly within the expected life me of the

new façade. As a mix of op ons 1 and 3 it allowed the benefi ts of the second skin in combina on with the cheaper re-cladding of the other façade areas.The exis ng steel structure does not allow the a achment of the load of the second skin to the fl oor plates and is thus completely suspended from a truss system at the top of the building. The service balconies could be kept in place and serve as a suppor ng structure. Originally, the exis ng windows were supposed to be upgraded, but fi nally were replaced with new ones. The insula on was upgraded.

Fig. 8) Exis ng situa onFig. 9) Structure remaining for refurbishment

Climate concept

The fancoil units are replaced by highly effi cient decentralised climate units with heat recovery and individual control - responsible for a large por on of the energy savings. An effi cient sun shading system with light direc ng func on is placed in the protected façade cavity. In winter this new façade cavity is used to preheat the incoming air. In summer the system is switched around and the cavity serves as an exhaust chimney with operable fl aps at the top and bo om to control the airfl ow. The climate concept does not allow operable windows, but the users were used to this situa on and now have individual control of the decentralised system. Calcula ons show a 70%

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

29

reduc on of the primary energy demand of 41 kWh/m²a. The building is successfully in use and is currently monitored to verify the calcula ons.

Fig. 10) Climate concept summer

Conclusion

• Refurbishment is a gigan c task. An es ma on of the market volume is very diffi cult. A research project has shown that within the largest Western European countries more than 500-1.000m m² of façade surfaces are older than 30 years.

• The mo va on for refurbishment varies greatly. It ranges from technical problems, vacancies, energe c upgrades to architectural ambi ons. However, the façade is largely responsible for the energy consump on of the building, the user comfort and the architectural design and therefore dominates the focus of the refurbishment concept.

• The façade is always to be seen as a part of the building organism. The rela on to the intended future use, room layout, building structure and the building services must be integrally considered when developing concepts for façade refurbishment.

• The investments in façade refurbishment are large and do not payback within a couple of years. But one must consider that it will bring a new lifecycle for the building. It needs a clear vision for the next life cycle of the building to be able to make the right decisions.

• The secret lies in fi nding appropriate synergies. Although research has shown that offi ce buildings in Western Europe can be clearly categorized into a dis nct number of construc onal typologies, every refurbishment project is diff erent. User needs, the budget, construc onal constrains, technical and architectural ambi ons make it unique. Developing refurbishment concepts means fi nding the best synergies between those aspects.

Fig. 11) Detailed view

References

Ebbert, T. (2010). Re-Face: Refurbishment Strategies for the Technical Improvement of Offi ce Façades Building Technology. Del , Del University of Technology.Russig, V. (1999). “Gebäudebestand in Westeuropa.” IFO Schnelldienst: 13-19.Sta s sches Bundesamt (German federal Sta s cal Offi ce). (2007). www.desta s.de. Retrieved 24,11,07, 2007

Fig. 10

Fig. 11

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41

42

43

1. Introducción.

El extraordinario crecimiento que han experimentado las economías de países desarrollados así como las pertenecientes a países emergentes, obedecen no sólo al aumento de la población mundial y a la sa sfacción de la demanda de su consumo, también a un notable incremento del gasto per cápita que ha desequilibrado aún más el binomio consumo-demanda, y propiciando una situación macroeconómica compleja e inestable y con repercusiones a largo plazo en el tejido industrial y social.

Por otra parte, la progresiva escasez de recursos, con el consiguiente incremento de los precios en las materias primas y la energía, ha generado un escenario de compe vidad en el que los países emergentes y los depositarios de recursos naturales condicionan el crecimiento y la compe vidad de los estados miembro de la UE27.Como respuesta a esto y en coherencia con los compromisos adquiridos en Kioto que condicionan la evolución hacia una economía baja en carbono, la estrategia comunitaria establece regulaciones cada vez más exigentes sobre los mercados y los sectores produc vos. La adecuada ges ón de los recursos y materias primas, así como el uso efi ciente de la energía cons tuyen los vectores más relevantes en las polí cas comunitarias, como lo demuestra la inicia va emblemá ca de la estrategia Europe 2020, “para una Europa efi ciente en el uso de recursos’.En este contexto, la compe vidad de los sectores industriales en la UE27 y en concreto en España no se sitúa en sus mejores momentos y el futuro es incierto. Recientes polí cas relacionadas con el ahorro energé co y el uso efi ciente de recursos afectan directamente a los productos relacionados con la envolvente arquitectónica, y pueden bien favorecer o limitar la compe vidad de las empresas del sector.

En las siguientes secciones se detallan algunas de las polí cas e instrumentos que afectan directamente a la envolvente arquitectónica, y se concluye con una visión de cómo desde la empresa se pueden tomar medidas que fomenten la compe vidad a par r de la aplicación del concepto de eco-innovación.

2. Reglamento (UE) No 3057/2011 por el que se establecen condiciones armonizadaspara la comercialización de productos de construcción y se deroga la Direc va 89/106/CEE

El Reglamento de Productos de Construcción (RPC) deroga y completa la Direc va de Productos de Construcción, que facilitaba la creación de un mercado único europeo para productos de la construcción a través del marcado CE. La DPC defi nía unos requisitos básicos en aspectos relacionados con la resistencia mecánica y estabilidad; seguridad en caso de incendio; higiene, salud y medio ambiente; seguridad y accesibilidad de u lización, protección contra el ruido, y ahorro de energía. El nuevo RPC introduce un nuevo sép mo requisito básico de construcción (RBC) sobre la u lización sostenible de los recursos naturales, y expresa lo siguiente:

Las obras de construcción deberán proyectarse, construirse y demolerse de tal forma que la u lización de los recursos naturales sea sostenible y garan ce en par cular: a) la reu lización y la reciclabilidad de las obras de construcción, sus materiales y sus partes tras la demolición; b) la durabilidad de las obras de construcción; c) la u lización de materias primas y materiales secundarios en las obras de construcción que sean compa bles desde el punto de vista medioambiental.

Implicaciones de las polí casenergé cas y medioambientalessobre la envolvente arquitectónica ligera

Dr. Ing. Patxi Hernández Iñarra Ingeniero Industrial y Doctor por la Escuela de Arquitectura del University College Dublin. Trabaja en la Unidad de Construcción de TECNALIA, en temas de análisis de ciclo de vida de edifi cios y productos de construcción.

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Este nuevo RBC 7 es un paso importante de cara a la incorporación de criterios de sostenibilidad en productos de construcción. Para su aplicación, son necesarias labores de normalización, que están siendo llevadas a cabo por el Comité Técnico CEN TC 350. La norma EN 15804:2012 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas para defi nir la categoría de productos de la construcción, defi ne las reglas y escenarios necesarios para preparar declaraciones ambientales, y ahora es necesaria su adaptación y aplicación a los diferentes sectores y productos de construcción. En la prác ca, el RBC 7 será obligatorio a par r de Julio de 2013, y para entonces todos los productos de construcción tendrán que evaluar su comportamiento medioambiental y el uso sostenible de recursos. Esto requerirá a todos los fabricantes a evaluar y monitorizar todo el proceso de producción de manera más detallada, para que sea posible cuan fi car las caracterís cas ambientales del producto fi nal. Esta cuan fi cación, también va a ser necesaria en el marco de otras polí cas e instrumentos que vamos a describir a con nuación, y es un primer paso necesario para la defi nición de estrategias de eco-innovación en la empresa.

3. Direc va 2010/30 rela va a la indicación del consumo de energía y otros recursos porparte de los productos relacionados con la energía, mediante el e quetado y una informaciónnormalizada, y Direc va 2009/125 por la que se instaura un marco para el establecimientode requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía

La direc va de e quetado 2010/30/EU sus tuyó a la direc va previa que se aplicaba únicamente a productos consumidores de energía, y ahora se aplica a productos, como ventanas, que están relacionados con la energía. De hecho las ventanas, junto al aislamiento térmico, es considerada uno de los productos más importantes en esta direc va en cuanto a su potencial de ahorro energé co. Los aspectos clave en un sistema de ecoe quetado de ventanas están relacionados con la disminución del uso de energía para calefacción, refrigeración e iluminación en el edifi cio. Los parámetros a considerar en una e queta energé ca de ventanas estarán por tanto no sólo relacionados con las pérdidas térmicas, sino también con las ganancias térmicas y caracterís cas óp cas. Además de la transmitancia térmica, la transmisión solar y visible (incluyendo protección solar) y la estanqueidad al aire del cerramiento son factores a considerar en un ecoe quetado. La escala del ecoe quetado permanecerá, al igual que para otros grupos, en una escala A-G , con código de colores asociado donde el verde se asocia al más efi ciente y el rojo al menos efi ciente.

Fig 1) Ejemplo de ecoe queta de ventanas. Fuente : Bri sh Fenestra on Ra ng Council, UK.

Mientras que el ecoe quetado de ventanas da una indicación clara de su comportamiento energé co, el concepto de eco-diseño incluye una perspec va más amplia, incluyendo un análisis del proceso de fabricación del producto para buscar soluciones con el menor impacto medioambiental considerando todo el ciclo de vida del producto.La direc va original de eco-diseño (2005/32/EC), se centraba también en productos que consumían energía, pero fue sus tuida por la direc va 2009/125/EC, que amplía el alcance a productos relacionados con la energía. La direc va de ecodiseño defi ne las condiciones y criterios para establecer requisitos mínimos de comportamiento medioambiental de productos, y medidas para mejorar ese comportamiento ambiental. La metodología propuesta por la direc va incita a los fabricantes a desarrollar productos que tengan en cuenta el impacto ambiental a lo largo del ciclo de vida. Las regulaciones correspondientes han sido hasta ahora publicadas para varios productos, pero todavía no para ventanas. De cualquier manera, y de cara al cumplimiento con esta direc va en un futuro próximo, va a ser necesario para fabricantes de ventanas y fachadas ligeras evaluar el comportamiento medioambiental de sus productos, con una perspec va de ciclo de vida, incluyendo evaluación de materias primas u lizadas, proceso fabricación, fi n de vida, etc cumpliendo con unos requisitos mínimos.

4. Ecolabels y Compra Pública Verde

Ecolabel y Compra Pública Verde (CPV) son instrumentos que sirven para promover aquellos productos que enen un bajo impacto ambiental a lo largo de su ciclo de vida.

Fig. 1

45

Hay diferentes Ecolabels y criterios de CPV que están ya siendo aplicados en Europa. De par cular interés y relevancia son el Ecolabel Europeo (“la fl or”), y el trabajo liderado por la comisión europea en CPV. El Ecolabel Europeo fue establecido en 1992 para incen var a las empresas a ofrecer productos con menor impacto ambiental. Los productos y servicios con Ecolabel lleva el símbolo de “la fl or”, permi endo la fácil iden fi cación por consumidores bien públicos o privados. Los Ecolabels son voluntarios y son adoptados por la comisión europea para productos específi cos, y garan zan que el producto que muestre el logo de “la fl or” esta entre los de mejores prestaciones medioambientales. Para ello el producto habrá tenido que cumplir una serie de requisitos, relacionados con temas como:• Impacto en el cambio climá co, naturaleza y biodiversidad; consumo de energía y recursos; generación de

residuos; emisiones de sustancias tóxicas y peligrosas• Sus tución de sustancias tóxicas por otras más seguras• Durabilidad y capacidad de reusar los productos• Impacto en el medio ambiente, incluyendo salud y seguridad del usuario• Cumplimiento de criterios é cos y sociales, como derechos básicos de trabajadores

A día de hoy,el Ecolabel europeo cubre un rango amplio de productos y servicios , y nuevos grupos se van añadiendo. Grupos de productos incluyen productos de limpieza, electrodomés cos, papelería, tex l, etc. Los criterios de Ecolabel para ventanas y puertas están siendo desarrollados en la actualidad (h p://susproc.jrc.ec.europa.eu/windoors/).

La Compra Pública Verde (CPV) es un instrumento ú l para introducir criterios medioambientales en las adquisiciones públicas, buscando sus tuir los productos y los servicios existentes con otros de menor impacto ambiental. Los criterios de CPV se formulan en base a un proceso de consulta con la industria y diferentes organismos relacionados con el producto. Los criterios se formulan con una perspec va de ciclo de vida, y se estructuran en dos niveles:• Nivel básico, que puede ser válido para cualquier autoridad en los estados miembros, está diseñado para mejorar

el comportamiento ambiental, con un mínimo esfuerzo en verifi cación o en costes. • Nivel general, está diseñado para aquellas autoridades que deseen adquirir productos o servicios que se

encuentren entre los de mejor comportamiento ambiental del mercado. Esto puede requirir ligeros costes adicionales o adicional esfuerzo en verifi cación de proveedores respecto a productos habituales.

Los criterios de CPV no fi jan detalles específi cos en cada fase del proceso produc vo, sino que se fi jan en los aspectos más signifi ca vos y relevantes.En el desarrollo de los criterios de Ecolabel y CPV para ventanas, un peso importante como es lógico es su comportamiento en la fase de uso. En este aspecto se puede relacionar con la e queta energé ca de ventanas, y vendrá caracterizado por factores como la transmitancia térmica, el factor solar o la permeabilidad al aire. Pero al tener en cuenta una perspec va de vida, los siguientes factores también son considerados en los criterios de Ecolabel y CPV:• Emisiones y consumo de energía durante la fase de producción • Uso de materiales reciclados• Presencia de sustancias tóxicas y peligrosas• Tratamiento en el fi n de vida del producto (posible reciclado, reuso, incineración, vertedero, etc.)

En concreto, los criterios de CPV podrán incluir criterios de selección de los gases de relleno entre vidrios, uso de maderas controladas o ecológicas, mejora el porcentaje de reciclado, etc.

5. Evaluación integrada de sostenibilidad del edifi cio completo

Los métodos de evaluación y sistemas de cer fi cación medioambiental y de sostenibilidad de edifi cios están incrementando su popularidad en los úl mos años. Uno de los aspectos clave en la evaluación de sostenibilidad es el consumo energé co en fase de uso del edifi cio, aspecto que esta cubierto en Europa con la direc va de efi ciencia energé ca en los edifi cios. Además de este aspecto, los métodos de evaluación y cer fi cación medioambiental o de sostenibilidad, como LEED o BREEAM, incorporan otros aspectos, que también afectan directamente al sector de la ventana y fachada ligera, y que están directamente ligados a los temas de efi ciencia en el uso de recursos y eco-diseño mencionados anteriormente. Desde el punto de vista de normalización, existe también una nueva norma EN

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15978:2011 - Sostenibilidad en la Construcción - Evaluación del comportamiento ambiental de los edifi cios - Método de cálculo, que será un método clave para evaluación medioambiental de edifi cios en un futuro próximo.

5.1. Direc va 2010/31/EU rela va a la efi ciencia energé ca de los edifi cios (refundición)

El 19 de Mayo de 2010, la refundición de esta direc va fue adoptada para reforzar los requisitos de efi ciencia energé ca en edifi cios y clarifi car algunos términos de la direc va previa de 2002. Uno de los puntos más llama vos de la nueva direc va es la exigencia de que, como tarde para el 31 de Diciembre de 2020, los nuevos edifi cios en la UE sean de consumo energé co “casi nulo”. La defi nición de “casi nulo” es todavía bastante ambigua:«edifi cio de consumo de energía casi nulo»: edifi cio con un nivel de efi ciencia energé ca muy alto, que se determinará de conformidad con el anexo I. La can dad casi nula o muy baja de energía requerida debería estar cubierta, en muy amplia medida, por energía procedente de fuentes renovables, incluida energía procedente de fuentes renovables producida in situ o en el entorno.La defi nición de “cero energía” como se puede ver es ambigua y está todavía en desarrollo, pero en cualquier caso queda claro que antes del 2020 se debe dar un paso importante en la mejora de la efi ciencia energé ca de los edifi cios. Para conseguir edifi cios “cero energía”, se va a tener que decidir entre diferentes opciones de mejora, incluyendo medidas “ac vas” como integración de energías renovables, o “pasivas” de mejora de la envolvente y cerramientos acristalados, por lo que en ambos ámbitos se ene que evolucionar hacia medidas de op mización de coste-efi ciencia. En este contexto, las fachadas de altas prestaciones pasan a compe r directamente con sistemas de energías renovables en la estrategia hacia el diseño de edifi cios “cero energía”. Sistemas combinados de fachadas integrando elementos renovables pueden conver rse en soluciones cada vez más demandadas.

Visto esto queda claro que la direc va de efi ciencia energé ca jugará un papel clave en el obje vo de limitar o erradicar el consumo energé co en la fase de operación del edifi co, y que va a infl uir en el futuro diseño y prestaciones que van a poder ofrecer las fachadas. Por otro lado hemos visto que otros instrumentos y polí cas antes mencionados , enen una visión más amplia que integra el ciclo de vida de productos, y esto debe ser tenido en cuenta también en este caso. A medida que los edifi cios evolucionan hacia “cero energía”, necesitan de una mayor can dad de materiales y sistemas, precisamente para lograr ese menor consumo de energía. Hay una can dad de recursos y energía asociada a esos materiales y sistemas, desde la extracción de materias primas pasando por todos los procesos produc vos, que puede cons tuir una parte importante del ciclo de vida en un edifi cio. Por supuesto, para edifi cos “cero energía”, el único consumo energé co en su vida ú l sera el asociado a los materiales y sistemas, lo que comúnmente se llama la “energía embebida”. Este aspecto no esta de momento directamente contemplado en la direc va, pero es clave en el diseño y evolución hacia soluciones “cero energía”. Hay una necesidad de empezar a prestar atención detallada a las caracterís cas medioambientales de los productos, que como hemos visto esta ligado con el nuevo Reglamento de productos de la construcción o la direc va de ecodiseño. Para comparar de manera sencilla con una perspec va de ciclo de vida energé co, el comportamiento energé co de una vivienda pica durante la fase de uso (en kWh/m2 año), se puede comparar con la “energía embebida” de los productos, que esta asociada a la energía necesaria para la extracción de los materiales y procesos de fabricación y construcción, dividiendo la energía embebida por los años de vida ú l de los componentes y del edifi cio.En el ejemplo que se muestra en la fi gura 2, se puede observar que para edifi cios existentes, y hasta la época actual , la parte de “energía embebida” y por tanto la perspec va de ciclo de vida en construcción tenía poca relevancia, dado el alto consumo

energé co en fase de uso. Actualmente se puede observar como la parte de la energía embebida se va convir endo en un factor importante a medida que nos acercamos a edifi cios “cero energía”, por lo que habrá que prestar especial atención a una reducción de los impactos ambientales y energía embebida de los materiales y sistemas añadidos al edifi cio.

Fig. 2) Representación gráfi ca de el aumento de la importancia rela ve de la “energía embebida”, sobre el uso de energía anual (en kWh de energía primaria por metro cuadrado) Fuente: HERNANDEZ, P. & KENNY, P (2011) Development of a methodology for life cycle building energy ra ngs, Energy Policy, 39:6 , 3779-3788

Fig. 2

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5.2. Métodos voluntarios de evaluación y cer fi cación medioambiental y de sostenibilidad

LEED y BREEAM son los sistemas más conocidos de cer fi cación de edifi cios, y se han ido haciendo cada vez más populares en los úl mos años. Incluyen varias categorías para la evaluación de la sostenibilidad, algunas de las cuales son relevantes para el sector de ventanas y cerramiento acristalado, por ejemplo:• En relación a los materiales y productos, prestan una especial atención a una reducción del impacto ambiental con una

perspec va de ciclo de vida. Los criterios que exigen a productos están por tanto relacionados con el uso de materiales reciclados o reusados, uso de materias primas locales para evitar transporte, o el aprovisionamiento responsable de materiales, de par cular importancia en productos de madera.

• En relación a la salud y calidad de vida, también hay requisitos relacionados con las emisiones tóxicas de materias (ej. VOCs), y requisitos para evitar el deslumbramiento o para mejorar el confort térmico y acús co.

• En relación al comportamiento durante la fase de uso del edifi cio, y ligando los criterios con los requisitos de la direc va de efi ciencia energé ca en edifi cios, los cerramientos acristalados son por supuesto uno de los elementos clave en la evaluación, y sólo aquellas fachadas más efi cientes cumplirán los requisitos en estos sistemas.

• En relación a la operación y el mantenimiento, los sistemas deben facilitar a los usuarios el control y ajuste, incluyendo control de iluminación, de elementos de sombra, etc.

Cada vez es más comun encontrarse con proyectos que requieran un sistema voluntario de cer fi cación como LEED o BREEAM. En estos proyectos se exige a los proveedores de los productos, incluyendo a las ventanas o fachadas acristaladas, demostrar el cumplimiento de algunos de los criterios establecidos por el método. Tener información en las caracterís cas ambientales del producto, es por tanto también en este caso fundamental para poder optar a suministrar productos a proyectos que apliquen estos métodos de cer fi cación.

5.3. EN 15978:2011 - Sostenibilidad en la Construcción - Evaluación del comportamiento ambiental de los edifi cios - Método de cálculo

Esta norma europea específi ca el método de cálculo para evaluar el comportamiento ambiental de un edifi cio, basado en análisis de ciclo de vida. La norma sigue una estructura clara , incluyendo los siguientes apartados:

• Descripción del objeto de estudio. • Los límites del sistema a estudiar, a nivel de edifi cio• El método a usar en el análisis de inventario• La lista de indicadores y procesos para el cálculo de esos indicadores• Los requisitos para presentación de los resultados• Los requisitos de datos necesarios para los cálculos.

La evaluación incluye todos los productos de construcción, procesos y servicios, usados durante la vida ú l del edifi cio, como se puede observar en la Figura 3.Se puede esperar que la evaluación ambiental de edifi cios en Europa siga la estructura de esta norma, y para su aplicación, cada producto deberá proveer su información ambiental, que infl uirá en el resultado fi nal de evaluación del edifi cio. Los criterios de Ecolabel y CPV para edifi cios, también se espera evolucionen hacia la aplicación de esta norma, y de hecho, países como Alemania y Holanda ya consideran este método para CPV. Es por tanto clave para la industria, poder ofrecer productos con las mejores prestaciones ambientales, no sólo en la fase de uso, sino durante toda su vida ú l (selección materias primas, fabricación, instalación, fi n de vida), ya que todos los aspectos son considerados en esta nueva norma.

6. Conclusiones

En este ar culo hemos descrito diferentes polí cas e instrumentos que promueven la efi ciencia en el uso de recursos, y que afectan directamente al sector del cerramiento acristalado. Para cumplir con estas polí cas, y a la vez poder compe r en un mercado donde la sostenibilidad ene cada vez mayor importancia, es necesaria una transición rápida en el sector que permita aplicar conceptos de eco-innovación, y considerar la implementación de estas polí cas e instrumentos como una oportunidad de incrementar la compe vidad. En contraste, la situación del sector, como se recoge en los resultados del proyecto LIMAS (www.limas-eup.eu) refl eja

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que la mayoría de las pequeñas empresas en Europa no enen siquiera un departamento de medio ambiente (87%), y que el 60% no conoce la direc va de ecodiseño. Para adoptar la eco-innovación, cumplir las polí cas, y aprovechar los instrumentos de promoción de productos con bajo impacto ambiental, las compañías necesitan primero conocimiento técnico, que les permita iden fi car e implementar posibles mejoras. Una segunda necesidad es el cambio a sistemas de ges ón que incluyan más información ambiental de los productos y procesos, ya que muchas de las empresas no trabajan con ISO 14001 , EMAS , o la reciente norma de ISO 14006:2011 Sistemas de Ges ón Medioambiental - Guia para la incorporación de ecodiseño. Estas dos necesidades son especialmente obvias en PYMEs , ya que no enen los recursos humanos para explorar las cues ones medioambientales y mantenerse al tanto de las úl mas tecnologías para mejorar sus productos, o extender el sistema de ges ón para incorporar más información ambiental. Por ello, es necesario apoyar al sector para que desarrolle el potencial de innovación y desarrollo, en par cular en estas tareas de contenidos técnicos y de requisitos adicionales de ges ón. Una forma de apoyo en las empresas, en la que ya se esta trabajando para sectores específi cos, es el desarrollo de herramientas simplifi cadas de evaluación y ges ón ambiental, adaptadas a productos concretos, y que puedan facilitar la evaluación , la ges ón , y el eco-diseño.Para las compañías, un cambio de mentalidad es necesario para centrarse en la eco-innovación como el único camino adelante, tanto para cumplir con las polí cas relevantes (Reglamento de Productos de Construcción, Direc va de Ecodiseño, etc) , como para poder compe r en un mercado donde la efi ciencia de recursos es cada vez un factor más importante de decisión. Aquellas empresas que se acojan a la oportunidad y embracen la eco-innovación, pueden optar a la gran ventaja que supone ofertar en el mercado productos con comportamiento ambiental por encima de sus compe dores, y serán cada vez más benefi ciados por diferentes instrumentos y norma vas, algunas de las cuales como ya están en marcha, como el Ecolabel, la compra pública verde, o los requisitos integrados en sistemas de evaluación de edifi cios completos. Aquellos que no adopten el concepto de eco-innovación, probablemente tendrán pocas posibilidades de compe r, a medio plazo, tanto en Europa como en un mercado globalizado.

Referencias: 1. Study on Amended Working Plan under the Ecodesign Direc ve(remaining energy-using products and new energy-related products), Prepared for the European Commission under DG ENTR Service Contract SI2.574204, by: Mar jn van Elburg (coordinator), Maaike van der Voort, Roy van den Boorn, Rene Kemna and William Li2. Green Public Procurement - Windows Technical Background Report Windows, Glazed Doors and Skylights - Report for the European Commission - DG Environment by AEA, Harwell, June 20103. EU Ecolabel and Green Public Procurement for Windows and External Doors - Ongoing project by Joint Research Centre’s Ins tute for Prospec ve Technological Studies (JRC-IPTS). The work is being developed for the European Commission’s Directorate General for the Environment. h p://susproc.jrc.ec.europa.eu/windoors/4. Present and future implementa on of the ErP Direc ve in the Basque Country and Spain: some proposals from reality Ihobe contribu ons to the European Commission. September 2011

Fig. 3

Fig. 3) Información modular con las diferentes fases del sistema de evaluación del edifi cio. Fuente: EN 15978:2011

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Prof. Dr. Jos J. N. Lichtenberg

Universidad Técnica de Eindhoven, Países Bajos, cátedra de Desarrollo de Producto (correo electrónico: J.J.N.Lichtenberg@tne.nl), socio de Inno - Experts (J.Lichtenberg@inno-experts.nl) y presidente de la fundación Slimbouwen (info@slimbouwen.nl)

Slimbouwen, una estrategia para la innovación efi ciente y sostenible en la edifi cación

Resumen

Slimbouwen® (SLIM en neerlandés vale tanto para inteligente como atrac vo, BOUWEN es el término neerlandés para “construir”) se originó al constatar que el método tradicional de construcción ya no sa sface los requisitos actuales. La edifi cación afecta sustancialmente al entorno de diferentes formas y el proceso construc vo se ha conver do en algo muy complejo. A lo largo del pasado siglo, poco a poco, las instalaciones se fueron añadiendo a la estructura del edifi cio, sin que por ello se repensara la tradición en la forma de construir. Slimbouwen se basa en un esqueleto de estructura y la separación de las instalaciones respecto a la estructura del edifi cio. Los aspectos cruciales de este enfoque son los sistemas de suelos y paredes que permiten a los instaladores montar sus instalaciones prefabricadas y adaptadas como un único conjunto.La separación de las instalaciones facilita la simplifi cación del proceso y un ahorro sustancial de empo. Asimismo, Slimbouwen permite a los usuarios adaptar sus viviendas durante su vida ú l e incluso contribuye decisivamente a demorar su derribo.Es un enfoque rela vamente reciente y una fuente de inves gación en el ámbito de la cátedra de Desarrollo de Producto de la Universidad Técnica de Eindhoven. Al mismo empo permite informar sobre casos prác cos.Palabras claves: estrategia, sostenibilidad, efi ciencia, innovación, desarrollo de producto.

1. Introducción

Esta ponencia trata de una visión sobre la innovación o, mejor dicho, la falta de innovación en la industria de la construcción. Es cierto que en los dos siglos anteriores se han planteado intentos interesantes de cambiar la construcción de un modo estructural, pero a pesar de estos esfuerzos se puede concluir que el grueso del sector todavía se basa hoy en día en an guas tradiciones de construcción. Seguramente existe la innovación, pero basada principalmente en añadidos a nivel de los componentes.Las bases históricas del modo de construir, sin embargo, se han mantenido a lo largo del empo. Es destacable el hecho de que a pesar del cambio sustancial de los requisitos del mercado, la industria de la construcción con núa manteniéndose apegada a tecnologías tradicionales.Se presentan doce refl exiones que buscan llamar la atención, relacionadas directamente con aspectos de sostenibilidad, económicos y sociales, y demostrar la necesidad de un cambio fundamental.

Slimbouwen se presenta como una solución conceptual para acelerar la innovación y el desarrollo de productos. Slimbouwen se orienta hacia edifi cios fl exibles con reducción de materiales, residuos, emisiones, consumo energé co, etc., pero siendo a la vez compe vo debido a su mejora de efi ciencia. De hecho, en los Países Bajos, ya se ha demostrado que es un enfoque de éxito desde que los primeros productos Slimbouwen se desarrollaron y se han introducido en el sector de la construcción. Todavía queda por delante mucha inves gación y desarrollo para alcanzar mayor efi ciencia y sobreponerse a ru nas ancladas en el pasado.

Esta presentación revisa las mo vaciones que origina Slimbouwen y ofrece ejemplos que muestran una materialización concreta de la teoría. Asimismo se hace un resumen de la inves gación desarrollada en el ámbito del programa de inves gación Slimbouwen.

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2. Innovación estructural en la edifi cación hasta 1900

El proceso tradicional de construcción, aún actualmente, se basa principalmente en an guos preceptos. A menudo, da la sensación de que se producen algunos fenómenos en la edifi cación hasta cierto punto, pero en muchos casos evolucionan lentamente y así permanecen durante años. En ocasiones, incluso se olvidan y ene que reinventarse, sin mencionar los valores nunca reinventados que podrían, aún hoy en día, seguir permaneciendo ignorados por nosotros.Los romanos u lizaban el método de construcción en altura (edifi cios de piedra o ladrillo) a gran escala. La construcción con piedra ya se conocía desde hacía siglos, pero los romanos desarrollaron y usaron técnicas revolucionarias.En lo que sobresalían los romanos eran las construcciones de conducciones de agua (p.e númerosos túneles y acueductos), teatros como el Coliseo, baños y obras civiles. Asimismo el Panteón es una obra formidable. El límite tecnológico en la construcción de cúpulas (43 m) no se superó hasta el siglo XX con el uso del hormigón. Por úl mo, el sistema de calefacción u lizado por los romanos (calefacción de suelos y paredes mediante la distribución de aire caliente) se considera de un alto nivel tecnológico.Aparte de estas obras destacadas, también es interesante conocer cómo vivían los romanos. A través de los escritos (p.e.

Vitrubio) y los restos arqueológicos se puede reconstruir bastante bien la situación. Al principio de nuestra era, Roma contaba con un millón de habitantes la mayoría de ellos eran de clase obrera, de la administración y del ejercito. La gente vivía en islas (insulae, Fig. 1), edifi cios de apartamentos normalmente distribuidos en cuadrantes en torno a un espacio abierto central.

Fig. 1) reconstrucción de un an guo edifi cio de apartamentos romanos (insula)

Estas islas tenían alturas entre 3 y 5 plantas. Normalmente, la planta baja acogía locales comerciales. El resto de plantas se

dividían en habitaciones. De hecho, cada habitación era una vivienda. Una escalera central servía de acceso a las viviendas. A través de aberturas en los muros orientadas tanto al pa o central como a la calle lateral, se permi a la entrada de la luz diurna y aire fresco [1]. Algunas veces estas ventanas disponían de mica o de vidrio como cerramiento transparente, pero en la mayoría de los casos las aberturas no tenían relleno, aunque podían cerrarse con contraventanas. Los romanos son reconocidos por sus instalaciones de saneamiento que contaban con tuberías (de plomo) y distribuidores, grifos empotrados, bombas, válvulas, etc. El agua era de gran importancia en aquella época. Comparado con nuestros empos, el consumo de agua era el triple. No obstante, las islas no disponían de instalaciones de fontanería. El agua se obtenía de pozos o fuentes en el pa o central. También había que salir fuera de la vivienda para disponer de instalaciones sanitarias en locales públicos. La cocina se limitaba a hogares de carbón dentro de la vivienda.

Las islas se construían con fábrica hasta la tercer planta y a par r de ahí se seguía con estructuras ligeras de madera. La calidad era baja y con frecuencia los edifi cios se derrumbaban. En el primer siglo, en época de Augusto, exis a una norma va que limitaba la altura máxima de edifi cación a 70 pies1 (aproximadamente 21 metros), pero hacia el año 100, en empos de Trajano, se redujo esta limitación a 60 pies (aproximadamente 18 m). Las islas se construían en cada ciudad romana, pero donde se conservan más restos es en Os a, la zona portuaria de Roma.En la técnica romana de construcción era de especial importancia el desarrollo de la albañilería. Los romanos ya habían

inventado el mortero de cemento y por mo vos de efi ciencia, de modo análogo, desarrollaron un método de ver do del hormigón. Se u lizaba como encofrado permanente para el ver do del hormigón una doble fi la de ladrillos o tejas, arriostradas por conectores de piedra o de madera. Este método recibe el nombre de “Opus Caemen um” [2] (fi g. 2).

Fig. 2) Opus Caemen um

Lo que trascendió de la técnica romana de construcción no es representa vo de la realidad. También construían mucho con madera, pero su degradación con el paso del empo,

Fig. 1

Fig. 2

1Un pie = 296 mm

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a diferencia de la permanencia de la piedra, ofrece una impresión no representa va. Desde varios siglos antes del imperio romano ya se u lizaba el entramado de madera, rellena con tableros, adobes o arcilla armada con paja. Así, además del método de construcción en altura con piedra, ya era de amplio uso el método de construcción con entramado de madera.Con la caída del imperio romano, también desapareció el conocimiento de la técnica de construcción en altura con cemento y su ver do.Con ello se quiere remarcar que ya en la an güedad exis an diversas tecnologías disponibles. Tanto las islas como la tecnología de cimentación son prác camente como las actuales o al menos muy reconocibles para los constructores.

Durante los siglos siguientes hasta el XVIII apenas si hubo innovaciones básicas. Naturalmente que hubo hechos signifi ca vos, pero considerando el lapso de empo (15 siglos transcurridos), se puede considerar que el progreso en la construcción fue pobre. Entre los puntos a destacar, señalar la construcción de catedrales, cas llos y fortalezas y por supuesto las obras de Brunellesschi, Leonardo da Vinci y Miguel Ángel. Gracias a ellos y otros contemporáneos, hacia el año 1500 se produjo una ola de innovación en la construcción. Aún se mantenían como principales materiales de la construcción la madera y la piedra y, asimismo, el proceso de construcción se mantenía prác camente inalterado. Incluso se perdió el conocimiento de los romanos. Por ejemplo, desapareció completamente la tecnología del cemento y hubo que esperar hasta el siglo XIX para que se reinventase.En los siglos XVIII y XIX se introducen la fundición de hierro y el acero como nuevos materiales de construcción. Ya exis a la fundición de hierro, pero Abraham Darby descubrió en 1709, en Coalbrooksble, que u lizando el carbón de coque como combus ble, se podían alcanzar mayores temperaturas. Este descubrimiento facilitó la construcción de mayores fundiciones, mayores cucharas de fundición y por consiguiente, piezas más grandes. Su nieto Abraham Darby III, fabricó y construyó en 1779, cerca de Coalbrooksble un puente de hierro sobre el río Severn. El puente contaba con cinco arcos con una longitud de 33 m. Cada arco se ob ene por la unión de dos piezas principales. La tecnología se podía considerar innovadora. Pero todavía tendrían que transcurrir casi 20 años para que esta nueva tecnología tuviese mayor repercusión. Después de esto, fue evidente que se habían establecido las bases para el enfoque industrial de la construcción y especialmente de los métodos de construcción con perfi les de acero.

Un ejemplo famoso, el Crystal Palace (Fig.3) del arquitecto Joseph Paxton, un edifi cio para la exposición universal construido en poco empo en 1851 en Hyde Park (Londres) y diseñado pensando en la necesidad de trasladar el edifi cio. Fue desmontado y reconstruido en 1853 en Sydehbon (Londres) donde funcionó durante muchos años. Desgraciadamente fue destruido por un incendio en 1936. Crystal Palace fue un ejemplo avanzado de construcción con vidrio y acero. Uno de los ejemplos de desintegración entre la estructura y el cerramiento [3].

Fig. 3) Crystal Palace (1851)un ejemplo avanzado de edifi cio industrial.Fig. 4) Los primeros rascacielos.El edifi cio Reliance, Chicago 1895.

Fig. 3

Fig. 4

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3. Siglo XX: La inefi ciencia provocada por una innovación fragmentada

Deberíamos sen rnos emocionados por el nivel alcanzado por la tecnología de los romanos. El hecho de que nos emocione quiere decir algo respecto al nivel actual de la tecnología. Seguramente hubo innovación. Especialmente el nivel de calidad se aumentó signifi ca vamente durante el siglo pasado. Se mejoró el aislamiento al ruido y la protección frente al incendio, se redujo el consumo energé co para calentar la vivienda, se introdujeron las telecomunicaciones y la domó ca, etc. Solo que toda esta innovación no ha provocado un nuevo enfoque fundamental en la construcción.

Mantenemos la anterior técnica de construcción y sólo añadimos mucha tecnología a nivel de los componentes. Es lo que se conoce como “innovación mediante adición”.Añadir a lo existente genera inefi ciencia al fi nal y es exactamente lo que ha sucedido en la industria de la construcción.La inefi ciencia se produce por la suma de instalaciones y servicios especialmente durante el siglo pasado. En 1900, la técnica en instalaciones se limitaba al sistema de saneamiento, fontanería y una chimenea. Cien años después, la técnica de las instalaciones es sobre el 30 - 60 % del presupuesto total del edifi cio. Para el transporte ver cal se añadieron galerías al edifi cio. Para el transporte horizontal (tuberías y cableado) apenas hubo soluciones excepto pasarlos directamente bajo el pavimento. Las instalaciones eléctricas y de fontanería se fi jaron a las paredes.

A par r de la segunda mitad del siglo XX, no se admiten las instalaciones vistas. Actualmente se suelen esconder en las paredes en rozas, tapándose posteriormente, o empotradas en hormigón. Se siguen colocando bajo los pavimentos para no ser vistas, o detrás de falsos techos. De hecho el falso techo ha de considerarse un añadido. El problema de esta solución es el puente fónico que se crea hacia las habitaciones con guas a través del plenum del falso techo. Una posible solución es prolongar la pared medianera a través del falso techo y conectarla con el forjado por encima del falso techo. Sin embargo, con esta disposición, la fl exibilidad de las paredes medianeras es muy pobre. Esta conclusión ha originado el desarrollo del falso techo acús co y barreras por encima de él. De nuevo un añadido, pero esto no es todo ya que las instalaciones deben atravesar estas barreras. En previsión de este problema se desarrollaron pasamuros. En resumen un añadido al añadido. Con este modo de innovación en cadena, la interconexión de las instalaciones con los componentes del edifi cio se ha conver do en compleja.

Esta es una importante conclusión puesto que es la causa de un proceso de edifi cación insufi ciente. Por ello, la consecuencia es que el proceso de acabado se convierte en extremadamente complejo y lo llevan a cabo diferentes gremios con un alto grado de mutua dependencia.

Como ejemplo: hacia 1900, al ejecutar la estructura y el cerramiento, el edifi cio estaba prác camente acabado. Actualmente, una vez ejecutada la estructura y el cerramiento, aproximadamente el 30% de la edifi cación se ha llegado a ejecutar.Por todo esto, es sorprendente que el método de construcción, en su concepto, no se haya repensado o reiniciado.

4. La compleja cadena de proveedores en la edifi cación

Es bastante lógico explicar por qué las innovaciones en la industria de la construcción se introducen lentamente y por qué se basan en un principio de innovación mediante adición. La principal explicación se encuentra en la compleja estructura de la cadena de proveedores. Desde la revolución industrial, el número de par cipantes en una obra de construcción se ha elevado signifi ca vamente.

La cadena de proveedores de materiales de construcción también es bastante compleja. El abismo entre, por un lado, las mul nacionales del sector con grandes recursos y, de otro lado, el usuario fi nal, por ejemplo el propietario de una vivienda, es demasiado grande. Otro aspecto a señalar es que durante la construcción, algunos par cipantes pueden tomar las decisiones más importantes sin ser consumidores directos. Especialmente los equipos de arquitectura e ingeniería y las administraciones de cualquier nivel son actores importantes.Además la industria consiste en negocios de rela va pequeña escala que solo presentan intereses par culares. En la mayoría de los sectores no existen líderes de mercado explícitos. Como resultado en el negocio de la construcción nadie se siente implicado en iniciar un cambio global.

Mostrarse ac vo más allá del terreno de juego habitual puede incluso tener consecuencias nega vas para el propio negocio. Por este y otros mo vos, los desarrollos integrados a nivel conceptual no encuentran mo vación alguna.

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5. ¿Cuándo llegará el cambio?

En este apartado, se ofrecen refl exiones que buscan llamar la atención, mostrando que la forma tradicional de construir en el contexto actual ya no es sostenible. Las afi rmaciones se basan en la situación en los Países Bajos, pero el efecto es bastante parecido en otros países occidentales e industrializados.

• Para construir 1 m2 de superfi cie ú l se necesitan entre 1000 y 1500 kg de materiales de construcción. • A tulo de comparación: una casa móvil pesa entre 80 - 100 Kg / m2.• La industria de la construcción es responsable de la producción del 35% del total de residuos.• El 25% de todo el transporte terrestre de bienes está relacionado con la construcción.• La fabricación de materiales de construcción representa entre el 8 – 10% del total de la energía consumida. La energía

consumida en los edifi cios alcanza el 33% del consumo nacional.• El 25% del volumen de un edifi cio es envolvente. Los clientes alquilan o compran grandes volúmenes de los cuales cerca

del 25% lo ocupa la estructura del edifi cio o núcleos huecos.• El precio de la vivienda, en comparación con otros bienes de consumo, se ha incrementado signifi ca vamente. Desde

1970 el precio de una vivienda se ha cuadruplicado. En el mismo periodo otros productos como coches, lavadores y refrigeradores sólo se han mul plicado por 2.

• Los edifi cios se construyen con una expecta va de vida ú l de 100 años o más, pero a menudo se demuelen antes de 35 años. El mercado y los usuarios son signifi ca vamente más dinámicos de lo que permite la fl exibilidad de los edifi cios.

• A razón de 70.000 viviendas nuevas anuales. El stock existente (de 7.000.000 de viviendas en los Países Bajos) se renovará completamente en unos 100 años. No obstante, una parte sustancial del número de viviendas nuevas se des na al incremento del stock. Con esta consideración, el periodo de renovación se es ra hasta 150 años, como mínimo. En consecuencia, se debería nutrir al stock y, al mismo empo, el nuevo volumen de construcción debería ser lo más fl exible posible.

• La fl exibilidad también se refi ere a sus medidas de ahorro energé co y aislamiento al ruido. Las mejoras a priori, en general, no son económicamente asumibles, sin embargo, los edifi cios se proyectan con las normas actuales, no las de mañana, o con instalaciones que permitan futuras mejoras.

• El método tradicional de construir requiere un gran número de personas en obra y conocimiento que no está sufi cientemente disponible. Ser trabajador de la construcción ya no está bien visto y por ello la incorporación de jóvenes se ha reducido.

• En el entorno industrial el benefi cio se sitúa sobre el 10% de la cifra de negocio y los costes evitables (por defi ciencias) entorno al 1 – 2%. En el sector de la construcción (contra stas) sucede al contrario. Los costes evitables por media son el 10% de la cifra de negocio y los benefi cios en torno al 1 - 2%. Según la teoría de la innovación, este es un fuerte indicador del fi nal del ciclo de la situación.

• La rapidez en las primeras fases de la obra (estructura y cerramiento) se percibe como elevado. La altura fi nal del edifi cio se alcanza rela vamente rápido tras el inicio de la cimentación. Después parece que nunca se llegará al fi nal.

Estas refl exiones pueden tomarse como síntomas que apoyan el teorema de que es inevitable repensar el sector de la construcción. Este sector, incluyendo su tecnología, tanto en su método como en su organización, mediante la suma de mucha innovación incremental, ha evolucionado a la actual inefi ciencia y fuente de daño medioambiental. Sin embargo, los par cipantes en la construcción forman parte de ella de un modo que no lo perciben como un problema. Por ello existen barreras que serán una rémora para su progreso. No obstante, la sociedad está preparada para el cambio y la conciencia de los efectos sociales incrementará de forma con nua la presión sobre la cadena de proveedores.Respecto a los mayores efectos, también la intervención de los Gobiernos es esperable y ello puede hacer cambiar el proceso de evolución a revolución.

6. Slimbouwen

Slimbouwen se ha de considerar como una estrategia que reacciona frente a los problemas antes descritos. Es una visión abierta. El uso de la marca registrada ® es para evitar la devaluación del concepto a través de un mal uso comercial resguardada por la fundación. Slimbouwen producirá resultados en cuanto a conceptos y productos que facilitan su fabricación y, de hecho, ya ha producido algunos productos nuevos. En sí mismo Slimbouwen no es un sistema de construcción, es más bien una plataforma de intercambio.Slimbouwen, así, ofrece también una base para estrategias de desarrollo de la industria y de este modo ofrece una

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infraestructura y coherencia a los esfuerzos inconexos de desarrollo. Uno de los principales obje vos es reordenar el método de construcción desde un proceso paralelo en obra hasta una serie de procesos consistentes en unos pocos pasos con una interdependencia mínima. Esto necesita una explicación.El método tradicional de construcción, y especialmente la fase de los acabados, puede caracterizarse como un proceso complejo en el que los par cipantes desarrollan tareas con un alto grado de interdependencia respecto a otros par cipantes. El resultado es un cúmulo de redundancia, inefi ciencia, costes evitables, coordinación compleja, falta de respeto mutuo, etc. Los intervinientes enen que volver a la obra varias veces puesto que el procedimiento depende del progreso de otros intervinientes. De hecho, es un proceso complejo, en el que las fachadas, cubiertas, instalaciones y cerramientos van tomando forma, más o menos, en paralelo (Fig. 8 ilustración izquierda).Un proceso en serie con un número limitado de subtareas principales solo puede conseguirse separando las instalaciones del resto del proceso. En el sistema tradicional las instalaciones están interconectadas con casi todos los elementos del edifi cio, por lo que el nuevo enfoque ene que evitarlo. Sólo entonces será posible dividir el sistema de construcción a un número limitado de subtareas con bajo nivel de interdependencia.

Cada interviniente principal es responsable de la preparación, fabricación, montaje, garan as, etc., del subsistema total. Así ocurre con otros sectores industriales. Por ejemplo, en automoción, el cableado eléctrico se instala de una sola vez. Ello es posible debido a que el diseño y la ingeniería han previsto la ac vidad de cableado. La instalación de una sola vez también permite el desarrollo de un árbol de cableado. Actualmente ésta es la situación de un proceso industrial. En un principio, la división en subtareas y, a con nuación, viene la prefabricación y la automa zación.La construcción industrial y fl exible ha sido objeto de análisis y desarrollos durante largo empo. En 1914, Le Corbusier introdujo el concepto Don – In. Se basaba en la separación entre estructura y contenido. Sin embargo, en aquella época, Le Corbusier apenas si tenía que vérselas con las instalaciones. En 1972, el profesor John Habraken publicó su libro “ Supports, an alterna ve to mass housing” (anteriormente publicado en 1961 en neerlandés) [4]. En este libro, proclamaba la separación entre la estructura y el contenido interior para más adelante preocuparse en el desarrollo de soluciones técnicas para la separación de las instalaciones.En los años 80 y 90, en la universidad de Eindhoven, se incluyó la experiencia de la separación de las instalaciones en un proyecto de inves gación y desarrollo, el proyecto llamado ISB (Fig.5) que ha originado dos viviendas proto po y una amplia discusión sobre cómo construir con resultados destacables [5].

Fig. 5

Fig. 5) El proyecto ISB

Uno de los problemas del sistema ISB fue su realización de modo industrial, así como la aceptación por parte del sector.Lo destacable del sistema ISB tuvo con nuación, un equipo de desarrollo de A+ creó el concepto conocido como Infra + (Fig.6). Infra + es un sistema de pavimento con el núcleo hueco que permite la distribución horizontal y el acceso de las instalaciones a la zona estructural (sin ser necesario espacio adicional por encima o debajo del pavimento). Tras ejecutar las instalaciones, el pavimento se cubre por la parte superior. Mientras tanto, este producto ya ha encontrado muchas aplicaciones y debido a su éxito ya ha sido adaptado a otras interpretaciones por parte de otros fabricantes.

Infra + es un ejemplo de desarrollo de producto que se inició siguiendo la estrategia Slimbouwen y actualmente se comercializa con éxito por Slimline.

Más tarde, este desarrollo fue referencia para productos como montantes para cables (Saint Gobain).

Fig. 6) Algunos productos Slimbouwen basados en el desarrollo de productos.Fig. 7) Ejemplo de aplicación de Infra + en un proyecto de viviendas de E en - Leur (Países Bajos).

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La solución natural de un proceso construc vo en serie es una división en:

• Cimentación: pilares y forjados• Cerramiento (paredes exteriores

+ cubierta)• Instalaciones (en ver cal a través

de galerías, en horizontal a través de suelos térmicos)

• Interior (pavimentos y tabiquería)

Gracias a este enfoque, el plazo de construcción se reducirá sustancialmente y, por tanto, será más compe vo, será posible construir más rápido con un mayor nivel de calidad, más predecible también, y el usuario conseguirá una solución fl exible a la cual se puedan adaptar fácilmente futuros cambios.Todo lo anterior enfa za los aspectos del proceso del concepto Slimbouwen. Se espera, y ya se ha llevado a la prác ca, que este enfoque ofrezca mayores ventajas económicas.Un segundo benefi cio del concepto es la fl exibilidad que proporciona a los propietarios para adaptar los edifi cios a los usuarios y a la evolución del mercado. La división de las instalaciones es la base de la fl exibilidad y la adaptabilidad. Para la explotación del edifi cio, éste es un punto clave.Un tercer obje vo relacionado con Slimbouwen es la reducción de materiales y volumen. También esto ha sido conseguido en la prác ca. Las viviendas mostradas en la Figura 7 (36 casas en E en - Leur (Países Bajos)), sólo pesan un 50% del valor comparable en casas construidas tradicionalmente.

De hecho, la reducción de peso, material y volumen fueron los principales mo vadores para aplicar Slimbouwen a un edifi cio de apartamentos de varias plantas en el centro de la ciudad de La Haya (Países Bajos).

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8Fig. 8) El proceso tradicional en paralelo (izquierda) y el proceso construc vo secuencial (derecha).

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Fig. 9) La Fenêtre, La Haya (izquierda) Kraanspoor, Amsterdam (centro y derecha).

El proyecto se llama La Fenêtre y se entregó a comienzos de 2006; asimismo, en el proyecto Kraanspoor en Amsterdam, entregado en 2010, la reducción en peso fue un factor importante.

También la industria de la fachada está implicada de un modo natural. Como se muestra en la Fig. 8, el fachadista ene gran peso ya que es uno de los principales par cipantes en el sistema Slimbouwen, con lo cual se sitúa en una

posición interesante. En vez de ser uno más al que se solicita una oferta entre otros compe dores al fi nal del proceso, en el sistema Slimbouwen, el fachadista se verá involucrado desde las primeras etapas del diseño. Dependiendo del contrato, incluso ya ser elegido para la obra. Por supuesto, a cambio de su capacidad de ingeniería, par cipación en el diseño del proyecto, no sólo de la fachada sino también del proyecto en conjunto y por la transparencia en cuanto al coste del edifi cio. Aunque visto así parezca una proposición razonable resulta que su puesta en prác ca no es tan fácil y se necesitaría más inversión en formación y conocimiento.Un ejemplo reciente de desarrollo de producto iniciado según el concepto Slimbouwen fue la Fachada Reac va y el concepto E – novación, ambos presentados en Gevel 2012 (Fachada 2012), la feria neerlandesa centrada en fachadas. En especial la Fachada Reac va se desarrolló para ampliar la funcionalidad de la fachada, integrando un amplio nivel

de tecnología. En este aspecto, la fachada se convierte en un disposi vo que contribuye signifi ca vamente a la salud y a un ambiente interior confortable. Al descentralizar el control del aire, la fachada sigue el sistema Slimbouwen.Reprogramar o reiniciar la unidad de control signifi ca que, después de una adaptación del edifi cio, la operación puede instalarse para una nueva función. De este modo, el sistema también favorece la fl exibilidad del edifi cio en su conjunto.

Fig. 10) Proto po de la recién desarrollada y presentada Fachada Reac va, diseñada para escuelas. El producto fue fabricado por tres fachadistas (Vorsselmans, Alkondor y Gevelbouwgroep) con la colaboración de Somfy, Trox y la Universidad de Tecnología de Eindhoven.

7. Uniendo ciencia y prác ca

Uno de los aspectos importantes de Slimbouwen es también que actúa como lenguaje entre prác ca y ciencia. Y por ello lleva a una mejor concentración de los temas de inves gación. La inves gación en el marco de Slimbouwen se centra en las consecuencias y posibilidades del nuevo producto y su desarrollo en el mercado.

Fig. 9

Fig. 10

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Como resultado de la comunicación entre mercado y universidad, se han iden fi cado algunos temas de inves gación:

• Control de vibraciones en estructuras ligeras.• Control del confort en edifi cios ligeros (p.e: calefacción a baja temperatura y ac vación del edifi cio, confort

acús co), relacionado con el concepto danés de casa ac va.• Desarrollo de estrategias Slimbouwen para la rehabilitación, entre otras adaptaciones de los edifi cios.• Inves gación en tecnología de instalación fl exible, pavimentos, partes estructurales como pilares móviles,

fachadas y divisorias.• Diseño y desarrollo de herramientas que incluyan procedimientos para preparar el sistema Slimbouwen.• Flexibilidad en la prác ca. Aprovechar los cerca de 50 proyectos desarrollados como laboratorio vivo.• Soluciones Slimbouwen para grupos obje vos especiales, p.e. ancianos, incluyendo domó ca.• Aspectos de construcción en obra en relación a efi ciencia, control de medición, logís ca, etc.• Desarrollo de producto, entre otros en plataformas Slimbouwen con la par cipación de casi 50 empresas entre

ellas muchas relacionadas con las fachadas.

El programa se inició formalmente a fi nales de 2004. No obstante, debido al interés natural del mercado, la ya mencionada fundación Slimbouwen involucra a empresas, plataformas comerciales y avales para aportar una base fi nanciera que permita la necesaria inves gación. Por ello, los temas de inves gación son nuevos y sólo se pueden presentar como objetos y enfoques de inves gación. Hasta ahora se han generado diversas soluciones opcionales [6]. Se esperan resultados en los próximos años.

8. Conclusión

En el sector de la construcción apenas existe desarrollo a nivel fundamental. Como respuesta se presentó una estrategia realizable en cuanto a innovación y desarrollo de producto en el sector de la construcción. Esta estrategia (Slimbouwen) se basa en la separación de las instalaciones respecto a la estructura y se centra en:

• Efi ciencia del proceso• Flexibilidad• Reducción de material y volumen, así como energía, emisiones, residuos, transporte, etc.

Algunos productos ya se han desarrollado y otros se están iniciando. La próxima inves gación se basará en esta estrategia. Mientras tanto, el concepto se aplica en el mercado cada vez a mayor escala.

Referencias

[1] Lamprecht, H.O. (1996) Opus Caemen um: Bautechnik der Römer. Düsseldorf: Verlag Bau + Tecnhik GmbH.[2] Leopold, H.M.R. (1968) Uit de leerschool van de spade. Hilversum: Nederlands Uitgeverscentrum[3] Piggo , J.R. (2004) Palace of the People. London; C. Hurst & Co.[4] Habraken, N.J. (1972) Supports, an alterna ve to mass housing. London: the Architectural Press.[5] Lichtenberg, J.J.N. (2002) Ontwikkelen van Projectongebonden Bouwproducten. PhD tesis[6] Lichtenberg, J.J.N. (2005) Slimbouwen Boxtel: Aeneas

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La rehabilitación está convir éndose en una de las principales ac vidades del sector de la construcción. En ella, la fachada desempeña un papel crí co dado que es la principal responsable en cuanto al uso de la energía, el confort del usuario y la expresión arquitectónica. La rehabilitación de fachadas es una ac vidad compleja que requiere un enfoque global.

Pero, ¿qué nivel alcanza su demanda en cifras reales? Para poder dar una respuesta, el grupo de inves gación de fachadas (Ebbert 2010) ha llevado a cabo una inves gación del mercado, centrado en la rehabilitación de fachadas en edifi cios existentes de ofi cinas. Hay pocos datos disponibles que puedan ofrecer una imagen fi dedigna del stock de edifi cios en Europa. El material que se puede consultar proviene de diferentes organizaciones de inves gación o ins tuciones privadas con diferentes enfoques nacionales o internacionales. Los datos suministrados a menudo están en relación con diferentes defi niciones de pologías de edifi cios o periodos temporales de épocas diferentes.

El stock de fachadas de edifi cios de ofi cina existentes

El origen de datos más importante se encuentra en la Encuesta Europarc, en la cual ins tutos de inves gación de los cinco países más grandes de Europa occidental (Alemania, Francia, Italia, España y Reino Unido) es man el stock de edifi cios de ofi cinas en estos países tomando como base el uno de enero de 1998 con cifras contrastadas. Los resultados de este estudio se publicaron en 1999 por parte del ins tuto IFO. Según el estudio, el stock total de edifi cios, excluyendo las construcciones agrícolas, en los anteriores cinco países suman entre 16.000 y 17.000 millones de m2 netos de suelo ocupable (NSO). El gráfi co 1 muestra una visión global de la distribución del NSO para el stock total de edifi cios en cada país (Russig 1999). Los edifi cios no residenciales apenas llegan a un tercio de este total.

Gráfi co 1: Stock es mado del total de edifi cios (NSO) con base uno de enero de 1998 (millones de m2) (Russig 1999)

La encuesta Europarc además divide el stock de edifi cios europeos en dos grupos según su an güedad: ‘Construidos antes del uno de enero de 1978’ y ‘Construidos entre el uno de enero de 1978 y el uno de enero de 1998’. El gráfi co 2, publicado por Russig (1999), muestra que en 1998 dos tercios del stock de edifi cios de ofi cinas tenían más de 20 años de an güedad. Italia, Alemania y el Reino Unido enen un mayor porcentaje de edifi cios an guos que Francia y España, en los que el boom de edifi cación comenzó más tarde que en otros países.

Gráfi co 2: Porcentaje de propiedades inmobiliarias no residenciales construidas antes de 1978 (Russig 1999)

Tillmann Klein

Responsable del grupo de investigación de fachadasde la Universidad Técnica de Delft (Países Bajos)Director de la consultoría imagine envelope façade

Conceptos de rehabilitaciónen fachadas de ofi cinas

Tabla 1

Tabla 2

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Es necesario mirar con más detalle las estadís cas nacionales para descubrir el stock real de edifi cios de ofi cinas dentro del grupo ‘edifi cación no residencial’. Dado que Alemania representa casi un tercio de la encuesta Europarc, se hacía necesario recabar más información de este mercado. Los datos sobre nueva construcción en Alemania están disponibles para el periodo de 1980 a 2007. Durante este periodo, el ra o de ‘edifi cios ofi ciales y administra vos’ respecto a edifi cios ‘no residenciales’, excluyendo usos agrícolas, era aproximadamente del 16% (Sta s sches Bundesamt 2007). Ebbert ha usado este ra o para generar una es mación aproximada del stock de ofi cinas existente.

Además de la superfi cie de ofi cinas, es interesante en particular iden fi car una es mación de la superfi cie existente de fachadas.Ebbert ha analizado 600 edifi cios en Países Bajos, Alemania y el Reino Unido con una superfi cie construida total de 4.6 m2/m y una superfi cie de fachada de 2.53 m2/m. El análisis indica un ra o medio de superfi cie construida total en relación a la superfi cie de fachada del 55%. Los edifi cios de ofi cina enen una profundidad pica de cerca de 15 m por planta y una altura de entre 3 y 10 plantas. Estos parámetros se u lizaron para la aproximación es mada del stock de ofi cinas. Una vistazo al gráfi co 3 permite observar que para el uno de enero de 1998 los cinco mayores países europeos presentaba un stock de edifi cios de ofi cinas de aproximadamente 916 m2/m superfi cie ú l. Esto implica una superfi cie de fachada de aproximadamente 788 m2/m. Hasta 1998, por tanto, cerca de dos tercios del stock de edifi cios existentes en los países mencionados se construyó antes de 1978. Para el mercado de ofi cinas ello signifi ca 604 m2/m superfi cie ú l (933 m2/m de superfi cie construida total). La superfi cie de fachada de los edifi cios de ofi cinas construidos antes de 1978 suma hasta 510 m2/m, con una edad media de 34 años.

Es interesante que (si se usa el mismo ra o de superfi cie de fachada/ superfi cie construida total) la can dad de superfi cies construidas antes de 1978 suma un total de 3.155 m2/m para edifi cios no residenciales y 9.137 m2/m para todos los edifi cios.

Para la es mación posterior a 1978, Ebbert solo pudo acceder a datos nacionales de diferentes fuentes, di ciles de comparar entre ellas. Debido al alcance de esta presentación, solo se ofrece un breve resumen de su estudio; pero se puede concluir una cosa: el número de edifi cios de ofi cinas nuevos crece más rápido que el número de demoliciones. Por ahora, el stock de fachadas de ofi cinas de más de 30 años seguramente ha crecido notablemente. En otras palabras: el sector de la construcción necesita emprender una tarea gigantesca. Soluciones industrializadas y enfoques a través del diseño, específi camente dirigidos a la rehabilitación, tendrán gran demanda.

Dos casos prác cos

Con estas premisas en mente, es necesario comprender el papel que la fachada ene en la rehabilitación. Es evidente su gran impacto en el confort del usuario, uso de la energía y diseño arquitectónico. Los edifi cios de ofi cinas enen una caracterís ca par cular. En los años anteriores, las cargas de calor interno han crecido debido al uso de disposi vos electrónicos tales como ordenadores e impresoras. También son altas las demandas en relación al confort del usuario. Al mismo empo, los costes de inversión en las fachadas de ofi cinas son más altos que en otras pologías de edifi cios, lo cual puede conducir a construcciones interesantes. Se presentan dos casos prác cos para ilustrar los retos y problemas picos de la rehabilitación de fachadas y el enfoque

Tabla 3

Tabla 3: Stock de edifi cios de ofi cinas y administra vos enlos cinco mayores países de Europa occidental en 1999

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que adoptamos para desarrollar conceptos apropiados. Los casos muestran que la fachada debe verse siempre como parte integrante de un edifi cio como organismo, incluyendo la estructura, las instalaciones del edifi cio, así como las necesidades del usuario y las demandas especiales respecto al proceso de construcción.

Kreishaus Wesel

Cliente: Kreisverwaltung WeselConcepto de rehabilitación: imagine envelope b.v. façade consul ngCálculo de costes: Evers Ingenieurgesellscha , DreieichInstalaciones: Balck + Partner, Heidelberg2010

El edifi cio recuerda a un pico edifi cio de ofi cinas gubernamental de Alemania de los ochenta. El interior se distribuye principalmente en despachos para entre dos y cuatro personas, tabiques ligeros de separación y falsos techos. De acuerdo con el código técnico alemán, la fachada ya dispone de un aislamiento de 8 cm, ventanas de aluminio con rotura de puente térmico, venecianas accionadas manualmente para protección solar y contra el deslumbramiento. Señalar que este po de edifi cio usualmente no dispone ni de ven lación mecánica ni de aire acondicionado. Por tanto, no existen conductos de ven lación y sería di cil instalarlos sin alterar los acabados interiores - con un elevado impacto en los costes y el funcionamiento del edifi cio mientras se rehabilita.

Fig. 1) Fachada del Kreishaus WeselFig. 2) La estructura principal durante la construcciónFig. 3) Sección de la situación existenteFig. 4) Doblado de elementos de fachada

El mo vo de la rehabilitación

El mo vo para considerar la rehabilitación de la fachada es un defecto de construcción de los elementos de reves miento del parapeto de hormigón prefabricado durante el diseño del edifi cio. Mientras que el hormigón mal dimensionado se contrae, el ladrillo caravista man ene su forma, ocasionando un pandeo hacia el exterior de los elementos. Esto provoca dos problemas: primero, los alféizares de las ventanas ya no con núan protegiendo correctamente los elementos, generando suciedad y acumulación de moho y, lo que es más problemá co, el riesgo de daño por heladas de la junta entre el hormigón y el ladrillo. En segundo lugar, los anclajes del hormigón que fi jan los elementos a la estructura principal del edifi cio muestran indicios de fi suración. El pandeo origina una dilatación no deseada que no puede absorberse con las tolerancias existentes. Una posterior inves gación de la construcción de la fachada existente mostró que las láminas de sellado del perímetro de la ventana se han despegado debido a la degradación de la cola después de 25 años. Ello provoca infi ltraciones de aire en invierno y por ello quejas de los usuarios. En verano, en especial las habitaciones de los lados sur y oeste del edifi co sufren de sobrecalentamiento. Aunque las venecianas manuales son todavía funcionales en la mayor parte de los casos, no se accionan correctamente. El concepto de ven lación natural requiere la apertura de las ventanas cuando se producen altas temperaturas en el exterior, lo cual provoca la acumulación de calor durante el día.

Fig. 1 Fig. 2

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Desarrollando conceptos

Se desarrollaron seis opciones diferentes de rehabilitación. Las tres primeras conservan los elementos de reves miento existentes y se aseguran mecánicamente. Las otras tres implican la eliminación de estos elementos para dejar espacio a tecnologías nuevas y actualizadas:

• Asegurar los elementos de reves miento existentes mediante anclajes de acero inoxidable que se taladran a través de toda la construcción desde el exterior hasta el interior del parapeto de hormigón.

• Adicionalmente, mejora de las ventanas existentes mediante una hoja de vidrio con protección solar para evitar las infi ltraciones de aire

• Mejorar la prestación térmica a través de aislamiento interior, nuevo vidrio aislante. Es evidente que renovar las láminas de sellado dañadas entre la ventana y la estructura principal sería técnicamente di cil de conseguir.

• Eliminar y reconstruir la fachada existente con tecnologías actualizadas y protecciones solares mecánicas. Una opción 4b incluiría ven lación nocturna mediante ventanas accionadas mecánicamente.

• Similar a la opción 4, pero con ven lación mecánica descentralizada y la opción 5b incluye recuperación del calor• Eliminar los elementos de reves miento así como el parapeto interior de hormigón y crear una fachada

completamente nueva. El edifi cio también se mejoraría arquitectónicamente.

Fig. 5) opciones de rehabilitación (1 a 6)

En un paso posterior, se evalúan los costes de mantenimiento de la fachada actual y la modifi cada, incluyendo la es mación de la vida ú l prevista de los componentes de la fachada existente. Las opciones de rehabilitación 1 a 3 requerirían medidas de seguridad temporales, se requerirán costes de mantenimiento más elevados para diez años extras de expecta va de vida antes de la rehabilitación en 2020. Las opciones 4 a 6 necesitarían una mayor inversión inicial pero a cambio tendrían menor coste energé co y un mayor confort para el usuario.

Resultados de la simulación termodinámica

A con nuación, se simuló termodinámicamente el edifi cio existente y se calibró el resultado con el consumo energé co real. Así se obtuvo una base para la simulación de las cinco nuevas opciones de rehabilitación.La simulación ofreció resultados interesantes aunque no sorprendentes.

El consumo energé co del edifi cio puede reducirse drás camente evitando las pérdidas por fi ltraciones de aire, aumentando el aislamiento y reduciendo la energía para iluminación mediante la capacidad de

Fig. 4Fig. 3

Fig. 5-1

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aprovechar la iluminación natural de los nuevos sistemas mecánicos de control solar. Debido a las altas cargas internas, no hay necesidad de calefacción.Por otro lado, las horas de alta temperatura (por encima de 27oC) aumentan signifi ca vamente de 190 a más de 3.000 con la opción 4a. En las opciones con ven lación nocturna descentralizada o ven lación mecánica, las horas de alta temperatura pueden mantenerse en un intervalo similar al del edifi cio existente. Ello signifi ca que estas opciones básicamente reducen el consumo de energía en invierno pero no enen un efecto posi vo en el confort en verano.

Fig. 5-2 Fig. 5-3

Fig. 5-4 Fig. 5-5

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Dado que el edifi cio no ene refrigeración, la mejora del aislamiento tenderá a atrapar el calor en el interior del edifi cio y serán necesarias medidas adicionales como un sistema óp mo de control solar y estrategias de ven lación.

Fig. 6) Comparación entre los costes del ciclo de vida

Resultado de un análisis de coste del ciclo de vida

Las hipótesis de coste de inversión y de coste energé co se han combinado en un análisis de coste de ciclo de vida.

Se puede apreciar claramente que las opciones 1 a 3 enen costes de inversión mucho menores, pero en estos

casos la inversión únicamente conseguirá una prórroga de 8 a 15 años en la vida del edifi cio. Posteriormente, será necesaria una completa rehabilitación de la fachada y una rehabilitación hecha hoy con las opciones 4 a 6 estaría amor zada.

Las opciones 4 a 6 enen todas niveles parecidos de aislamiento, por tanto, el consumo energé co del edifi cio se mantendrá en niveles similares y a largo plazo mayores

costes de inversión no se amor zarán. Lo que no muestra la comparación es a) el impacto medioambiental y b) el confort del usuario. Como se dijo antes, la opción 4a sin refrigeración nocturna o ven lación mecánica no se puede considerar una opción.

Si el edificio contase con refrigeración, los ahorros de energía serían superiores, produciendo una mayor ventaja, una amor zación más rápida de la opción de rehabilitación con mejor aislamiento y sistemas más efi cientes de ven lación mecánica descentralizada con recuperación de calor.

Sparkasse Ludwigshafen

Cliente: Sparkasse Vorderpfalz, LudwigshafenCoordinador general: Evers Ingenieurgesellscha , DreieichInstalaciones: Balck + Partner, HeidelbergConcepto de rehabilitación: imagine envelope b.v. façade consul ng junto con Thiemo Ebbert2009

El edifi cio se encuentra en una zona de clase A en el centro de Ludwigshafen. Se construyó en 1972 con una fachada de aluminio cara para la época, pasarelas para el mantenimiento y parasoles exteriores. Las ofi cinas que dan a la fachada tenían ven lación mecánica mediante fancoils con función de calefacción y refrigeración. Las ventanas

Fig. 5-6

Fig. 6

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no eran prac cables. Dos años antes de realizar el primer estudio, se renovó completamente el interior. Cuando la fachada empezó a tener infi ltraciones de aire bajo fuertes vientos, resultó evidente que la fachada también necesitaba una intervención.Una revisión demostró que los paneles de aluminio se habían sellado con una junta simple de goma que se había cuarteado después de casi 40 años de servicio. Básicamente, ya no exis a aislamiento. La rehabilitación debía realizarse con el edifi cio en uso y sin dañar el interior recién renovado.

Fig. 7) El edifi cio antes y después de la renovación

Concepto de rehabilitación

Se consideraron tres opciones de rehabilitación:• Reconstruir completamente la fachada existente• Rehabilitar las superfi cies con reves miento y añadir una segunda piel en las zonas con pasarelas para el mantenimiento• Envolver la fachada existente con una segunda piel acristalada

Construcción de la fachada

La evaluación del coste del ciclo de vida concluyó que la opción 2 era la más barata, amor zándose en 2033 en comparación con mantener la fachada actual (que, en este caso, no era una opción válida). Todo ello dentro de la vida ú l esperada de la nueva fachada. Una mezcla de las opciones 1 y 3 permi a los benefi cios de una segunda piel en combinación con un reves miento más barato del resto de áreas de la fachada.

La estructura existente de acero no permite aguantar mediante placas en el forjado la carga de una segunda piel, teniéndose que suspenderse completamente de un sistema de celosías en la cubierta del edifi cio. Las pasarelas de mantenimiento se podían mantener y aprovecharse como estructura auxiliar. Originalmente se consideró sus tuir las ventanas existentes, pero al fi nal se sus tuyeron por unas nuevas. El aislamiento se mejoró.

Fig. 8) Situación existenteFig. 9) Estructura que se man ene para la rehabilitación

Concepto de clima

Las unidades de fancoil se sus tuyen por unidades de clima zación descentralizadas de alta efi ciencia con recuperación de calor y control individual - responsables de una gran parte de los ahorros energé cos. Se instala un sistema efi ciente de control solar con función de direccionamiento de la luz en la cámara protegida de la fachada. En invierno, esta nueva cámara de la fachada se usa para precalentar el aire entrante. En verano, el

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

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sistema se invierte y la cámara sirve como chimenea con alerones maniobrables en la parte superior e inferior del control de aire de entrada. El concepto de clima no permite ventanas prac cables, pero los usuarios estaban acostumbrados y ahora disponen de control individual del sistema descentralizado. Los cálculos muestran un 70% de ahorro de la demanda de energía primaria de 41 kWh/m2 año. El edifi cio está en uso sa sfactoriamente y actualmente está monitorizado para verifi car los cálculos.

Fig. 10) Concepto de clima en verano

Conclusión

La rehabilitación es una tarea gigantesca. Es di cil realizar una es mación del volumen de mercado. Un proyecto de inves gación ha mostrado que, en los países más grandes de Europa occidental, más de 500-1.000 miles de m2 de fachadas enen más de 30 años.La mo vación para la rehabilitación varía grandemente. Va desde problemas técnicos, edifi cios vacíos, mejoras energé cas hasta inquietudes arquitectónicas. Sin embargo, la fachada es la principal responsable del consumo energé co del edifi cio, del confort del usuario y del diseño arquitectónico y, por tanto, concentra el concepto de la rehabilitación.La fachada siempre debe considerarse como parte del organismo del edifi cio. Debe considerarse íntegramente la relación con el futuro uso previsto, la disposición de los despachos, la estructura del edifi cio y las instalaciones cuando se desarrollan las opciones de rehabilitación de la fachada.Las inversiones en rehabilitación de fachadas son grandes y no se recuperan en un par de años. Debe tenerse presente que aportarán un nuevo ciclo de vida del edifi cio. Se necesita una visión clara del nuevo ciclo de vida del edifi cio para poder realizar las mejores decisiones.El secreto reside en encontrar las sinergias apropiadas. Aunque la inves gación ha demostrado que los edifi cios de ofi cinas en Europa occidental pueden clasifi carse claramente en un número concreto de pologías de construcción, cada proyecto de

rehabilitación es diferente. Las necesidades del usuario, el presupuesto, las limitaciones construc vas, las ambiciones técnicas y arquitectónicas lo hacen único. El desarrollo de conceptos de rehabilitación signifi ca encontrar las mejores sinergias entre estos aspectos.

Referencias

Ebbert, T. (2010) Re-Face: Refurbishment Strategies for the Technical Improvement of Offi ce Façades Building Technology. Del , Del University of TechnologyRussig, V. (1999) “Gebäudebestand in Westereuropa.” IFO Schnelldienst:13-19Sta s sches Bundesamt (German Federal Sta s cal Offi ce). (2007) www.desta s.de Retrieved 24.11.07, 2007

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 11) Vista de detalle

40

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