BIOMIMETICS IN ARCHITECTURE
TU Delft | Faculty of Architecture | Explore Lab | Biomimetics in Architecture | P5 Presentatie Mireille Langendijk | 1361309 | 03 juli 2014
“Nature does nothing uselessly.” [Aristotle]
Project: Plaats: Architect: Functie:
Eden Project Bodelva [Engeland] Nicholas Grimshaw Botanische tuin
Project: Watercube Plaats: Beijing [China] Architect: Chris Bosse, Rob Leslie-Carter Functie: Waterpark
KLIMATOLOGIE
ARCHITECTUUR
TECHNOLOGIE
[Olgyay 1963]
ARCHITECTUUR + BIOLOGIE
BIOLOGIE
BIOMIMETICS
Innovation inspired by nature
“Through more than 3.8 billion years, living organisms have been perfecting and optimizing their wares without consuming fossil fuel, polluting the planet or risking their future” [Benyus 1997]
“It is not the strongest of the species that survives, nor the most intelligent that survives. It is the one that is most adaptable to change.” [Charles Darwin]
Rudofsky “Architektur ohne Architekten” 1965
PROBLEMEN VOORKOMEN I.P.V. OPLOSSENN
BIOLOGISCHE SYSTEMEN
VS.
MENSELIJKE SYSTEMEN
Complex
Simpel
Kringloop processen
Lineaire processen
Onderlinge verbindingen en geIntegreerde systemen
Op zichzelf staande systemen met een specifieke functie
Aanpasbaar aan veranderende omstandigheden
Resistent voor verandering
Geen afvalproducten
Verspilling
Divers
Focus
Zon-economie
Fossiele brandstoffen
Geoptimaliseerd als totaal systeem
Ontworpen voor een specifieke taak
Herstellend Gebruik van locale materialen
Wegwerpmaatschappij Gebruik van wereld producten
ESTHETIEK vs FUNCTIONALITEIT
AANPASBAARHEID
PROGRAMMA • Gebouw type:
Paviljoen
• Functie:
Ontmoetingsplek, educatiefcentrum, heisessie, café
• Locatie:
De Veluwe, Nederland
• Capaciteit:
± 40 mensen
• Bezoekers
Passanten [wanderlaars/fietsers], school klassen, werkgroepen, zakelijk
• Oppervlak:
± 350 m2
• Bezoektijd:
± 1 - 8 uur
STEDELIJKE UITGANGSPUNTEN • Aanpasbaar aan de omgeving [begint punt ontwerpproces] • Samenwerken met en gebruik maken van de natuur [lokale materialen, kringloop] • Impact op de omgeving beperken
ARCHITECTONISCHE UITGANGSPUNTEN • Zichtbaar aanpasbaarheid [educatief] • Efficient materiaal gebruik [constructie, krachten, spanningen] • Functioneel ontwerp [versus esthetiek]
LOKATIE Nederland [Gelderland] Veluwe [1100 km²] 20-50 m boven N.A.P. Groot gebied bestaat uit stuwwallen [ijstijd, Saalien, 150.000 jaar geleden] Verschillende landschappen: Stuifzanden, zandverstuivingen, heides, loofbossen, dennenbossen, landgoederen, weidegronden, moerassen, meren en rivieren
Hoog Soeren
A1
APELDOORN
A1 Kootwijk
Stroe
A1
Radio Kootwijk
Hoog Buurlo
N310
N304
Harskamp
N304 Hoenderloo
Hoog-Baarlo
Wekerom
Roekel
Otterlo
Assel
Kootwijk
Radio Kootwijk
Hoog Buurlo
Naaldbos Loofbos Gemengd bos Heide Zand Huizen
N
Geasfalteerde weg
RADIO KOOTWIJK
HERONTWIKKELING VERBINDING VAN NATUUR EN CULTUUR
• Luisteren en kijken naar de natuur
[Planten, dieren, weer en de seizoenen]
• Verblijven in de natuur
[Kort en lang verblijf, actief en passief]
• Architectuur en herbeleven van de historie [Zendgebouw]
• Kijken naar en maken van kunst
[Individueel en groep, museaal en ateliers]
• Genieten van podiumkunsten [In gebouwen en natuur]
• Maken en luisteren naar muziek [Concerten en masterclasses]
• Passant [fietsers, wanderlaars] 125.000 bezoekers • Doelgericht [horeca, bezichtiging...] 50.000 bezoekers • Op uitnodiging/deelnemers [activiteit] 35.000 bezoekers TOTAAL: 210.000 bezoekers per jaar
Locatie
Radio Kootwijk
FACTOREN - Continu - Variabel
ZONNECYCLUS
m Zo er 21 i
jun
12 He
Le n
rfs
te
t2
2
.5
21
23
m
se
aa rt em be
2
62.5
10
pt
W
r
23
.5
39.0
Winte
r 22
dece
mbe
r
2 4
8
12
N
8
10
6 Zomer
8
Z ZUID
10
12
6 Winter
NOORD
Book: Heating, Cooling, Lighting: Sustainable Design Methods for Architects | Norbert Lechner
O
PRINCIPE UITGANGSPUNT ONTWERP
m Zo er 21 jun i
He
Le rfs
62.5
nt
e
t2
2
21
m
se
aa rt em be
.5
23
pt
r
er 22
dece
r = 12,0 m
1 1.
Wint
75
11
. 75
39.0
mbe
r 15.5
S
N d = 24,0 m
Schuine zijde staat loodrecht op de lijn die tussen de winter en herfst/lente staat. [Voldoende energie zowel in de zomer als in de winter]
Seizoen Maand
Aantal dagen Aantal uren zon Gem. instraling [W/m² per dag] per dag
Gem. instraling [W/m² per seizoen]
Gem. Instraling opp. Hoek zon [kW] [graden]
Rendement
Rendement opp. [kW]
Winter
December 31 Januari 31 28 Februari
8 9 10
75 70 130
74530
14906
15,5
90,0%
13415
Lente
Maart April Mei
31 30 31
12 14 15
195 235 290
102030
20406
39
90,0%
18365
Zomer
Juni Juli Augustus
30 31 31
16 15 14
290 285 270
388905
77781
62,5
80,0%
62225
Herfst
September 30 Oktober 31 November 30
13 11 9
215 150 100
162000
32400
39
90,0%
29160
Aantal kopjes koffie per dag Winter
5962
Lente
8162
Zomer
27655
Herfst
12960
N
05.19
22.04
ZON OPKOMST/ONDERGANG W
O
08.48
16.28
W in
ter z onn e w e n d e
Zom e
r zo nn e w e n d e Z
Vroegste opkomst Laatste opkomst
JUNI DECEMBER
05.19 u 08.48 u
Vroegste ondergang Laatste ondergang
DECEMBER JUNI
16.28 u 22.04 u
22.00 21.00 20.00
OPENINGSTIJDEN
19.00
06.00
18.00
07.00
17.00
08.00
16.00 09.00
15.00 10.00
14.00 13.00
12.00
11.00
WINTER December | Januari | Februari
8.00 u - 16.00 u
LENTE Maart | April | Mei
7.00 u - 21.00 u
ZOMER Juni | Juli | Augustus
7.00 u - 21.00 u
HERFST September | Oktober | November
8.00 u - 16.00 u
DRAAING VAN HET PAVILJOEN
N
W
N
N
O
W
O
W
O
Z
Z
Z
09.00 uur
12.00 uur
15.00 uur
December
January
February
December
January
February
March
April
May
March
April
May
June
July
August
June
July
August
September
October
November
September
October
November
WINTER WINTER
SPRING SPRING
SUMMER SUMMER
AUTUMN AUTUMN
AVERAGE TEMPERATURE GEM. TEMPERATUUR
AVERAGE TEMPERATURE
December December
January January
February February
March March
April April
May May
June June
July July
August August
September September
October October
November November
WINTER WINTER
SPRING SPRING
SUMMER SUMMER
AUTUMN AUTUMN
GEM. UREN ZON
AVERAGE HOURS SUN AVERAGE HOURS SUN
December
December
January
January
February
February
WINTER
WINTER
April
March
March
April
SPRING
May
May
SPRING June
July
August
GEM. REGENVAL
SUMMER
AVERAGE RAINFALL
June
July
September
SUMMER
August
November
October
AVERAGE RAINFALL AUTUMN
September
AUTUMN
October
November
Winter: Winter: 21 December 21 December - 20 March - 20 March December Windroos De Bilt December
November
Z W
W
N March N
10% 10%
20% 20%
30%
O
30%
WINTER
O
10%
20%
30%
10%
20%
30%
W
Winter: Winter: 21 December 21 December -O 20 March - 20 March
W
W
W
March Spring: 20 March - 21 June Spring: 20 March - 21 June O
W
W
N
Z 10%
20%
30%
O
10%
20%
30%
O
W
SPRING
W
Z 10% 20% 30% Spring: Spring: 20 March 20 March - 21 June - 21 June O
W
W
W
W
June N
Z Spring: Spring: 20 March 20 March - 21 June - 21 June 10%
20%
10%
30%
W
O
20%
30%
21 June 21 September June Summer: 21- June June Summer: O- 21 September
W
W
W
W
N
10%
20%
30%
O
SUMMER
W
Z Summer: 10% 30% 2120% June - 21 September Summer: June 21 June - 21 September O
W
W
N
10%
20%
30%
W
O
Z 10% 20% 30% Summer: Summer: 21 June 21-June 21 September - 21 September O
W
N
20%
30%
O
Z Summer: Summer: 21 June 21 -June 21 September - 21 September
AUTUMN
W Autumn: 21 September September Autumn: 21 September - 21 December O- 21 December W 10%
W
20%
30%
N
20%
30%
O
W
30% 20%
O
Z
30%
O
W
Z Autumn: 10% 2120% 30% September - 21 December Autumn: 21 September - 21 December September W O N
W
Z
10%
February February February N Mai
N Mai
N
N
N
N
Z
Z
Z
Z
Mai
Mai
N
N
10%
10% April April N N
20% 10%
30% 20%
O
20% 10% 30% 20%
O
30%
O
W
W
O
W
W
30%
Z
Z Z 10% April April April N
N
Z
Z
10%
10% 20%
N July
N July
N
N
Z
Z
10%
10% JulyJuly July N N
Z
Z
Z July
Z 10% July
N
N
Z
Z
20% 30%
O
20% 10%
April April
30% 20%
O
30%
O
W
N
N
Z
Z
20% 10%
30% 20%
O
20% 10% 30% 20%
O
30%
O
W
10%
20% 30%
O
20% 10%
30% 20%
O
10%
20% 10%
30% 20%
30%
O
W
O
W
30%
Z
Z Z 10% Mai
O
N
N
Z
Z
Mai
Mai
Z
30%
O
W
W
10%
N
N
Z
Z
10% AugustAugust W August N N
20% 10%
30% 20%
O
20% 10% 30% 20%
30%
O
W
W
O
W
W
30%
10% 20%
20% 30%
O
20% 10%
30% 20%
O
30%
O
W
W
30%
O
W
W
O
W
W
30%
O
W
W
N
N
Z
Z
20%
30% 20%
O
20% 10% 30% 20%
O
30%
O
30%
O
W
O
W
30%
N
Z
Z
30%
O
10%
10% 20%
20% 30%
O
20% 10%
30% 20%
O
20% 10%
30% 20%
W O 20% 10% 30% 20% Windroos Bilt10%November Windroos De BiltDe November O W N N
30%
N
Z
Z
10%
10% June June N N
O
30%
O
20% 10%
30% 20%
O
20% 10% 30% 20%
O
30%
O
30%
O
Z
Z Z 10% June June N
N
Z
Z
10%
10% 20%
20% 30%
O
20% 10%
June June
30% 20%
O
30%
O
30%
O
O
30%
O
W
W
30% 20%
30%
20% 10% 30% 20%
20% 10%
30%
O
10%
W RAINFALL AVERAGE W
W
W
O
Z
Z Z 10% 20% September September
30%
O
N
10% September September N N
N
N
Z
Z
10%
20% 10%
September September
20% 30%
O
30% 20%
O
30%
O
30%
O
NBilt December Windroos DeNBiltDe December Windroos
30%
O
W
O
W
30%
N
N
Z
Z
30%
O
10%
20% 10%
20%
Z Z 10% 20% 30% WWindroos Windroos De BiltDe December Bilt December O N
30%
O
30%
O
Z 10%
W
30% 20%
W O 20% 10% 30% 20% Windroos Bilt10%December Windroos De BiltDe December O W N N
Z 20%
Z Z 10% 20% 30% WWindroos Windroos De BiltDe November Bilt November O N
N
10%
Z 10%
W
30% 20%
Z Z GEM. WINDSNELHEID W W O O
NBilt November November Windroos DeNBiltDe November Windroos
Z 10%
20% 10%
AugustAugust N
N
Z
10%
20% 10%
N September N September
Z
Z Z 10% AugustAugust
10%
N N June June
N
10%
Z
MarchMarch
Z
W
30%
Z
Z Z 10% 20% 30% W Windroos Windroos De BiltDe October Bilt OctoberO N
W
May
30% 20%
O
Z Mai
Z 10% 20%
W O 10% 20% 10% 30% 20% Windroos Bilt October Windroos De BiltDe October O W N N
N
W
10% 10%
20% 10%
N August N August
July July
Z 10%
20% 10%
NBiltDe N Bilt October Windroos De October Windroos October
September September
10%
W
10%
N N April April
Z
Z Spring:10% 20% 30% 20 March - 21 June Spring: March20 March - 21 June O March N
Z
January January January
N
30%
O
VELUWS HOUT
SCHAPENWOL
m Zo er i jun 21
Indirect licht
62.5
Le n He te rfs 21 m t2 a 2 se art pt em be r
kWh
PV Panelen
.5 23
Natuurlijke ventilatie Gebruik van lokale materialen ETFE Kussens [licht in gewicht]
39.0
Schapenwol als isolatie
Gridshell: Efficiënte constructie [materiaal] Winte r 22
dece mbe r
Hout kachel [verwarmen, koken]
15.5
Tandrad [elk uur 1x rond] Gebruik + verkoop meubels gemaakt van Veluws hout Waterbassin [Regenwater opvang en hergebruik ] Met de zon meedraaien
Waterbak [wrijving vermindering, regenopvang]
Waterpomp Compost toilet
Put [echo , waterbassin]
Simpel puur eten [eigen brood, soep, thee, kruiden, bessen]
+16300
+200 +0
+3200
+8400 4000 8000 18000 24000 32000
+16300
+200 +0
+3200
+8400 2750 3800
4300
7400
24000 32000
4300
3800
Handlier
Tandrad 900 mm
Houten Vlonder 30 mm Houten balk 100 mm Rubber blokje 50 x 30 mm Betonnen vloer 120 mm EPS 3000 mm
70
130
120 30 100 30
Tandrad 300 mm
Stalen rails met tanden Betonnen bak
300
400
30
CONSTRUCTIE CONCEPT
GELAMINEERDE BOOG GRIDSHELL [EIKEN] FISHBONE FACADE TREKKABELS
BETONNEN RAND
Betonnen rand
24000
18000
12000
Gridshell met trekkabels Constructieopbouw bestaande uit: 4 layers van gelamineerde eiken latten 50 x 35 mm
Gelamineerde bogen, eikenhout, verlijmd 200 x 300 mm 150 x 100 mm Fishbone constructie
6000
ingezoomd
GEBRUIKTE MATERIALEN CONSTRUCTIE
GRIDSHELL
3-laags ETFE kussen
Zadels, kabels bevestiging
Stalen plaatjes
Aluminium pro el
Led verlichting
Koppelslang
Gridshell latten 35x50 mm
Trekkabel staal
Stalen plaatjes 300 mm Wol verpakt in transparante dampdoorlatende folie Rc=7.5 m2.K/W. Verticaal regelwerk hout 20 x 30 mm Gevelbekleding Veluws hout, eiken panelen
Led verlichting Gridshell latten 35x50 mm
ETFE KUSSENS
VELUWS HOUT - PANELEN
ISOLATIEMATERIAAL -SCHAPENWOL
IMPRESSIE CONSTRUCTIE INTERIEUR
Gevelbekleding Veluws hout, eiken panelen Verticaal regelwerk hout 20 mm Wol 250 mm Rc=7.0 m2.K/W.
25
Gridshell
Wol 150 mm
Betonnen rand 50 x500 mm
500
Prefab betonelement met geïntegr. goot
Houten balk 100 mm Betonnen vloer 120 m Vezelcement 30 mm EPS 3000 mm
280
HoutenV londer 30 m
120 30 100 30
Gevlinderd beton 250 mm
3-laags ETFE kussen Gridshell
Rubber afdichting Prefab betonelement met geïntegr. goot Wol 150 mm
Betonnen rand 450 x500
Houten Vlonder 30 mm Houten balk 100 mm Betonnen vloer 120 mm Vezelcement 30 mm EPS 3000 mm
120 30 100 30
Gevlinderd beton 250
Aluminium pro el bevestiging trekkabel
Trekkabel staal PV paneel Horizontaal regelwerk aluminium 30 mm Verticaal regelwerk aluminium 30 mm Waterkerende folie Horizontaal houten regelwerk 250 x 100 mm Wol 250 mm verpakt transparante dampdoorlatende folie
Betonnen vloer 120 mm
EPS 3000 mm
280
Houten balk 100 mm
120 30 100 30
Houten Vlonder 30 mm
120
Gevlinderd beton 280 mm
100
Fishbone facade
Regenwater op vlonder wordt afgevoerd naar waterbak
Hergebruik regenwater
Waterpijl Waterbassin [regenwater opgevang gebouw]
Waterbak
Seizoen
Maand
Aantal dagen Gem. regenval Gem. regenval per seizoen Opvang regenwater paviljoen [mm per m²] [mm per m²] [waterbassin] [m³]
Opvang regenwater waterbak [Opp. waterbak min opp. paviljoen] [m³]
Winter
December Januari Februari
31 31 28
95 85 55
235
90
205
Lente
Maart April Mei
31 30 31
85 50 65
200
77
175
30 31 31
85 70 65
220
84
192
30 31 30
75 80 95
250
96
218
Inhoud waterbassin 92 m³
Inhoud waterbak
Zomer
Herfst
Juni Juli Augustus September Oktober November
Oppervlak paviljoen Oppervlak terras Oppervlak flonder Oppervlak waterbak
383 m²
Diepte waterbak
9 m
86 m² 804 m² 1256 m²
7863 m³
3-laags ETFE kussen
Dubbelwandige pijp Ø 200 mm met regenkap van verzinkt staal
Houten boog gelamineerd hout verlijmd 200 x 300 mm 150 x 100 mm PV paneel Aluminium U-pro el 30 mm Verticaal regelwerk aluminium 30 mm Horizontaal regelwerk aluminium 20 mm Waterkerende folie Horizontaal houten regelwerk 250 x 100 mm
30
30
30
25
0 20
0 15
0
3-laags ETFE kussen
Zadels, kabels bevestiging
Stalen plaatjes
Aluminium pro el
Led verlichting
Koppelslang
Gridshell latten 35x50 mm
Trekkabel staal
Stalen plaatjes 300 mm Wol verpakt in transparante dampdoorlatende folie Rc=7.5 m2.K/W. Verticaal regelwerk hout 20 x 30 mm Gevelbekleding Veluws hout, eiken panelen
Led verlichting Gridshell latten 35x50 mm
VERKOOP
EXPOSITIE VERSCHILLENDE POSITIES
IDENTITEIT
REFLECTION
BIOMIMETICS IN ARCHITECTURE
Main mentor: Ir. R. J. Nottrot Architecture Design and Interiors General coordinator Explore Lab TU Delft | Teacher
[email protected] Second mentor: Ir. J. van de Voort Attika Architecten Amsterdam Assistant Professor Architectural Engineering Ir. H. Plomp Assistant Professor Architectural Engineering | Urban Physics
[email protected] Third mentor:
Dr. -Ing. M. Bilow Head Bucky Lab TU Delft
[email protected]
Commissioner:
D. Vitner
[email protected]
