80

Thesis report, 12 04 2011 #1 - TU Delft

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

 

 

   

  2

                                                    Source of image on title page: Jan Kriwol   

  3

Preface  

This document presents the  integration of design for disassembly  in the facade  industry and serves 

as  final  thesis of my Master of Science at Delft University of Technology. The work has also been 

carried out  in cooperation with and facilitated by ARUP  in Berlin. The thesis committee consists of: 

Marcel  Bilow,  Arjan  van  Timmeren  and  Linda  Hildebrand,  I wish  to  thank  them  for  their  helpful 

contributions so far and look forward to continuing the good cooperation.  

 

I advise the reader to not hesitate to contact me on any façade design related topics. 

 

Enjoy the report! 

 

  

  

 

  

 

Matthijs Bloemen (Delft, April 2011) 

 

[email protected] 

   

  4

Contact information    title   Design for Disassembly of Facades track       Master of Science Building Technology, Façade Design  student name     Matthijs Bloemen student ID     1140361 student address   Anklamerstraße 31, Berlin, Germany e       [email protected] t       +31 (0) 6 45742513 t       +49 (0) 16 05717050       main mentor    Dipl.‐Ing. M. Bilow chair       Design of Construction e       [email protected]  t       +31 (0)6 20358179  2nd mentor     Ir. A. van Timmeren M.Sc. Ph.D. chair       Green Building  Innovation, Product Development & Sustainability e       [email protected] t      +31 (0)15 2784991 t      +31 (0)6 55800458  3rd mentor     Dipl.‐Ing. L. Hildebrand  chair       Design of Construction  e       [email protected]   t       +49 (0) 176 640 45 309  4th mentor    Ir. M.W.M. van den Toorn Chair      Landscape Architecture e      [email protected] t      +31 (0)15 27 84149           

   

  5

Terminology  

 

Combustion:    The burning process of waste to generate electricity 

Commercial facade:   The building skin of a commercial building (e.g. office buildings or stores) 

Container glass:   Glass used for making e.g. bottles. 

DfD:   Design for Disassembly, designing with the intention of simplifying its end of 

life time disassembly or by increasing the recycling opportunities 

DfD Objective:    An end of service life scenario to strive for when designing for disassembly 

DfD Strategy:    A design tool to strive for a design suitable with a DfD objective 

EoL:  End‐of‐Life, refers to the end of a product lifetime (a vendor will no longer be 

marketing, selling, or promoting the product) 

EoL scenario:    possible outcome for elements/materials after service life 

EPR:      Extended Product Responsibility 

Float glass:    Special highly transparent and strong sheet glass used in the facade industry 

Glass cullet:    Old glass used in the oven as a catalyst for the melting process 

IGU:      Insulated Glass Unit; two float glass panes combined to one unit. 

LE:      Life Expectancy; estimation on a lifespan of material or element 

Natural environment:  All living and non‐living things that occur naturally on Earth 

Refurbishment:  The process of maintenance or repair of building components which are 

either technically or aesthetically out of date. In this thesis refurbishment 

will only focus on facade components. 

Service life:    The façade’s useful life 

Sustainable design:   Is a philosophy of designing physical objects, the built environment, and 

services to comply with the principles of economic, social, 

and ecological sustainability. 

Waste:      Materials that have no use anymore 

GFRC:      Glass Fiber Reinforced Concrete    

  6

Abstract  This thesis is motivated by the fact that today the building industry is a significant waste contributor. 

Especially at the end‐of‐life of the building it causes an enormous impact on the environment. Waste 

will  be  reduced  by  extending  the  lifetime  of  the  short  term  buildings,  and  therefore  the  façade 

replacement  for the commercial buildings must be encouraged. Though the  result of waste due to 

the mixture of materials remains a problem during the end‐of‐life process, this barrier mainly comes 

from current construction practices that view the assembly as a unidirectional practice with an end 

goal of producing a  final  façade/building. A more cyclic or closed‐loop view recognizes the need to 

consider, at  the design stage,  the disassembly process as well as  the assembly process. Design  for 

disassembly expresses  such need. These  strategies, which are  in  this  thesis applied  to an example 

facade of Arup, show possibilities to reduce waste by redesign. 

Design  for disassembly originates  from  industries  in product design and  is driven by regulations.  In 

architecture, the disassembly process is undervalued and regulations are expected in the near future. 

Learning  from  the  product  design  and  applying  design  for  disassembly  strategies,  more  waste 

reduction is achieved by focusing on an element of the facade. In response, two studies are applied 

on  the  example  facade  to  find  the element with potential  for  improvement  ‐  end‐of‐life  and  life‐

expectancy study. The glass unit element has the most potential to decrease the waste by improving 

its end‐of‐life:  

The  life‐expectancy study showed that the primary sealing, between the glass and aluminium, 

keeps  the  glass  unit  airtight.  The  sealing  is  one  of  the weakest  links.  It  is  vulnerable  to UV‐

radiation and has a limited elastic capability when heat expansion of glass occurs.  

 

The end‐of‐life results showed two critical points related to the glass unit: the glass is currently 

down‐cycled due to the  inseparable materials used within the unit and due to the  integration 

into the container glass recycling process. Additionally, the float glass of the glass unit accounts 

for 61% of total waste weight of the façade. 

Taking the reduction of waste into account during the redesign, there are 4 objectives when applying 

design for disassembly strategies  ‐ adapting the glass unit by extending  its service  life, reuse of the 

glass  unit,  reuse  of  glass  or  glass  recycling.  The  two  study  results  showed  that  the most  realistic 

objective  for  the redesigns  is  to change the current down‐cycling of glass  to a recycling process to 

decrease the waste.  

Results  of  the  redesigns  are  visually  presented  in  the  end‐of‐life  framework  and  give  a  clear 

perspective on the process. It shows that it’s possible to integrate glass in facades for recycling, but 

not with the techniques that are currently applied on the glass unit.  

  

    

  7

Table of Contents 

 

Preface ..................................................................................................................................................... 3 

Contact information ................................................................................................................................ 4 

Terminology ............................................................................................................................................. 5 

Abstract ................................................................................................................................................... 6 

 

1  Introduction ..................................................................................................................................... 9 

1.1  Research motivation ................................................................................................................ 9 

1.1.1  Waste in the building industry ........................................................................................ 9 

1.1.2  The need for proper disassembly .................................................................................. 11 

1.2  Problem statement ................................................................................................................ 11 

1.3  Thesis goal and research questions ....................................................................................... 12 

1.4  Redesign Approach ................................................................................................................ 12 

 

2  Design for Disassembly (Literature Study) .................................................................................... 14 

2.1  Disassembly evaluation ......................................................................................................... 14 

2.1.1  Timing: Life Expectancy theory ..................................................................................... 14 

2.1.2  Method: End of Life theory ........................................................................................... 15 

2.2  DfD applications .................................................................................................................... 19 

2.2.1  DfD in product design .................................................................................................... 19 

2.2.2  DfD in Architecture ........................................................................................................ 20 

2.3  DfD methodology .................................................................................................................. 21 

2.3.1  DfD objectives ............................................................................................................... 21 

2.3.2  DfD Strategies ................................................................................................................ 23 

2.4  Reference studies on DfD in facade design ........................................................................... 25 

2.4.1  WTC Amsterdam ........................................................................................................... 25 

2.4.2  Office XX ‐ Delft ............................................................................................................. 27 

2.4.3  Empire State Building .................................................................................................... 28 

2.4.4  Conclusion ..................................................................................................................... 29 

 

3  Focus element DfD ........................................................................................................................ 30 

3.1  Facade selection .................................................................................................................... 30 

3.1.1  Boundary conditions ..................................................................................................... 30 

  8

3.1.2  Selected façade: Galeria Kaufhof .................................................................................. 30 

3.2  Façade Life Expectancy study results .................................................................................... 32 

3.3  Facade EoL study results ....................................................................................................... 33 

3.3.1  Façade EoL product: Frame (aluminium) ...................................................................... 36 

3.3.2  Façade EoL product: Structure ...................................................................................... 36 

3.3.3  Façade EoL product: Insulated glass unit (IGU) ............................................................. 37 

3.3.4  Façade EoL product: Cladding ....................................................................................... 38 

3.3.5  Façade EoL product: The rest group .............................................................................. 39 

3.3.6  Façade EoL critical points summary .............................................................................. 40 

3.4  Selected element: IGU ........................................................................................................... 41 

3.4.1  Motivation for element selection .................................................................................. 41 

3.4.2  Background information on IGU ................................................................................... 42 

 

4  Redesign ........................................................................................................................................ 46 

4.1  Redesign Plan ........................................................................................................................ 46 

4.2  DfD Objective & Strategies .................................................................................................... 46 

4.2.1  DfD Objective................................................................................................................. 46 

4.2.2  DfD Strategies ................................................................................................................ 49 

4.3  Redesign A ............................................................................................................................. 51 

4.4  Redesign B ............................................................................................................................. 53 

4.5  Assessment ............................................................................................................................ 56 

 

5  Conclusions and Recommendations ............................................................................................. 62 

 

Table of Figures ..................................................................................................................................... 67 

References: ............................................................................................................................................ 69 

 

Appendix A: Crowther ‘s DfD strategy list in detail ............................................................................... 71 

Appendix B: Galeria Kaufhof sections (1:10) ......................................................................................... 73 

Appendix C: On‐ & Off‐site built facades .............................................................................................. 75 

Appendix D: Drawings of all designs (2:1) ............................................................................................. 77 

Appendix E: Calculation outcome  on different cavity contents ........................................................... 78 

Appendix F: Assessment with Trisco outcome ...................................................................................... 79 

 

   

  9

1 Introduction  

 

 

1.1 Research motivation  

1.1.1 Waste in the building industry  

The  building  industry  has  an  enormous  impact  on  the  environment.  There  are  different  types  of 

impacts.  An  LCA1  study  quantifies  this  and  shows when  a  certain  impact  is  caused.  The  building 

industry  is  globally  responsible  for  30‐40%  of  exhaust  emissions  and  up  to  60%  of  all  produced 

volumes of waste (Hegger et al. 2008). This results  in for example pollution and resource depletion, 

and has  severe consequences on every  living organism on earth. Clean water,  fresh air and  fertile 

land are what it needs for living and therefore it may not be limited for use. 

There  is  a  worldwide  agreement2  on  the  need  to  reduce  the  quantity  of  building  material 

consumption  and  to  reduce  building  waste  to  create  a  sustainable  environment.  However, 

regulations  and  laws,  which  I  think  people  in  developed  countries  live  by,  do  not  yet  enough 

stimulate  people  to  act  in  a  sustainable way.  These  facts  have motivated me  further  research  in 

sustainable design with a focus on decreasing waste. 

When  thinking of  a building, people  tend  to  think of  it as  just  that  ‐  a  single building:  conceived, 

designed, constructed, used and disposed of as a complete entity. However, because different parts 

of  the building have different  life  spans  it  should be considered as a  structure made out of  layers 

(Brand 1994). Throughout  the buildings  lives  they may,  for example,  change  in  functionality or  in 

appearance, but most buildings have long lives.  

Brand  views  that  the  ethics  and  values  that  support  the  building  are  just  as  important  as  the 

technical aspects, and that it should be treated as a `Darwinian mechanism´3. He divides the building 

into  layers with different rates of change for  its components and he states that a building  is always 

‘tearing itself apart’.  

                                                            1 The life cycle assessment has been accepted within the environmental research community as the only legitimate basis on which to compare alternative materials, components and services and is, therefore, a logical basis on which to formulate building environmental assessment methods (SETAC, 1993). 2 Formulated in 1987 by World Commission on Environment and Development (Brundtland Comission):" A development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs” (World Commission on Environment and Development 1987). 3 Something that adapts over time to meet changing needs 

  10

Figure 1, Average building  lifespans  (left) and   building  layers  lifespans  (right)  (Brand 1994, Crowther 2001, 

Yeang 2008) 

If  buildings  slowly  fall  apart,  how  comes  that  different  types  have  different  life  spans?  Buildings 

constructed before 1940 tend to have a  longer  life span than the ones built after this point in time. 

The average  residential building has a  longer  life span  than a commercial building4, as  the  latter  is 

used for a shorter time and is less adaptable (Yeang 2008).  

Figure  2  shows  that  because  waste  is  generated  throughout  the  lifecycle  of  a  building.  The 

environment  is  impacted  in  various ways. This  figure also  shows  that  there must be  focus on  the 

disposal  phase when  attempting  to  decrease  the  amount  of waste  as  this  phase  has  the  highest 

environmental impact.  

 

                                                            4 Average lifespan of buildings (USA): residential 100 years and commercial 20 years. (Yeang 2008) 

       

A  = air impact                   T  = transportation W = water impact                R  = refuse / waste E  = earth impact                    H  = health of people P  = power consumption     S  = social impacts L  = landscape picture          Tr = trouble risk F  = flora & fauna                    €  = ecomomic aspects  

Figure 2, Swiss roll waste management (Woon/Energie1991)

  11

The ‘structure’ layer of a building has the biggest volume and highest weight and can be seen as the 

main problem in waste generation. However, because the average lifespan of the skin, also known as 

the façade, is significantly lower it too has a large impact on the environment. The façade can often 

be seen as the weakest link of a building when looking at the average lifespan. There is potential for 

decreasing waste in the building industry when applying sustainable design to commercial facades. 

 

1.1.2 The need for proper disassembly  

Reducing  the environmental  impact during  the disposal phase of a building can be done by either 

optimising  the  reuse  and  recycling  processes,  or  by  prevent  the  problem  by  changing  the  design 

before the building is constructed.  

Current strategies like the ‘3‐R’ (Reduce‐Reuse‐Recycling) and the more accurate successors ladder of 

‘Delft’ or  ‘Lansink’ are examples  to  reduce  the  impact on  the environment of existing waste. The 

Swiss  roll diagram  in Figure 2  shows  that  there are  still barriers  to  successfully  recover and  reuse 

materials  and  components.  The  current  practice  during  demolition  or  re‐structuring  of  buildings 

includes the mixing of materials and thereby creating a  low reuse ratio. This barrier  is mainly  from 

current  construction  practices  that  view  the  assembly  of  materials  and  components  as  a 

unidirectional  practice with  an  end  goal  of  producing  a  final  building.  Such  a  linear  view  of  the 

building environment limits the End of Life (EoL) scenarios when a building has reached the end of its 

service life.  

Changing the design to reduce the environmental  impact  in the disposal phase can  improve end of 

life  scenarios.  According  to  Papanek  (1995)  there  are  several  design  strategies  that  should  be 

considered  when  the  objective  is  to  limit  the  impact  on  the  environment.  By  designing  for 

manufacturing, assembly, maintenance,  cleaning  and disassembly  recovery and  reuse of materials 

can be improved. A more cyclic or closed‐loop view of the built environment and the materials within 

it will  recognize  the need  to  consider, at  the design  stage,  the disassembly process as well as  the 

assembly process. Such consideration can be expressed as the need to design for disassembly (DfD). 

 

 

1.2 Problem statement    

Today a building is a significant waste contributor at the end of its life. The façade is a weak link when 

comparing the average  lifespan of all elements of a commercial building. The end‐of‐life process of 

the  facade  includes  the mixing  of materials  and  thereby  a  low  reuse  ratio,  this  holds  back  the 

refurbishment process of buildings.  

    

  12

1.3 Thesis goal and research questions  

Thesis goal:    Apply DfD strategies on a commercial facade to decrease waste.  

 

Main question:  How can the facade be designed taking its EoL into account to reduce waste? 

Sub questions: 

‐ What is relevant when designing for disassembly in façade design?  

‐ Which element of the façade has redesign potential to reduce environmental impact in the EoL?   

 

 

1.4 Redesign Approach  

For  a  scientific  research  in  this  thesis  strategies  are  used  to  redesign  an  existing  design  and  the 

outcome will be discussed in detail. It is important to have a broad applicable outcome and therefore 

an approach has to be made for a clear redesign focus. Findings from the literature study are used to 

guide the redesign approach:  

In the literature study which is covered in Chapter 2, one can find the disassembly methodology and 

timing,  followed  by  theory  on  background  and  applications  of  Design  for Disassembly  (DfD),  and 

three reference studies showing the current practice in facade DfD.  

Findings in literature motivated the following three steps;  

‐ Facade element research 

‐ Selection procedure 

‐ Redesign preparation 

 

Facade element research 

Study shows the difference between DfD  in architecture and  in product design. Buildings are much 

more diverse  compared  to  standardised products, which  is why DfD  is  less generally applicable  in 

architecture  today.  Though  similarities  exist  between  the  facades,  it  is  especially  elements  of  a 

façade that resemble standardisation. Considering DfD to decrease the produced waste there is more 

progress to be made when focussing on an element that is applied in multiple facades.  

 

 

  13

Selection procedure 

To apply DfD strategies on a  facade element,  first an example  facade must be selected. This thesis 

study has the privilege of using the project library of Arup and specific conditions are formulated to 

make  the  select  one  of many  facades  that  suits  the  purpose  of  finding  an  element  that  allows 

potential for redesign. When a facade is selected two methods are used for the element selection; a 

Life Expectancy (LE) study to find weakest link of façade in terms of an average lifespan, and an EoL 

study  to  find element with  the highest potential  to decrease waste  in  the  future. Critical points of 

both studies will point out the element with most potential for DfD improvement. This is covered in 

chapter 3. 

 

Redesign preparation 

As a  first step a DfD objective  is  formulated and (then based on that as a second step) several DfD 

strategies  are  taken  from  the  literature.  The  objective  is  with  the  highest  potential  for  an  EoL 

improvement by design is selected.  

In general a redesign  is executed on different  levels. The architect describes the visual aspects of a 

redesign,  the  consultant  (Arup)  creates design  concepts based on  theory and experience, and  the 

manufacturer creates a detailed executable design. For the purpose of this report a concept level will 

be generated for the redesign, this suits both Arup and TUDelft. It is important to prevent interaction 

with the other  two  levels, e.g. a material expert at  the manufacturing  level could possibly think of 

several downsides to this redesign. Design conditions will clearly create boundaries for validating the 

design on the concept level.  

The redesigns for an element of the selected façade are presented in chapter 4 and conclusions and 

recommendations are added in chapter 5.   

  14

2 Design for Disassembly (Literature Study)   

2.1 Disassembly evaluation 

2.1.1 Timing: Life Expectancy theory  

In order to know which elements of the example  facade can be trusted to  last  for a certain period 

and which are more likely to fail, it is important to know the technical life span to prevent the waste 

creation. The real  life span of an element  is hard to define and depends on many different factors, 

such as the original quality, operational strain, and maintenance.  

According to Berge (2009) it takes at least 60 years of study to determine whether a façade element 

has a 30 year  life expectancy. Therefore,  the Life Expectancy  (LE)  theory only  states expected and 

average  life spans. The German Federal Office for Building and Regional Planning collects data from 

interviews and literature studies. The expected life span of facade elements is reported by them and 

taken into account for design by Arup but also TU Delft. 

 

Figure 3: Insulated glass unit failure of the building EnBW in Stuttgart Germany. Water has come inside this decreased the thermal and visual performance. (Ebbert 2010) 

A  typical example of  the EnBW  in Stuttgart  in  figure above  shows how an  insulated glass unit can 

cause  a  total  facade  failure.  There  is  a  leakage  of  humid  air  into  the  cavity  of  the  unit.  By 

condensation  on  the  inner  glass  surface water  started  the moulding  process which  resulted  in  a 

decreasing value of thermal insulation and level of transparency. The main problem of this facade is 

that  is built  in such way  that replacing the unit  is only possible by disassembling the whole  facade 

due to interlocking connections in the ‘u’ shaped building.  

  15

The  Arup  structural  engineering  group  uses  a  tool  that  integrates  design  plans,  logistics  during 

construction, maintenance programs and disassembly procedures. The Building  Information Model 

(BIM) can be viewed as a database on a building. It  is also a tool that can be used to  look up when 

certain elements of a façade reach their expected end of life, but the user can also add information 

that on unexpected failures (which is beneficial for future users).  

 

2.1.2 Method: End of Life theory  

Limited  literature on  the EoL of  facades  is available.  Information was  therefore gathered  from  the 

industry  and  scientists.  In  this  report  the EoL  is divided  into  four phases  (phase 0, 1, 2  and 3).  It 

describes the phases from the planning on how to disassemble to the further treatment of materials.  

Focussing on the creation and the treatment of waste the energy used to complete certain steps are 

undistinguishable  due  to  the  now‐a‐days  rising  costs  of  oil  and  gas  and  the  awareness  of  the 

environmental  impact stimulated by  for example the production of CO2. The embodied energy will 

therefore be integrated in the explanation of the phases.  

 

Phase 0: EoL decision 

The façade often nears its end of service life when the owner decides to. At that moment in time the 

whole building is often considered for refurbishment. This is driven by technical failure and aesthetic 

values, economical and  legal  reasons  (Ebbert 2010). Prior  to  the decision  the owner will  likely  run 

economic  analyses. When  the  building  is  no  longer  economically  viable,  the  decision  is  taken  to 

invest in the EoL.  

The on‐site procedures for the EoL of a façade vary and depend on the building. Besides the shape of 

the  façade,  governmental  regulations  and  economical  reasons  drive  EoL  methods. Markets  and 

government  determine  the  costs  of  separated  or mixed  disposals.  Governmental  regulations  are 

implemented to encourage safety (e.g. removal of hazardous materials).  

 

Phase 1: Demolition or disassembly 

This  first phase  is  key  as  the demolition or disassembly path will either  result  in waste or proper 

material reuse respectively. This phase is divided into three alternatives: demolition, raw disassembly 

and disassembly. With different energy input levels the facade is taken from the main structure, the 

more accuracy the more energy is needed to perform. All alternatives aim to bring the product to a 

certain portable size for transport 

 

Demolition  

In this method the entire  façade  is demolished and all materials are considered waste.   Demolition 

was often applied in the past when recycling markets were less developed. 

  16

In Europe buildings above  the seventh  floor are generally diamond‐sawed  into manageable pieces 

and  lifted down with a crane. The  lower  levels, up  to and  including  the seventh  floor, are crushed 

between the claws of a hydraulic rock breaker and broken down into rubble (Boin 2004).  

 

Raw disassembly 

The  most  frequently  used  technique  today  is  raw  disassembly;  the  structure  is  separated  into 

material  groups  for  reuse,  recycling  and  down‐cycling.  This  method  leaves  sufficient  room  for 

optimization as large quantities of materials are still regarded as waste or being down‐cycled. 

Figure 4,  from  left  to  right, demolition of  the burned down architecture  faculty  in Delft with a wrecking ball 

(Sanoma Digital Group 2008). 122  Leadenhall  street  in  London halfway  a  raw disassembly process  (Rasmus 

Broennum architects 2009). Vodafone Hoghhaus also known as Mannesmann tower is properly disassembled. 

The exchange of the 1950s façade with new units, as seen above (RKW 2009). 

 

Different techniques can be applied during raw disassembly. Commonly used in Europe is the folding 

technique (Boin 2004): the walls of the building are then “folded” inwards, rather like the sides of a 

box, allowing recovery of facade materials.  

Alternatively, a  Japanese company  (Kajima) uses  the  ‘cut and  take down’ method.   The method  is 

efficient and  reduces pollution  from noise and dust.  It  is done by a bottom–top approach  starting 

with the ground  floor and a temporary construction  lowers the entire building until there  is a new 

ground floor level. 

 

Disassembly  

Disassembly with  care  is  not  commonly  applied.  Recently  constructed  facades with  high material 

reuse  values  and  with  assembly  knowledge  available  may  be  disassembled  with  care.  Unitised 

    

  17

facades  have  proven  examples  e.g.  Schüco mock‐up models  (Artzman  2010)  and  the  example  in 

figure 4.  

 

Phase 2: Transport, sorting and cleaning  

The second phase  includes transport and sorting and cleaning and  is one that  is often considered a 

step of minor  importance  in between two other phases. Disassembly with care shows that material 

conservation receives high priority. Similarly to the transport phase prior to assembly materials and 

elements are transported in pallets often protected to prevent damages on the way.  

A  commonly  applied  technique  is  to  sort  the different materials of  the  facade  in different on‐site 

placed  containers  according  to  the possibilities  in  the  third phase. An  agreement  is usually made 

between the responsible company  in phase 1 and the responsible company  in phase 3.  In case the 

materials/elements  are  reused  they  are  directly  brought  to  next  on‐site  location  or  they  are 

temporary  stored  before  transported  again.  Storages  have  to  cope  with  the  large  amount  of 

materials and, depending on the type, require special storage conditions. Glass  for example can be 

visually damaged when in contact with water for a long period. The financial consequences are often 

high and this discourages reuse. 

Transport has  an  impact on  the  life  cycle of  recyclable materials  especially now with  the high oil 

price. According to Lichtenberg (2005)  it can be a major factor  in actually creating a net  increase  in 

the environmental impact of recycling over using new materials. He mentions traffic problems in The 

Netherlands  (25% of all  traffic  is building  industry  related),  ‘heavy’ weight  transport  that damages 

the  roads and  the widely  spread  locations  for  further  treatment.  If one  could extend  the  life of a 

building, one could reduce the impact on the environment through decreased transport.  

Sorting  is  separation  from  a mixture of materials done manually or mechanically.  Figure  5  shows 

different separation techniques that are applied today. The applicable separation technique is driven 

by  the  characteristics of a material  in  the mixture.  If needed,  several  techniques will be used and 

prioritised based on efficiency. For example big elements and metals with a magnetic permeability 

are (easily) separated from the mixture first.  

In case the materials are firmly attached to each other, cutting and shredding techniques are applied 

for further separation processing. Cleaning also separates materials from each other by using other 

material(s).  

 

Separation on:    Separation techniques

Size  Manual Separate recoverable materials

Magnetic permeability  Screening Make a size separation

Colour  Jigs  Density separation, removing plastics from metals 

Physicochemical property  Magnets Remove ferrous metals from non‐magnetic materials

Electrical conductivity  Eddy current Recovery of non‐ferrous metals, aluminium 

Solubility  Electrostatic Remove conductors from non‐conductors, glass 

Figure 5, Separation criteria and techniques.  (Hendricks 1999)

  18

Phase 3: Waste or material management 

 

All  waste  management  is  based  on  the  three  ‘R’  concept:  'Reduce  –  Reuse  –  Recycle’.  It  is  a 

management approach  for all waste. There are more  sophisticated models  that calculate  the best 

results on ecological level, such as the `Ladder of Lansink´. In 1980 the Dutch government introduced 

this seven stepped hierarchy system. The ladder ranks the waste by impact to the environment: the 

first option is better than the second (it has less impact on the environment) and so on.  

Instead  of  only  using  the  term waste management,  in  this  report  a  deviation  is made  between 

material  and  waste  management.  Material  management  includes  treatments  maintaining  the 

material quality (Reuse – Recycling).  

Please find below a list of different waste and material management techniques: 

Reuse  

Reuse  is  to use an  item more  than once. This  includes conventional  reuse where  the  item  is used 

again for the same function and new life reuse where it is used for a new function.  

After disassembly has  taken place  reuse can be considered and may  require cleaning,  transport or 

other  services.  When  a  certain  material/component  has  a  longer  life  expectancy,  this 

material/component  has  still  a  value  for  a  second  user. More  can  be  earned  in  comparison with 

recycling and therefore automatically reuse is preferred, besides the additional advantages of saving 

time, money,  energy  and  resources.  But  unfortunately  if  the  quality  of  the material/component 

cannot be guaranteed for an entire second life or a buyer is simply not found reuse is not an option.  

 The reuse of the material can be either primary (in its original form) or secondary (in modified form). 

Primary reuse means that the item is reused for the original intended purpose and does not require 

any additional  reprocessing. Secondary  reuse  involves employing an  item again but  for a different 

purpose, and requires modifying it in a limited way.  

 Recycling  

Recycling should be the breaking down of the used item into raw materials which are then reused to 

make the similar items. Recycling can be done on different levels; this depends on the breaking down 

and remaking process. There are two methods for breaking down a material; melting or pulverising. 

Steel  for  example  can  be melted  and  brought  back  to  almost  its  original  state.  Recycling  can  be 

assessed by looking at how much material is returned to its original state after breaking it down.  

The term recycling  is used  in different ways. Many companies publish  their products as  if  they are 

made  of  or  are  able  to  be  recycled,  but  in  contrary  it  often  ends  up  in  the waste management 

process. This (growing) awareness of miscommunication  is rewarded as sustainable development  is 

encouraged  by  the  government.  An  example  is  the  funding  of  the  Dutch  government  for  using 

materials with less impact on the environment than a traditional version.  

 

 

  19

Down‐cycling  

Down cycling  is a  form of recycling and occurs  if the original product cannot be remade.  It  is often 

used  for products with a  lower physical and mechanical performance  compared with  the original. 

This process prevents the material from becoming waste, but opinions differ about its environmental 

impact because there is little chance for recycling and with another down‐cycling process it will end 

up  in  landfill.  In  this  thesis a difficulty  scale  is added  to  the down‐cycling process; a  low and high 

grade of down‐cycling 

Up‐cycling  is also part of  this class. The material  is upgraded  to a higher quality  level  in a new  life 

cycle. This is however never planned beforehand and not applicable to any façade elements. 

 

Incineration  

Incineration  is  the  combustion  of  organic  materials  and/or  substances.  Incineration  of  waste 

materials converts the waste  into  incinerator bottom ash,  flue gases, particulates, and heat, which 

can  in  turn be used  to  generate electric power. The  leftovers,  ash  and  gasses, will be dumped  in 

landfills or  further  treated  to eventually be disposed as steam with CO₂ gasses  in  the atmosphere. 

Incineration also  reduces  the volume of material  that will be disposed  in a  landfill and  is currently 

preferred above direct dumping in landfills. 

Incineration  can  be  viewed  as  the  lowest  recycle  stage,  because  it  generates  electric  power  as  a 

down‐cycle product. But it can also be simplified as getting rid of waste by burning. 

 

Landfill  

Land  filling  is  a  definite  last  step.  At  that  point  in  time,  nobody  wants  to  deal  with  the  waste 

leftovers. It is buried in landfills, or dumped in water and in case of gasses in the air, with the intent 

to be forgotten. This form of waste treatment has boundaries and especially in a country such as The 

Netherlands where space is limited, it motivates reuse and recycling. 

 

 

2.2 DfD applications  

Today, the disassembly process is relatively undervalued. It is expected that significant value can be 

gained by taking the disassembly process into consideration from an environmental angle during the 

design phase.  

2.2.1 DfD in product design  

Design  for Disassembly  (DfD) was  first applied  in product markets. Products are  less complex,  less 

enduring,  and more mobile  than  buildings,  and  so  there  are  far more  advancements  in  product 

  20

disassembly  technology.    DfD  is  driven  by  regulations,  for  example,  the  Extended  Producer 

Responsibility (EPR) Act of the European Parliament and Germany’s End‐of‐Life Vehicle Act  in 2002. 

The act forces manufacturers to take back from consumers their products after their service life. On a 

larger scale reuse or recycling can be stimulated. As manufacturers began taking their products back, 

they established a system by which they could reuse their raw materials in the manufacturing of new 

products. This closed loop system is dependent on disassembly, and therefore significant innovations 

have been made in product disassembly in the past decade.  

Lean  thinking  has  influence  on  the  design  process;  ‘this  approach  tries  to manage  and  improve 

construction processes with minimum cost and maximum value by considering customer needs’ (LCI 

2007).  Lean  is  now‐a‐days well  integrated  into  the  product  design  and  a  typical  outcome  is  the 

assembly‐line  invention  to  improve  the assembly process. DfD can adapt  to  this methodology and 

successfully integrate into industries like the façade. 

 

2.2.2 DfD in Architecture   

DfD in architecture  is not common, but  it may be expected that similar regulatory approaches soon 

be extended into the building  industry. This could require facade assemblers to take responsibilities 

of reuse, recycling or disposal of facades at the end of their service life. Participants  in this  industry 

should  take  these  changes  into  account and  integrate  the market by  setting  the  standards  rather 

than awaiting new regulations.  

Several  architectural  scientists  have  already  been  exploring  DfD  in  other  industries,  for  example 

according to Guy & Ciarimboli (2005) the definition of DfD for architecture is the following:  

 ‘DfD is a designing principle that allows future changes in buildings and its disassembly at the end of 

its service life. The process goes beyond developing the assemblies, components, and materials, as it 

also  covers  construction  techniques  and  information  and management  systems.  The  recovery  of 

materials is intended to maximize economic value and minimize environmental impacts’.  

Since humankind first began to build their impermanent structures DfD existed in the architecture. In 

parts of Japan permanent houses have been constructed allowing easy disassembly for the last 1300 

years, due to the frequent (20 years) reconstruction driven by the number of earthquakes. DfD is also 

essential to exhibition pavilions, entertainment structures and military facilities which are often used 

only  temporarily.  It  is a discussion whether  this  type of structures belong  to architecture, because 

designing for a short life span gives a typical outer appearance. Renzo Piano, has proven differently, 

designed the IBM travelling pavilion and was successful in giving the presence as a building it did not 

result in a mechanistic and repetitive structure. Temporary buildings have to be simple and therefore 

concentrate so much on their budget into solving pragmatic assembly and deployment problems that 

there is nothing left to make the architecture. (Kronenburg 2008) 

Other applications of DfD in architecture can be partly seen in for example the Seagram Building in 

New York City. The integration of pure materials such as metal, glass, stone and concrete increases 

the reuse and recycling capabilities. This technique but also the use of bolt connections is typical DfD 

principles, often applied in modern architecture (Guy & Ciarimboli 2005). 

  21

In the facade industry the level of integration of DfD is similar to architecture. Existing DfD strategies 

for  architecture  only  cover  the  whole  building  with  no  specific  attention  for  the  facade.  One 

remarkable  assembly  development must  be mentioned  considering DfD; Unitised  facade  systems 

have  modular  design  which  can  work  ideally  for  refurbishment  (figure  6).  Appendix  C  further 

discusses the comparison between on‐ and off‐site built facades in relation with DfD. 

Figure 6, Three DfD examples. Left: The temporary building of the faculty of architecture Delft after the main 

building burnt down (tudelft). Middle: Elegant joint of the travelling pavilion of IBM by Renzo Piano. Right: Ideal 

scenario  for  DfD  in  the  facade  industry  –  Façade  is  disassembled  on  the  same  way  it’s  assembled.  New 

upgraded  façade with  the  same outer  appearance on  top, old  façade  is disassembled with  the  same  crane 

(RKW 2009). 

In other industries regulations stimulate a proper DfD process , whereas in the building industry such 

regulations do not exist. Other factors can however also stimulate DfD  in the building  industry. The 

green  building  certification  system  (e.g.  LEED)  ‘provide  building  owners  and  operators  a  concise 

framework  for  identifying  and  implementing  practical  and  measurable  green  building  design, 

construction, operations and maintenance solutions. … to  improve energy savings, water efficiency, 

CO2 emissions reduction,  improved  indoor environmental quality, and stewardship of resources and 

sensitivity to their impacts’ (USGBC 2011). Beside the broad orientation on the industry and the not 

directly  applicable  solutions,  this not  legally obligatory design  tool  is only used  in projects with  a 

suitable financial plan. 

In short, the building industry has potential for improvement for Design for Disassembly to decrease 

its waste impact.  

 

2.3 DfD methodology  

2.3.1 DfD objectives   

When  applying  DfD  on  a  building,  one  should  always  design  in  line  with  an  end  of  service  life 

objective. The underlying goal is to decrease waste in volume. 

 

  22

Fletcher et al. (2000) tried to stimulate DfD in the building industry by translating DfD objectives from 

the ‘industrial ecology’5. He described four objectives; reuse, repair, reconditioning, and recycling of 

materials. Guequierre and Kristinsson (1999) have also identified a number of what they call ‘end‐of‐

life scenarios’. Unlike Fletcher and other  industrial ecology researchers, Guequierre and Kristinsson 

are not focussing on the design of new buildings or products, but on the analysis of existing buildings 

to determine the most appropriate scenario. This results in a model with four ‘end‐of‐life scenarios’: 

repair of products, recycling of materials, and two non‐reuse scenarios incineration and landfill.  

Some  of  these  objectives  or  scenarios  are more  environmentally  friendly  than  others.  Reuse  is 

preferable to repairing, which is in turn preferable to recycling. There is a hierarchy for the objective 

with  the  least processing  requirements,  the  least energy  input  and  the  least waste generation,  in 

short the least environmental burden.  

Crowther  (2005)  subdivides  the  building  in  different  levels  to  differentiate  between  different 

objectives:  

‐ Systems level:   Adaptable building which can change to suit changing requirement 

‐ Product level:   The  products  of  a  building  are  designed  to  allow  upgrading,  repair  and 

replacement 

‐ Material level:  When  a  product  is  broken  down  to  its  composite materials  these may  be  

recycled 

The following DfD objectives are derived from the different DfD objectives from Fletcher (2000) and 

Guequierre and Kristinsson (1999) by combining the above levels of Crowther (2005):   

1.  Adaptation:  Design  a  facade  to  allow  changes  during  its  entire  service  life.  By  upgrading  and 

repairing the façade the  lifespan  is extended and waste outcome  is reduced, but adaptation has  its 

limits  and  eventually  even  adaptable  facades  will  become  obsolete.  The  critical  factor  when 

designing  for adaptation  is  to consider  the  interface between  the elements of  the  façade  to allow 

easy removal of the shorter  lived elements without damage to the longer  lasting elements allowing 

components to be replaced in the facade during its useful life.  

2. Product Level Reuse: Design a  facade  to allow  for reuse as a whole product after  its service  life. 

Reusability is however a function of the age and durability of a material 

3. Material Level Reuse: Design a  facade  to allow  for  reuse of  its materials after  its service  life. To 

evaluate the value of reusing a material the technical life span of facade elements is key. The actual 

life span of an element depends on many different factors, such as  its original quality, the endured 

operational  strains,  and  the  applied  maintenance.  Using  good  conditioned  materials  would  be 

essential during manufacturing of facades.  

4. Recycling: Design  a  facade  to  allow  for  recycling  its  elements  after  its  service  life. Recyclability 

measures the capacity of a material to be used as a resource in the creation of new products of the 

same quality level. Recycling is naturally not as environment friendly as reuse or adaptation. 

 

                                                            5 Industrial ecology identifies many ways to reduce the environmental impact of a product or service, e.g. car industry. 

  23

2.3.2 DfD Strategies  

After the designer has determined a DfD objective, it is recommended to apply strategies to come to 

a  design.  Different  design  strategies  are  found  during  this  study  and  there  are  several  lists  of 

strategies published by scientist with an architectural orientation. These lists are quite similar to each 

other, but vary by means of objectives and in dimensions. Only one list from Crowther (2005) ranks 

strategies in importance based on the design objective. Crowther realised that some strategies are in 

conflict with each other. The need to minimise the number of different material types will not always 

be  compatible with  the need  to use  light weight materials.  In  such a  case  the benefits  from each 

design  objective may  need  to  be  compared.  The  designer will  get  a  better  focus  on  the  design 

objective by using this list during the design process, and thereby enlarge the chance for a successful 

disassembly. 

In figure 8 the  list of Crowther  is presented and  in the appendix A an explanation of the strategies 

can be found. Please note that these architectural design objectives are applicable to the facade; the 

objectives  recycling  matches  with  ‘material  recycling’,  ‘component  remanufacture’  to  reuse  on 

material  level,  reuse  on  product  level matches with  ‘component  reuse’  and  adaptation matches 

‘building relocation’. There are differences between the objectives, but the strategies strive  for the 

same. One example strategy will be explained: 

Nr. 4: Avoid secondary finishes to materials. A secondary finish such as coatings may contaminate the 

base material and make recycling difficult. So in case the finishing is preferred or even required, use 

materials that provide their own suitable finish or use mechanically separable finishes. Exceptions are 

some  protective  finishes  such  as  galvanising.  This  secondary  finishing  may  still  on  balance  be 

desirable  since  they  extend  the  service  life  of  the  component  despite  disassembly  or  recycling 

problems. 

 Figure 7, coating is added onto the glass by a liquid spray. This is a secondary finish on the glass surface and must be prevented (Hall 2008). 

  24

An interesting characteristic appears when studying the strategy list. Similarities can be seen with the 

‘lean construction’ theory (2.2.1). Allow for parallel disassembly (strategy nr. 20) is an example of a 

strategy with a product design origin. It can therefore be said that these strategies have more impact 

on a product design than an architecture design process.  

 

Figure 8, Strategy  list  for DfD made by Crowther  (2005). This  list distinguishes  itself  from other DfD  lists by ranking the strategies on the DfD objectives. By using this list during the design process, the designer can focus better on the objective, and thereby enlarge the chance for a successful disassembly. 

  25

2.4 Reference studies on DfD in facade design   

 

Three reference studies are presented showing different DfD cases. The WTC Amsterdam  façade  is 

proven to be able  to adapt  to new requirements,  the Office XX  is  recently built and  is designed to 

have a limited life span and the Empire State Building shows an efficient refurbishment technique. 

 

2.4.1 WTC Amsterdam  

A typical example of the refurbishment process is the WTC Amsterdam. It is constructed in 1985 and 

has  been  refurbished,  partly  demolished  and  extended with  two  new  towers  in  the  period  from 

1998‐2004.  This  was  driven  by  a  changing  urban  structure,  a  need  to  upgrade  the  thermal 

performance and a desire to increase the incoming daylight for internal comfort. 

 

WTC Amsterdam Refurbishment involved parties The owner ING RealEstate, Trimp & van Tartwijk Main contractor BAM Sub‐contractor Scheldebouw and C.A.deGrootSupplier unknown  Waste processor unknown 

Figure 9, WTC Amsterdam: parties involved in the refurbishment 

 

The main contractor  (BAM) was  requested  to organise  the partly demolition and  refurbishment of 

the old building and the new building construction. BAM inspected the old building and planned the 

processes  taking  regulations  into  account.  C.A.deGroot  demolished  a  small  part  of  the  main 

structure. Scheldebouw, the builder of the facade in 1985, was requested to upgrade parts of the old 

facade and to build the facade for the new towers.  

In 1985 the façade was panelised and mounted using a doke & terminal. During the refurbishment, 

terminal  strips were  removed  so  that  the  single glass panels  could be  replaced by green  coloured 

double pane units. The insulating sandwich panels were sawn of at the top to create a bigger area for 

daylight to come  inside. The elements were taken down during the refurbishment and collected by 

companies  who  recycled  or  further  treated  the  materials.  Materials  included  glass,  alumium,  

gaskets, elements of a sandwich panel, and other small parts like screws. Left overs on‐site and after 

further treatment were brought to final waste processors.  

  26

 

By giving the  initial  facade builder the assignment to refurbish the building the  facade was treated 

with care. With a minimal  treatment they upgraded  it to the new  requirements. The advantage of 

knowledge on the old facade system and its assembly method pays off.  

This facade is a good example of DfD with the objective of adaptation. The following are typical 

characteristics of adaptation for general application: 

‐ disassembly of the terminal strip through unscrewing  

 Figure 10, from left to right: assembly process of old facade in 1985. Internal view on façade (right): one of the refurbishment requirements was to enlarge the glass surface for more daylight.  

   New:   (The elements filled with grey)  

‐ Insulated glass unit, instead of single pane window. 

‐ Outer aluminium frame terminated to the structural inner part, replacement. 

‐ Aluminium cover cap, replacement. 

‐ Horizontal structural aluminium frame, replacement after removing top sandwich panel. 

‐ All EPDM gaskets, replacement. ‐ Cap covering mineral wool of the 

sandwich unit, after cutting the top part off.  

   Old:  

‐ Structural aluminium frame, vertical and partly horizontal. 

‐ Sandwich panel.  

Figure 11, vertical section of refurbished facade with new elements.  Critical point: connection of sandwich panel with load bearing facade structure. 

  27

‐ parallel disassembly of the aluminium cap and strip 

‐ the re‐filling of the insulated glass unit  

 

On  the other hand,  a  relatively difficult and  labour‐intensive disassembly method  like  sawing was 

applied on the  insulation panel. Apparently  this was the most energy and cost efficient method. A 

facade manufacturer does normally not have  access  to  the detailed  knowledge of  the old  facade 

components and its assembly method, and would not be capable of performing such an operation. 

 

2.4.2 Office XX ­ Delft  

Post Ter Avest architects  in Rotterdam planned to build an office with a  lifespan of only 20 years  in 

1999.  Instead of  focusing on waste  reduction  this building  is based on materials with an expected 

economical lifespan.  

The financier of this building (Wereldhaven N.V.) has several reasons to invest in this project. Besides 

the responsibility towards the environment, they noticed that most office buildings are refurbished 

after only 20 years because of the wishes of a new tenant. According to the financier refurbishment 

is very expensive and complex, as office buildings are rarely designed to be dismantled. In 1999 they 

also expected that costs for dumping waste would rise significantly in the future.  

Guequierre and Kristinsson  (1999) researched the economics on this project and concluded that  in 

1999 this was an economically viable decision. They used the BELCANTO tool (figure 13) to compare 

the different alternatives  from  an economic perspective. Does  it pay off  to build  an office and  to 

disassemble it after 20 years, rather than refurbish it? In this reference it did.  

For the purpose of DfD, Office XX is a unique example, as its end of life scenario was pre‐determined. 

Though this fixed position brings the constructors in a risk full position. The financiers gave initiative 

for this project but especially the constructors have to cope with the uncertainties. These companies 

are  less paid with  the  knowledge  that  they would  earn  the  rest  amount of money by  further  re‐

selling after 20 years.  

Figure 12, Office XX building in Delft. Picture taken in 1999.  

Client: Tales Group Location: Delft, Netherlands Architect: Jouke Post, Post Ter Avest architects  Completed: 1999  

 

Figure 13, BELCATO model: Building End of Life Analysis

 

 

2.4.3 Empire State Building   

A window refurbishment was completed in The Empire State Building in October 2010. The building's 

6,514 windows were refurbished through a new process that reused 96 percent of the existing glass 

and frames.  

 

Figure 14, Old (left) and new (middle) glass unit, and the Empire State Building, NYC (right). 

 

  29

Serious Materials  is  the  insulated  glass unit manufacturer  that was  responsible  for  the  successful 

execution  of  this  project.  Figure  14  shows what  the  difference  is  between  the  old  and  the  new 

situation.  

The contractor upgraded the u‐value to approximately 0,8 W/M2K by  integrating two cavities  filled 

with argon gas sealed by warm edge spacers. The pre‐float glass era panes are reused with care, but 

the pioneering process they applied to re‐manufacture the glass unit is remarkable. Serious Materials 

reused  the  existing materials  in  a  dedicated  processing  centre  located  within  the  building.  The 

hermetically sealed and clean room made  it possible to seamlessly retrofit thousands of glass units. 

The  replacement was performed overnight during  the course of seven months, without any major 

disturbance to tenants. 

 

2.4.4 Conclusion  

A  short  summary  of  the  valuable  points  according  to  the  thesis  goal  are  presented  here  in  this 

paragraph. 

WTC Amsterdam,  the disassembly procedure  is  applied with  full  confidence by  Scheldebouw. The 

upgrade  of  its  own  facade  was  easy,  quick  and  efficient.  This  shows  the  value  of  having  full 

knowledge of the old facade when disassembling  it, but  it also shows that this type of facade has a 

certain value of adaptation.  

Office XX, although it’s not sure whether the building will be disassembled in 2019, it’s great example 

how  to  design  taking  the  EoL  into  account.  The  finance  is  always  a  challenging  aspect  for  the 

technical aspects of the building. In this reference it showed that buildings with a limited lifespan are 

economical achievable and that refurbishments must be stimulated for economical reasons. 

Empire  State  Building,  this  reference  study  shows  a  great  leap  in  energy  efficient  façade 

manufacturing and the possibilities for proper reuse to reduce a great amount of waste.  

   

  30

3 Focus element DfD  

This chapter covers the process of selecting an element applicable for redesign. This is realised by 

selecting a façade and by analysing it through a life expectancy test and the EoL test. The element 

must meet certain criteria and will be redesigned for DfD purposes in Chapter 4.   

 

3.1 Facade selection  

3.1.1 Boundary conditions  

The  thesis  objective  is  to  redesign  a  commercial  facade  to  decrease waste.  In  this  paragraph  an 

actual commercial façade is selected. 

The façade selection is driven by a number of boundary conditions. They are listed in a random order 

below: 

1. Location facade: The location of the façade determines which building regulations apply. 

Just  like  the  building  regulations,  safety  and  environmental  regulations  also  vary 

significantly from location to location. Building a façade. It was decided to select a façade 

in  the UK, Germany or The Netherlands as  these countries have similar and developed 

building,  environment  and  safety  standards.  Additionally,  both  TUDelft  and  Arup  are 

active in these regions. 

2. Refurbished façade: It was decided to select a façade that has already been refurbished 

at  least once. This has  the benefit  that any problems  that occurred  in  the past can be 

addressed in a redesign.  

3. Standard  façade:  It  was  decided  to  select  a  standard  façade.  This  would  allow  the 

outcome of this thesis to be universally applicable. 

4. Arup built façade: With the objective of being able to apply the outcome of this thesis to 

future Arup projects,  it was decided  to  select an Arup built  façade. As a  result of  this 

boundary condition  the selected  façade will be an on‐site built  system. All  refurbished 

facade projects  in  the Arup project portfolio are executed on‐site  rather  than off‐site. 

(Please see appendix D for some background on off‐site and on‐site built facades).  

 

3.1.2 Selected façade:  Galeria Kaufhof   

In  2006  Arup  Berlin  consulted  RKW  architects  on  the  refurbishment  assignment  for  the  Galeria 

Kaufhof in Frankfurt am Main. The façade was selected as it met the boundary conditions.  

The shopping centre was built in the 1950s and the façade was refurbished in 2008. Figure 15 shows 

the old façade and the refurbished façade. 

   

 

Figure 16 shows a horizontal section of the Galeria Kaufhof façade. It shows the elements that were 

added during  the  refurbishment.  In paragraph 3.4 an element of  this  façade will be  selected. This 

element  is  redesigned  for  DfD.  A  drawing  showing  the materials more  in  detail  can  be  found  in 

appendix B. 

 

   Figure 16, horizontal section Galeria Kaufhof façade. The red lines point out elements added in 2008, stone wall is part of the original part of the façade. Schale 1:10, see appendix B for more 1:10 drawings 

 

    

Figure 15, old façade (left) and new façade built in 2008. 

3.2 Façade Life Expectancy study results  

The Life Expectancy  (LE)  study  shows which materials are  the weakest  link  in a structure, but also 

which further damage it can cause to other materials. Like Brand would say: ‘it’s tearing itself apart’ , 

so it’s important to prevent unnecessary waste production if its predictable. The theory is explained 

in  paragraph  2.3.1.  The  study  results  specifically  for  the Galeria  Kaufhof  façade  are  presented  in 

figure 17 and 18. 

 

Figure 17, Galeria Kaufhof Façade Life expectancy study results. Source: IEMB list (2008).  

 

 

Figure 18, Galeria Kaufhof Façade LE study results visualized on a horizontal section of the façade.  Scale 1:10 

  33

 

Critical point 1: Glue on impermeable foil. The foils are responsible for a part of the air tightness of 

the facade, but after a period of 10‐20 years the glue between the foils fails and air can pass through. 

Due  to  this,  the  thermal  level of  the entire  facade drops and  in extreme cases  it can  cause water 

leakages. Replacement of the glue is not an easy operation. This critical point is deemed to be most 

important.  

Critical point 2: Primary sealing. The function of the primary sealing is to keep the cavity of the IGU 

airtight. Compared with other sealing types the butyl variant performs on a high air tightness  level, 

but  shows many physical weaknesses.  It has a  lack of elastic performance during heat expansions 

within  the unit  and  it  is  vulnerable  for UV‐radiation.  The  consequences  are  that  the  thermal  and 

visual  performance  of  the  whole  unit  decreases;  this  will  be  explained  in  the  following  four 

arguments. 

‐ Instead of 90% argon gas  in the cavity, after 20 years  it contains 75% and the  loss per year 

will  only  increase  (Hall  2008).  Result: more  heat  loss.  In  appendix D  two  calculations  are 

shown of the two argon gas filled cavities  (90% and 75%). The heat  loss  increased with 0.7 

W/m2K. 

‐ Moisture from incoming air condensates on the glass surface. Result: more heat loss  

λ humid =  λ dry *(1+1/3√v), v: volume (Verhoeven 1984). This would mean that when a dry 

air  in  a  cavity  of  (0.012x1x1)  0.012  cubical meters  with  a  λ  of  0.017 W/m2K  would  be 

replaced by humid air with a λ of 0.019 W/m2K. As soon a water is created in the cavity the 

conduction is multiplied by 25 (λ=0.5 W/m2K) 

‐ Water  causes  the  low‐e  coating  to  erode.  Instead  of  a  40‐50  years  LE,  this  can  become 

shorter. Result: more heat loss. Difference in u‐value between an IGU with low‐e and without 

is: 1.2 resp. 2.7 W/m2K 

‐ The water  in  the  unit  enables mould  and  permanent water  stains  (figure  3).  Result:  less 

transparent. 

Critical point 3: EPDM gasket. The gasket keeps the facade air‐ and watertight, and loses the ability to 

perform after 20 years. This quality  loss  is  limited by the constant pressure of the aluminium frame 

on the glass and a second gasket at the inner side of the IGU. 

These Life Expectancy results will used in determining which element is will be redesigned. 

 

3.3 Facade EoL study results   

In this paragraph the current Galeria Kaufhof  facade  is tested through an EoL study.  Information  is 

gained  from  the  WTC  reference  study,  companies  involved,  a  study  from  Artzmann  and 

conversations with Assistant  Professor Veer.  It  is  assumed  that  the most  common  EoL method  is 

applied. This means that the following phases are reviewed: 

EoL phase 0:  ‐ assume decision taken to apply raw disassembly 

EoL phase 1:  ‐ assume raw disassembly process    

EoL phase 2:  ‐ assume complete round of cleaning and separation 

  34

EoL phase 3:  ‐ assume material and waste treatment 

The objective is to select an element of the Galeria Kaufhof façade with significant DfD improvement 

potential.  

The EoL scenarios frameworkis specially developed for the purpose of this thesis. The main goal is to 

create an overview of the EoL and directly stimulate discussion on this field of work. The basics of the 

tool are presented  in Figure 19 and  it provides an overview of  the  raw‐disassembly process of  the 

Galeria Kaufhof facade. The shape depends on the separation methodology. The framework should 

be read starting from the grey core to the outer  layers. The core  is the starting point (EoL phase 0) 

and each layer around it represents the outcome of an EoL phase. The outcome of EoL phase 1 (the 

outcome of the raw‐disassembly process) is divided over 5 categories for example.  

Figure 20 shows the EoL study results  for  the Galeria Kaufhof  façade. Only the EoL path of glass  is 

highlighted in this figure.  

EoL phase 0: glass is still on the building 

EoL phase 1: the glass group is one of the five separated from the facade. 

EoL phase 2: The glass group is further treated and more materials are separarted out ofthe 

group, but not all. 

EoL phase 3: Glass is down‐cycled 

All results will be discussed on page 37. 

  

 

 

 

 

 .  

           

Figure 19, principle of the EoL scenario framework. It’s divided into the 3 EoL phases.   

   

Figure 20, EoL study results of the Galeria Kaufhof façade. Orange coloured EoL path of glass starts off with a raw‐disassembly process creating a glass unit. EoL phase 2 stands for separation into the materials presented. Eol Phase 3 stands for glass which is down‐cycled.  

  36

3.3.1 Façade EoL product: Frame (aluminium)  

Aluminium  is often used as a building material. Its production process requires high primary energy 

demand between 145 ‐ 210 MJ/kg (steel production: 23 MJ/kg). Production contains a double stage 

process that includes extraction of aluminium oxide from bauxite and the reduction to aluminium.  

Specifically for the aluminium frame, the raw‐disassembly process for the Galeria Kaufhof façade  is 

expected to result in the following: 

EoL phase 0:  ‐ decision taken to apply raw disassembly 

 

EoL phase 1:  ‐ raw disassembly process, the  frame  is separated  from the  façade, 

aluminium cover cap will deform and the terminating strip is unscrewed.    

 

EoL phase 2:  ‐ transport, cleaning and separation, the frame is separated from the 

facade.  The  frame  is  transported  to  off‐site  location.  

Aluminium:   is  cut  into  small  pieces  to  separate  all  attached  gaskets.  Another 

separation process  through magnets  (to extract  ferrous metals)  and eddy‐currents 

(to extract aluminium) is applied. 

EPDM gaskets:  are  separated  from  the  aluminium  frame  and  further  treated  as 

waste. 

 

EoL phase 3:  ‐ waste  treatment,  aluminium  has  favourable  recycling  properties; 

process requires only 5 % of initial primary energy need for production of aluminium. 

Imperfections:  aluminium products  appear  in  different  alloys  and mixture  in  oven 

causes  impurities  (down‐cycling  of  product,  which  becomes  unusable  for  Galeria 

Kaufhof façade).  

 

The  critical  point  in  the  Galeria  Kaufhof  façade  raw  disassembly  with  regards  to  the 

aluminium frame is the fact that the aluminium is currently down‐cycled. 

 

3.3.2 Façade EoL product: Structure   A  steel  structure  beam  is  integrated  in  the  façade.  It  transfers  loads  to  the main  load  bearing 

structure of the building via stainless steel screws integrated in the aluminium frame. 

Specifically  for  the  steel  structure,  the  raw‐disassembly  process  for  the Galeria  Kaufhof  façade  is 

expected to result in the following: 

EoL phase 0:  ‐ decision taken to apply raw disassembly 

 

EoL phase 1:  ‐  raw  disassembly  process,  the  structure  is  separated  from  the 

façade 

 

  37

EoL phase 2:  ‐ transport, cleaning and separation, steel is easily separated with 

magnets. A disadvantage of the steel beams is their dimensions and weight, which 

limits the transportation possibilities.  

EoL phase 3:  ‐ material  treatment,  Iron  and  steel  are  the world´s most  recycled 

materials. Their magnetically separation from the waste stream makes them some of 

the most easily  reprocessed materials.  If  the different steel qualities are separated 

and delivered homogeneously, any grade of steel can be recycled to top quality new 

metal, with no downgrading from prime to lower quality material as steel is recycled 

repeatedly. 

There is no critical point in the Galeria Kaufhof façade raw disassembly with regards to the steel 

structure. 

 

 

3.3.3 Façade EoL product: Insulated glass unit (IGU)  

A major component of modern façades  is the glazing. To  improve their thermal properties they are 

often integrated into an Insulated Glass Unit (IGU), which in the case of Galeria Kaufhof exists out of 

two glass panes with non‐conductive air trapped inside by a spacer sealed to the glass. 

 

Specifically  for  the  IGU,  the  raw‐disassembly process  for  the Galeria Kaufhof  façade  is expected  to 

result in the following: 

EoL phase 0:  ‐ decision taken to apply raw disassembly 

EoL phase 1:  ‐ raw disassembly process, IGU is separated from the facade by using 

the folding technique (breaking) or it is manually taken off with care. Manually taking 

it off  is most optimal  for the product recovery, but most  labour  intensive. Typically 

two grades of cullet are collected, mixed cullet and clear cullet. Clear cullet consists 

of  standard  float  glass  only, whereas mixed  cullet will  contain  a mixture  of  glass 

types  (e.g.  sealed units,  laminated glass,  tinted glass and printed glass). The  IGU  is 

collected in a mixed cullet container.  

EoL phase 2:  ‐ transport, cleaning and separation:  

Glass:  These separation techniques are applied (in detail see appendix C): 

i. glass products are shredded into small pieces  

ii. Magnet, eddy‐current, and strainer sorting techniques are applied to extract 

non‐glass materials: the small glass pieces are separated to a quality that can 

be used for container glass. Metals out of the mainstream are transported 

for further treatment and rest materials are sent for combustion or landfill.  

 

  38

Spacer: After separation brought away  for waste  treatment. To prevent  the spacer 

from being directly disposed as waste, some suppliers advertise that their spacer  is 

fully recyclable.  

 

Argon gas: During disassembly used  filling gasses escape out of the  IGU cavity  into 

the atmosphere. Argon gas  is used  in this IGU and  it safe to evaporate as  it  is not a 

greenhouse gas.  

 

EoL phase 3:  ‐ waste treatment, glass  is a material that can be melted repeatedly 

without an effect on its properties, but the mixed cullet must be separated perfectly 

and not be contaminated. Only a container glass manufacturer  is able to apply  the 

mentioned  separation  processes  (EoL  phase  2).  Today  collected  IGU  cullet  from 

building sites in Germany are not recycled but down‐cycled, as it cannot be cleaned 

sufficiently and many different types of mixed cullet are combined in one oven.  

It  is  important  to  know  that  in  the  current melting process of  float  and  container 

glass uses a minimum of 30% recycled glass. For the float glass process this sounds 

contrasting, because only a  limited amount of single glass  from  the building site  is 

recycled.  The majority  is  of  this  30%  has  never  reached  the  building  site,  and  is 

created after cutting the original jumbo pane (3.2 by 6 meters). 

 

The critical points in the Galeria Kaufhof façade raw disassembly with regards to the IGU are:  

1. Float glass is currently down‐cycled 

2. The separation process in EoL phase 2 is obstructed by the way the materials within the unit 

are connected with each other 

 

 

3.3.4 Façade EoL product: Cladding   

Specifically  for cladding, the raw‐disassembly process  for the Galeria Kaufhof façade  is expected to 

result in the following: 

EoL phase 0:  ‐  decision  taken  to  apply  raw  disassembly  or  in  case  of  reuse  a 

proper disassembly process 

EoL phase 1:  ‐ raw disassembly process, although concrete glass fibre cladding has 

a reuse value  (life expectancy > 2 x 20y),  it  is rarely reused. There  is no developed 

market  (no buyers)  in  reused claddings and no  temporary  storage. Compared with 

the other groups the cladding  is taken off with care when a next  life on a facade  is 

guaranteed.  

The not more than necessary energy to take down the cladding  is applied when  it’s 

treated as waste. 

EoL phase 2:  2 scenarios are described; reuse and landfill 

  39

‐Reuse:  transport,  cleaning  and  separation,  assuming  that  there  is  a  buyer  for 

cladding materials:   the cladding elements are disassembled and treated with care. 

Transport  is  done  on  pallets with  the  panels  stacked  on  top  of  each  other.  After 

cleaning and some small adjustments the cladding is transported to the buyer (to an 

on‐site assembly or to a storage site). 

The connectors are removed and the new owner will have to adapt to the previous 

applied techniques to prevent visual signs of its first life in the facade.  

‐  Landfill:    transport  and  separation  from  connectors,  directly  brought  to  landfill 

location. 

 

EoL phase 3:  ‐ material  and waste  treatment,  two possibilities: proper  reuse, or 

waste  treatment by directly dumping on  landfills. Down‐cycling of concrete  is now 

and then applied in road building, but with this quantity the logistics and the storage 

are a higher burden.  Incineration  is also not an option because of  the bad burning 

properties of concrete. 

 

 

 

The critical point in the Galeria Kaufhof façade raw disassembly with regards to cladding is that there 

is no buyer for the material and therefore the product belongs to waste treatment. 

 

 

3.3.5 Façade EoL product: The rest group   

All other materials that are part of the facade are treated here. Specifically for these materials, the 

raw‐disassembly process for the Galeria Kaufhof façade is expected to result in the following: 

EoL phase 0:  ‐ decision taken to apply raw disassembly 

 

EoL phase 1:  ‐  raw  disassembly  process,  all  leftovers,  mineral  wool  and  the 

attached films are directly separated into the waste mixture container on‐site. 

 

EoL phase 2:  ‐  transport  and  separation,  the  rest  products  are  sorted  and 

separated off‐site using magnets  and  eddy‐current  to  recover metals.  The  gaskets 

and mineral wool are combined with a main waste stream from many industries. 

 

EoL phase 3:  ‐ waste  treatment,  electricity  is  generated  through  incineration  of 

waste and  ashes are dumped on landfills.  

 

The critical point in the Galeria Kaufhof façade raw disassembly with regards to the rest group is the 

fact that materials are direct waste. Only combustion provides a  less environmental  impact for this 

group. 

  40

 

 

3.3.6 Façade EoL critical points summary   

The  EoL presentation  tool  shows  that  the  raw disassembly process of  the Galeria  Kaufhof  façade 

results in two material treatments (steel recycling and concrete fibreglass pane reuse) and three are 

waste  treatments  (Combustion/landfill,  aluminium  and  glass  down‐cycling).  The  main  waste 

producer  is the  rest group. No method  is currently applied to prevent any of these materials  from 

becoming directly treated by combustion.  

 

Figure 21, Galeria Kaufhof EoL study results overview in EoL presentation tool (arrows point at critical points)  

 

Critical point 1: Frame in EoL phase 3 results in down‐cycling of aluminium. Different types of alloys 

are combined in one oven and therefore a high quality alloy cannot be guaranteed. 

Critical point 2: IGU in EoL phase 2. In the IGU certain connections of different materials are difficult 

to separate or even inseparable. Example is given for both cases; 

  41

‐ The PVB‐foil will not be separated into small pieces with the standard machinery, a special 

saw exist for cutting glass with PVB‐foil into small pieces.  

‐ The low‐e coating is inseparable from glass in EoL phase 2 and is a minor contaminant in 

phase 3. It is only solved by diluting and chemically filtering6. 

Critical point 3: IGU in EoL phase 3. Glass is down‐cycled due to contamination (also due to other 

types of cullet).  

Critical point 4: Cladding in EoL phase 2. Reuse is possible but it rarely occurs due to a lack of buyers 

and no waste treatments for a less environmental impact exist for this material than landfill. 

 

 

3.4 Selected element: IGU  

 

3.4.1 Motivation for element selection  

It was decided to select the  IGU element for redesign with the objective recycling. This  is based on 

the results of the LE and EoL study results as presented in paragraph 3.2 and 3.3.  

 

There are several reasons to select the IGU:  

1. Several critical points were found on the IGU or linked to the IGU. They are mentioned below 

and presented in figure 21: 

i. LE  Critical  point:  the  primary  sealing  has  a  good  air  tightness  capacity,  but  is 

physically weak. This influences the quality of the whole unit.  

ii. EoL Critical point: PVB foil obstructs the separation process in EoL phase 2. 

iii. EoL Critical point: Low‐e coating contains higher melting point elements than glass. 

Only solved by diluting and chemically filtering.  

iv. EoL Critical point: secondary sealing obstructs the  limited separation process  in EoL 

phase 2 for float glass recycling.    

                                                            6 Chemical filtering happens during the melting process. The coating is in amount almost negligible, but can cause imperfection in new products. Especially types like heat resistant coatings are prevented by a chemical filtering process. By adding certain materials to which the coating attaches to, it will eventually float on the surface of the melted glass and can be separated.  

  42

 

Figure 22, EoL framework  of the IGU 

2. Out of all elements the  IGU  is expected to have the highest potential of  improvement for a 

redesign for DfD.  

3. When expressing the impact in weight, the waste of the IGU is ranked highest; 

IGU:        61% 

Rest group (mineral wool):  12% 

Aluminium frame:    10% 

Steel construction:    9% 

GFRC cladding:      6% 

Of the Galeria Kaufhof facade 91% is treated as waste and 67% of whole facade waste (140 

tons) can be reduced by redesigning the IGU.  

 

3.4.2 Background information on IGU  

The  IGU  is  a  combination of multiple materials  and  connected  in  the whole  facade  via  the  frame through gaskets.   

 Since the first IGU was introduced in the 80‐ties, many developments have been made in its design. 

New alternatives have been introduced since the Galeria Kaufhof IGU was designed and installed.  

It is important to understand what currently available techniques exist when starting on the redesign 

process. For  the purpose of creating  that understanding please  find below an overview of  the  IGU 

  43

development over time. It also shows EoL scenarios and the unit’s thermal performance level (figure 

on the next page(s)).  

  IGU development over time  Legend:  ‐ EoL scenario indication (right) ‐ Heat loss per unit in W/M2K   

 

 

 

             

Step 1: Single glass pane  This was simply a glass pane with little insulation. Heat loss: 5 W/m2K EoL scenario: reuse 

Step 2: The first IGU The first IGU was constructed by attaching two panes to each other. Both laminated glass panes are heated on their edge over their softening point and attached to each other.   Disadvantages: the same glass must be used because of different heating and bending behaviour – coated and  laminated glass cannot be used due  to  the high temperatures during production.  Heat loss: 3 W/m2K EoL scenario: recycling 

 

 

 

 

 

 

 

  44

Step 3: Glass‐metal‐combined   Both panes are welded together with a lead web.  Heat loss: 3 W/m2K EoL scenario: down‐cycling (high) 

Step 4:  Metal spacer Currently  the most common process. The spacer  is a hollow profile of steel or aluminium.  The profile  is  filled with drying means  to de‐moisten locked up air in the unit.  Heat loss: 3 W/m2K EoL scenario: down‐cycling (high) 

             

 

Step 5: Argon gas + sealings  The spacer  is now provided with a narrow butyl rope for  sealing  both  sides,  which  are  facing  the  glass panes. Butyl  does  not  have  a  strong  adhesive  force, but is effective against water steam. When both panes are pressed together with the butyl, the pane gabs are filled  with  a  gas  for  improvement  of  sound  and/or heat insulation. The most common filling gas is Argon, which has low heat conductivity.   In  the  last  step,  the  unit  is  provided with  a  second sealant  all  around  for  the  needed  tensile  strength between  the  panes.  The  most  common  sealant  is produced  on  basis  of  polysulfide,  polyurethane  or silicon.  Polysulfide  has  the  best  properties  regarding their  sealing  effect  and  ageing  properties.  The advantages  of  silicon  are  its  high  mechanical resistance  as  well  as  the  resistance  against  UV‐radiation.  Heat loss: 2.7 W/m2K EoL scenario: down‐cycling (high) 

Step 6: Low‐e coating (Galeria Kaufhof IGU)  Low‐e  coatings:  improves  the  thermal  insulation  by having  a  low  emissivity  to  outside  and  reflects  infra red light to inside.  There are three ways of  implementing the coating to the  IGU. Hard  coating,  soft  coating,  or  coating  on  a suspended film (not attached to the panes).   Heat loss: 1.2 W/m2K EoL scenario: down‐cycling  

            

  45

 

Step 7: Warm spacer  A different attempt forms the basis for joining with thermo‐plastic spacer. In this case, the metallic spacer is completely replaced by a two‐stage organic sealant system (warm edge technology). The inner sealing is made on a basis of butyl and represents the seal against gas loss and humidity. Added with this are drying means for absorption of humidity. The second, outer sealing, is a conventional insulating glass sealant.   Heat loss: 1 W/m2K EoL scenario: down‐cycling  

Step 8: Triple pane To improve the thermal insulation level a second cavity is introduced. The pane in between can also be replaced by a foil (reference study Empire State Building)  Heat loss: 0.8 W/m2K EoL scenario: down‐cycling  

  Step 9: Vacuum  The vacuum in between the panes is introduced to further reduce heat loss and sound. This has reduced the size of the cavity   Heat loss: 0.5 W/m2K EoL scenario: down‐cycling (low)      

Figure 23, Development of IGU over time. Figure is designed by writer of this thesis to combine the information from two sources: Hall (2008) and Brockmann (2002) 

 

It can be concluded  that over  time  the  IGU has become more complex. The additional  layers have 

gained  importance  by  decreasing  the  heat  loss  significantly  and  according  to  Veer  charge  the 

majority costs of  the  IGU  (float glass 5‐8% of entirety). As  the quality  increased over  time  the EoL 

scenario has become worse, but this can be seen a driver to improve the design with DfD. This will be 

done in chapter 4. 

 

   

  46

4 Redesign  

 

4.1 Redesign Plan  

In this paragraph the redesign plan  is discussed.  It was decided that a redesign of the  IGU  is to be 

made at a concept  level  leaving the final details to be designed by the manufacturer who creates a 

detailed executable design  

As a first step in the redesign process of the IGU, the DfD objective is determined. As a second step in 

the redesign process of the IGU, the DfD strategies are determined based on the selected objective in 

the first step.  

The  redesign  process  is  iterative, which  is why  validations  are  done  continuously  throughout  the 

process. When two final designs are created both alternatives are assessed compared to the existing 

IGU design. 

Over time multiple designs on the  IGU have been made and many designs have been produced.  It 

may be concluded that in the changes in time have decreased the heat loss of the element (which is 

positive), but it has also caused the EoL scenario to have a larger impact on the environment (which 

is negative). 

In the more or  less 30 years that the  IGU now exists  it developed to high performance unit. Before 

starting the redesign process  it  is wise to scan the current available techniques developed over the 

years. This motivated a distinction between Redesign A and B; 

Redesign A uses  available  techniques  and  creates  a  redesign by  combining  existing  concepts.  The 

main advantage  is that assembly techniques are currently available and that  it  is therefore directly 

applicable without further development.  

Redesign B represents an ‘out of the box’ concept. It is based on the DfD objective and its strategies, 

and on new IGU concepts. 

 

4.2 DfD Objective & Strategies  

4.2.1 DfD Objective As a first step in the redesign process of the IGU, the DfD objective is determined. Should the IGU be 

designed for disassembly with the objective to i) adapt the element to continue its service life, or ii) 

to  reuse  the  element  in  another  façade, or  iii)  to  reuse  the different materials  in  the  element  in 

different functions, or iv) to recycle the different materials in the element? 

Currently  the  IGU  is designed  for assembly  to perform. The different options according  to  the DfD 

objectives are discussed on the next page and a selection is motivated: 

  47

 

DfD with the objective to adapt the IGU to continue its service life: 

In practice,  for the  IGU this objective would require the element to be taken out of the aluminium 

frame. To bring the  IGU back to  its original state would require an off‐site procedure based on the 

currently available techniques. Certain old materials would need be replaced, before the element  is 

taken back to the location and reinstalled. 

The  reference  study  of  the  Empire  State  Building  is  an  example  of  DfD  with  the  objective  of 

adaptation.  The  old  IGU  (that  was  fitted  with  a  special  float  glass  type  and metal  spacer)  was 

relatively easy to separate. Also a special assembly setting was realised on‐site.  

Redesigning the IGU with the objective to adapt the IGU to continue its service life should focus on: 

‐ low energy usage by creating an on‐site (dis)assembly procedure 

‐Easy accessibility of the to be replaceable elements 

 

DfD with the objective to reuse the IGU as an element in a next service life: 

In order to be reused as an IGU in a next service life, this objective would require markets to accept 

standards for this element. Facade designers and architects currently do not work with standardised 

sizes for the IGU. Additionally, the life expectancy would need to be extended by the constructor as 

currently the life expectancy of the element as a whole is approximately 20 years. 

After 20 years the unit decreases in air tightness and air containing moisture enters the cavity, which 

rapidly decreases the thermal and technical quality of the unit. Therefore upgrading the IGU after its 

first  service  life with  the  intent of  reusing  it would  require  removing  all attached materials which 

makes the process similar to reuse on material level. 

 

Redesigning the  IGU with the objective to reuse the  IGU as an element  in a next service  life should 

therefore focus on: 

‐extending the lifespan so that a second life is possible; minimum of 40 years.  

‐integrating design steps for architects that stimulate the use of already existing units 

 

DfD with the objective to reuse the IGU materials in a next service life: 

If the materials of the IGU are reused in a next service life, the IGU would first be removed from the 

facade as a whole element and it would then be taken apart off‐site.  

Disadvantages on the current design would include the following: 

There is high risk of down grading the materials (a little scratch in the 13 mm outer edge has 

reduces the physical performance for a next service life on a façade (Veer 2011)). 

Glass is the only material with a long life expectancy capable for reuse. 

  48

The float glass panes are relatively cheap and therefore not financially interesting to have a 

labour intensive treatment for reuse. 

 

Redesigning the IGU with the objective to reuse the IGU’s materials in a next service life of a different 

IGU should therefore focus on removing the above disadvantages. 

 

DfD with the objective to recycle the IGU materials after the IGU’s service life: 

If the materials of the  IGU are recycled after the  IGU’s service  life, the  IGU would  first be removed 

from  the  façade as a whole element and  it would  then be  taken apart off‐site. There  is no  longer 

expected  lifespan of  the glass and  therefore  the  raw‐disassembly can be done  in  such way  that  it 

doesn’t obstruct the separation process in the EoL phase 2. The standard procedure applied by both 

types  of  glass manufactures  is  normally  starting  off with  breaking  the  cullet  into  small  pieces  to 

optimise treatment. The cullet for example has to able to enter the oven and have a certain size for 

the limited dimension of the opening.  

The main problem of this objective in the current design is that several materials are inseparable. For 

this reason, down‐cycling is often achieved rather than recycling.  

Redesigning the IGU with the objective to recycle the IGU materials after the IGU’s service life should 

therefore focus on avoiding down‐cycling.  

 

Selected DfD Objective 

To visualise and grade the differences in environmental impact, the waste and embodied energy are 

combined  in  the  figure above. The embodied energy  is added as a virtual weight onto  the existing 

 

Waste created

 in tons 

Total 

environmen

tal 

impact in tons 

On‐site 

disassembly 

tools 

Transport  

Off‐site 

disassembly 

tools 

Cleaning 

methods 

Melting process 

Down‐cycling (current design)  86  +   +   +   +   +   86 + 5 

Recycling glass unit materials  0  +  +  +  +   +   + 5

Reuse glass unit materials  0  +   +   +   +   0  + 4 

Reuse glass unit product  0  +   +   0  +    0  + 3 

Adaptation  0  +  0 0 +   0  + 2

Figure 24, Environmental impact for every DfD objective. Virtual waste is added to visualize and grade the impact. 

  49

waste weight. For every  ‘+’ 1  ton  in weight  is added.  In chapter 2  is explained  that calculating  the 

embodied energy  is difficult  task due  to many  relations with all  the ongoing processes  in  the EoL. 

Though in figure 24 a scheme is developed for this thesis to grade the environmental impact, and the 

first conclusion is that the objective Adaptation has a minimal impact of 2 tons.  

In theory DfD objectives can be combined to optimise the possibilities of the element after its service 

life. One could design the element for Adaptation and Reuse at the same time. It was decided for the 

purpose of this thesis, to work with only one objective during the redesign of the IGU.  

The  selected  objective  is  recycling.  The main  reason  for  this  is  that  there  is  high  potential  for 

decreasing the impact on the environment. This can be achieved when down‐cycling  is avoided and 

only recycling achieved. The adaptation objective also has potential, but  it requires an onsite  (dis)‐

assembly  technology which  goes  beyond  the  extent  of  this  thesis.  Additionally,  recycling may  be 

viewed as the lowest in hierarchy considering the environmental impact, but it has a very important 

position as the IGU designed for adaptation or reuse also needs to be recycled  (after several service 

lives). 

 

 

4.2.2 DfD Strategies   

As a second step in the redesign process of the IGU, the DfD strategies are determined based on the 

selected objective in the first step.  

The DfD  strategy  list of Crowther  is used  to  select  the  strategies. He  is  the only  scientist  that has 

created a list by ranking the strategies with different objectives. This also explains why his list is used 

here.  In 2.3.2 and  in appendix A one  can  find his  full  list of design  strategies. Crowther highlights 

seven  design  strategies  which  according  to  him  are  ‘highly  relevant’  when  designing  with  the 

objective to recycle materials after their service life. These are presented in Figure 25 

1. Use  recycling  and  recyclable materials to  allow  for  all  levels  of  the  recycling  hierarchy,  increased  use  of recycled materials will also encourage industry and government to develop new technologies for recycling, and to create larger support networks and markets for future recycling. 2. Minimise  the number of  types of materials this will simplify  the process of sorting during disassembly, and reduce transport to different recycling locations, and result in greater quantities of each material.  3. Avoid toxic and hazardous material this will reduce the potential for contaminating materials that are being sorted for recycling, and will reduce the potential for health risks that might otherwise discourage disassembly. 4. Avoid composite materials and make inseparable products from the same material In this way large amounts of one material will not be contaminated by a small amount of a foreign material that cannot be easily separated. 5. Avoid secondary finishes to materials such coatings may contaminate the base material and make recycling difficult,  where  possible  use materials  that  provide  their  own  suitable  finish  or  use mechanically  separable finishes. 6. Provide  standard  and permanent  identification of material  types many materials  such  as plastics  are not easily  identifiable and should be provided with a non‐removable and non‐contaminating  identification mark  to allow  for  future  sorting,  such  a mark  could  provide  information  on material  type,  place  and  time  or  origin, structural capacity, toxic  content, etc. 24. Use light weight materials and components this will make handling easier and quicker, making disassembly and reuse a more attractive option. This will also allow disassembly for regular maintenance and replacement of parts.  

  50

 

The following four strategies are found to be most important when redesigning the IGU with the 

objective of recycling its materials after the IGU’s service life. These strategies are used as a basis for 

the redesign of the IGU; number 1, 2, 4 and 5 

Note that the below strategies are not explicitly used:   

3. There  are  no  hazardous  materials  integrated  into  the  IGU,  neither  within  the  available 

techniques 

6. Identification on glass  is not needed considering the  limited amount of glass manufacturers 

in the  region  (7  in the world).    If  it will be  required  in  the  future  information can be easily 

added on the side or through a chip in the cavity 

24. Glass  forms  the majority of  the weight of  the  IGU, and  this material will not be  replaced. 

Replacement of the spacer with a lighter material has minor impact. 

 

   

Figure 25, Crowther’s seven highly relevant design strategies with the objective of recycling. Full list is found in 

the appendix A. 

  51

4.3 Redesign A  

Redesign A is created based on existing IGU concepts with the objective of improving it for recycling 

purposes.   The design strategies are used as a driver to upgrade the current  IGU design as used  in 

Galeria Kaufhof (as presented in paragraph 3.1). 

The available techniques that are combined to realise final redesign A are presented in figure 26.  

 

DfD Strategies  Available IGU techniques Concept

1.Use recycling and recyclable materials 

a. Glass spacer 

 

2.Minimise the number of types of materials  

b. The vacuum IGU 

 

4.Avoid composite materials   c. ’warm edge’ spacer 

 

5.Avoid secondary finishes  

d. 10mm pane  

 

e. foil in cavity 

 

Figure 26, Existing IGU concepts driven by different DfD strategies  

In the next step the different available techniques are compared with the IGU used in Galeria Kaufhof at three different levels: design properties, heat loss properties and through an EoL test. The results are presented in figure 27. 

The following conclusions can be drawn: 

1. All  presented  techniques  are  slightly  different  to  the  IGU  applied  in  Galeria  Kaufhof  as 

indicated in the second column in figure 27, except the aluminium spacer. 

2. The heat loss test shows that the vacuum IGU concept has a better heat loss value than the 

IGU  in Galeria Kaufhof  (0.5 vs. 1.2 W/M2K). The glass spacer concept has a heat  loss value 

which is worse than the IGU in Galeria Kaufhof (3.0 vs. 1.2 W/M2K). 

  52

3. The EoL test shows that only the vacuum IGU scores worse than the IGU in Galeria Kaufhof. 

The glass spacer concept scores better: it only requires a minimum treatment in EoL phase 2. 

The warm edge  spacer,  the 10mm pane and  the  foil  in  cavity  concepts  score better,  they 

simplify the process of maximum treatment in EoL phase 2. 

 

 

Available techniques  Δ current IGU Heat loss(W/M2K) 

Δ LE test  Δ EoL test 

a. Glass spacer 

Excl: 1st‐ & 2nd sealing,Aluminium spacer, and desiccant Add: glass spacer 

3.0  ‐  ++ 

b. The vacuum IGU 

Excl: 1st‐ & 2nd sealing,Aluminium spacer, and desiccant. Add: small glass spacers and metal foil 

0.5  +  ‐ 

c. ’warm edge’ spacer 

Excl: aluminium spacer and desiccant. Add: thermo‐plastic spacer 

1.0  0  + 

d. 10mm pane 

Excl: PVB‐foil and two 6 mm panes  Add: one 10 mm pane of toughened glass 

1.2  0  + 

e. foil in cavity Excl: low‐e coating on glass Add: foil creating 2 cavities with low‐e coating 

0.8  0  + 

Figure 27, Differences between existing IGU concepts and the Galeria Kaufhof IGU, incl a heat loss, LE and EoL test 

 

Final redesign A: 

By combining the techniques that improve the heat loss value and the EoL test results a final redesign 

A  is created. The warm edge spacer, 12 (2x6) mm pane and foil  in cavity concepts are combined  in 

final redesign A.   Eventually two of the five available techniques are used to create redesign A. For 

every eliminated technique a short description is presented: 

a. Including  the  glass  spacer would  exclude  the  integration  of  argon  gas  and  low‐e 

coating. Resulting in a unit with a lower thermal performance. 

b. The negative EoL test made it clear to not further see this technique as an option. 

d.   Due to regulations  in Germany this technique  is eliminated. The  integration of PVB 

foil  in the  IGU  is also known as safety glass,  it reduces the chance of harming a human 

when the unit breaks. 

 

   

  53

 

Figure 28 shows the concept of final redesign A and drawings can be found in appendix D. 

 

 

Figure 28, final redesign A 

 

The following conclusions can be drawn on final redesign A: 

Advantages:  Disadvantages:

No secondary finishes on glass 

No material with a higher melting point is integrated in the IGU 

Less heat loss (0.8 W/M2K)  

No toxic materials 

The secondary sealing obstructs the separation process. Maximum treatment can only be used on this IGU 

More expensive due to thicker inner pane  

No recyclable materials used except glass  

 

This final redesign A will be further assessed in paragraph 4.6. 

 

4.4 Redesign B  

 

Redesign B represents an ‘out of the box’ concept. It is based on the DfD objective and its strategies, 

and on new IGU concepts.  

The objective  is to  improve  its EoL  for recycling purposes.   Redesign B1  is created by adjusting the 

current  Galeria  Kaufhof  IGU  design  using  the  following  DfD  strategies:  use  recycling  materials, 

minimise  the number of  types of materials,  avoid  composite  and  inseparable materials  and  avoid 

secondary finishes. 

  54

Redesign B1  consists out of  two  clean glass panes with an  integrated element  in  the middle. This middle element  is  taking over  the  task of  spacer  creating  the  cavity  in  the  current design.  It’s  an airtight  element  with  trapped  argon  gas  inside  with  the  necessary  width  to  thermally  function optimal.  In  this  stage  it  is  seen  as  a  vulnerable  element weak  for outer  influences,  such  as  force impacts. Redesign B1 shows good results in the EoL test as it only requires a minimum treatment in phase 2. The  performance  of  Redesign  B1  is  less  than  the  Galeria  Kaufhof  IGU  and  so  is  the  assembly complexity. This  redesign  requires 3 or more steps  to  (dis)assemble  the unit  from  the  façade. The results are summarized in figure 29:  

Redesign B1  Concept  Δ current IGU  EoL test Assembly complexity 

Performance 

‐ Created based on DfD strategies ‐ Two clean panes, with an integrated (weak) element in the middle 

 

Excl: PVB foil coating on glass  +  ‐  ‐ 

Figure 29, Redesign B1: concept, differences with Galeria Kaufhof IGU, and test results 

Redesign B2 is a concept that aims to improve Redesign B1 on performance. By integrating the EPDM gasket  in  the  redesign  the physical performance will  come on  the  same  level  as  the  current  IGU. Redesign B2 shows good results in the EoL test as it only requires a minimum treatment in phase 2. The performance of Redesign B2  is better  than Redesign B1 and equal  to  the Galeria Kaufhof  IGU. The assembly complexity in this redesign still requires 3 or more steps to (dis)assemble the unit from the façade. This is what needs to be improved in a next step. The results are summarized in figure 30:  

 Redesign B3  is a concept that aims to  improve Redesign B2 on assembly complexity. By  integrating the EPDM the unit can be assembled as one on‐site. Redesign B3 shows good results in the EoL test as  it only  requires a minimum  treatment  in phase 2. The performance of Redesign B3  is equal  to Redesign B2  and  equal  to  the Galeria  Kaufhof  IGU.  The  assembly  complexity  in  this  redesign  has however improved. Redesign B3, due to the vacuum principle, requires 2 steps to (dis)‐assemble the unit from the façade. The results are summarized in figure 31:   

Redesign B2  Concept  Δ current IGU  EoL test Assembly complexity 

Performance 

‐ Redesign B1 + Performance Upgrade   ‐ EPDM gasket integrated creating a unit of 3 elements to optimise integration in facade 

 

Add:  EPDM gasket   +  ‐  = 

Figure 30, Redesign B2: concept, differences with Galeria Kaufhof IGU, and test results

  55

 

Redesign B3   Concept  Δ current IGU  EoL test Assembly complexity 

Performance 

‐ Redesign B2 + Assembly Upgrade  ‐ Additional to previous concept is a technique making the assembly as well as the disassembly process significantly easier 

 

Add: vacuum (dis)‐ assembly technique 

+  +  = 

Figure 31, Redesign B3: concept, differences with Galeria Kaufhof IGU, and test results 

 

 

Final redesign B3 (details): 

The main idea of this redesign is that the additional layers must be attached to the glass in such way 

that  they are easily  removable. Other options exist  such as glue  that dissolves  itself when held  in 

warm water or a foil that  is simply pulled off by hands.  In the research of this redesign process the 

vacuum  turns  out  to  be  best  fulfilling  an  easy  EoL  with  a  rapid  and  at  the  same  time  careful 

disassembly. 

Figure 32 shows the detailed concept of final Redesign B3 and drawings can be found in appendix D. 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Figure 32, the concept of final Redesign B3 Redesign B3  

   

  56

 

The following conclusions can be drawn on final redesign B: 

Advantages:  Disadvantages:

100% plain glass 

Glass protection layer integrated 

More integrated into the facade 

Easy disassembly process 

Damage to foil will also damage total unit 

Complex assembly process 

Application on a glass facade without aluminium frame is not possible 

 

 

 

 

4.5 Assessment  

The  current  Galeria  Kaufhof  IGU  design  is  compared  to  Redesigns  A  and  B3  by  means  of  an 

assessment. The main objective of  the Redesigns was  to design with  the objective of  recycling  to 

decrease the waste impact on the environment.  

 

The criteria by which a comparison is made are listed below (incl. results):  

 

1. Design strategies: With how many strategies is the designs created?  

Current:   0 

Redesign A:   2,    

Avoid secondary finishes: low‐e coating on foil instead of on glass 

Avoid  composite materials  and make  inseparable  products  from  the  same 

material: Thermal plastic spacer with desiccant. 

Redesign B3:   3,   

Avoid secondary finishes: low‐e coating on foil and no PVB foil 

Avoid  composite materials  and make  inseparable  products  from  the  same 

material: Thermal plastic spacer with desiccant. 

Minimise the number of types of materials: eliminated two sealings, PVB foil 

and aluminium spacer. Added are foils. 

2. Life Expectancy study results: which design has the highest life expectancy? 

Current:   20 years (at least), based on literature.  

Redesign A:   20 years (at least), based on literature. 

Redesign B3:   Less than 20 years, estimation is 10 years. There are two weak points in this 

design that causes it to fail before the average of 20 years;  

‐ the closure of the vacuum chamber.  

‐ the foils with a limited air tightness over time.  

 

  57

3. EoL study results:  in the EoL which design has the best disassembly scenario (with the  least 

waste creation and environmental impact)?  

 

The redesign must pass the EoL test (please see EoL theory in 2.1.2): 

 

i. EoL phase 0:  ‐ assume decision taken to recycle materials 

ii. EoL phase 1:  ‐ assume raw disassembly process    

iii. EoL phase 2*:  ‐ can the IGU be transported in a separate container?  

(no: combustion/ landfill) 

      ‐ is cullet clean after minimum treatment?   (yes: recycling) 

‐ is cullet clean after maximum treatment?   (no: down‐cycling) 

iv. EoL phase 3:  ‐ does mixed cullet melt below 1600 degrees Celsius?  

(no:  low grade of down‐cycling) 

 

* Float glass and  container glass  recycling are  two different  recycling methods. Float glass 

recycling brings back the IGU glass to the same quality  level and  is therefore preferred. The 

distinction  between  the  two methods  is  made  to  reward  float  glass  recycling  that  only 

requires a minimum treatment. 

 

 

Current:   down‐cycling, fail in EoL phase 2 and 3 (figure 22).  

86  tons  of  waste  will  be  created  at  the  EoL  and  5  virtual  tons  of 

environmental impact. 

 

Redesign A:   down‐cycling, fail in EoL phase 2. (figure 33) 

86  tons  of  waste  will  be  created  at  the  EoL  and  5  virtual  tons  of 

environmental impact.  

 

Redesign B3:   Recycling, due to the plain panes minimum treatment is needed. (figure 34) 

Only 5 virtual tons of environmental impact is added to the weight. 

 

   

  58

 

Figure 33, EoL framework of the redesign A of the IGU. This shape is different compared with the previous presented framework; the starting point is in EoL phase 1 and the separation process divides the unit into 4 groups.  

 

Figure 34, EoL framework of the redesign B of the IGU. This shape is different compared with the previous presented frameworks; the starting point is in EoL phase 1 and the separation process divides the unit into 3 groups. 

  59

 

 

4. Performance: which design can transfer the forces the best? And, which design has the least 

heat loss? 

Physical performance:  

Redesigns have  to be able  to bear all expected  forces and all  loads have  to be able  to be 

transferred to the aluminium frame, by: 

i. Precautionary measure in case the glass breaks 

ii. Sufficient dimensions of the glass panes  

iii. Frame attaches on a minimum of 13 mm from the outer edge on the glass surface 

Thermal performance:  

i. Heat loss in W/m2k 

 

Current:   Thermal: 1.2, Physical: fulfils all requirements 

Redesign A:   Thermal: 0.8, Physical: fulfils all requirements 

Redesign B3:   Thermal: 1.3‐1.5. By adding the EPDM with a higher conductivity than air, 0.2 

instead  of  0.017 W/m2K,  the  thermal performance  reduces  (see  for more 

information appendix F) 

Physical:  ii,  by  integrating  a  thicker  pane  (10mm)  of  toughened  glass 

surrounded by a foil it is designed to prevent glass falling down the building. 

This must be further developed and tested to give a 100% guarantee of this 

capability. 

 

5. Costs: which design  is the cheapest? Glass takes 5‐8% of the total unit costs and therefore 

additional materials and the assembly techniques indicate the total costs. 

The  redesigns  are  designed  to  be  assembled  using  currently  available  assembly  tools  and 

methods. There  is a distinction made between on‐site and off‐site assembly and the higher 

the complexity of the assembly process is, the more it will cost. The assembly complexity for 

each redesign will be presented.  

The  production  process  of  the  elements  of  the  IGU  is  not  taken  into  account,  and  for 

redesign A & B only the main difference will be explained.   

 

Current:   Off‐site 

Step 1 surrounding: special hermetic room with clean air and tools 

Step 2 pane edges: the edges of  the panes are cleaned  from  low‐e coating 

with a special polishing machine. 

Step 3 drying: with the sputter technique the surface of the panes are dried. 

It  is  fast compared with  the  standard/old procedure  (4 hours) which has a 

chance on damaging the coating. 

  60

Step  4  spacer  attachment:  with  primary  sealing  the  aluminium  spacer  is 

attached to the pane. 

Step 5 gas filling: argon gas is added to the airtight space between the panes. 

With a thin tube thought the primary sealing or a hole  in the spacer sealed 

after filling. 

Step  6  sealing:  final  (secondary)  sealing  creating  one  unit  by  structurally 

holding the panes together. 

 

On‐site:  

One element 

 

Redesign A:   Off‐site 

Main difference between the current design and the redesign A assembly  is 

the  integration  of  the  foil.  Step  4  has  a  complex  integration  method  of 

stretching  the  foil while  heating  and without  damaging  the  low‐e  coating. 

According to Veer this technique has cost efficiency  issues and hasn’t been 

able to solve them since its existence (15 years ago).  

 

On‐site:  

One element  

 

Redesign B3:   Off‐site 

Main difference between the current design and the redesign B assembly  is 

the vacuum technique by use of foils. This process skips step 2, but needs a 

special vacuum chamber to  fulfil step 4; where  the glass  is attached  to  the 

extended spacer by creating vacuum between the glass and the foils. There is 

an enormous amount of energy used to create vacuum  in the chamber and 

the dimensions of the unit are limited to the size of the chamber. 

 

On‐site: 

One element 

   

 

   

  61

 

Presented below in Figure 35 are the assessment findings: 

   

Figure 35, Assessment results in ‘+’ and in ‘‐‘ compared with the current design. 

 

Based  on  the  above  criteria  the  assessment  shows  that  Redesign  A  is  the  better  alternative 

considering the current techniques on performance. Redesign B must be further developed because 

of its positive EoL scenario potential.  

 

   

  62

5 Conclusions and Recommendations  

This  thesis  has  shown  the  application  of  DfD  on  an  element  of  a  commercial  façade,  with  the 

objective to decrease waste. Many choices had to be made during this thesis. This chapter gives an 

overview of the decisions taken and concludes whether the goal of the thesis  is met, the  learnings, 

what could be improved and recommendations for future studies. 

The selected façade for this research was the Galeria Kaufhof façade in Frankfurt am Main, because 

this  façade  fulfilled  all  boundary  conditions. Next  step was  to  focus  on  a  certain  element  of  this 

façade.  The  choice  was  between  the  structure,  cladding,  frame,  glass  unit  and  rest  group.  The 

decision was made by using  results of  the LE study of  the  façade,  to  find  the weakest  link, and by 

using the EoL study, to find the element with the highest potential to decrease waste. 

The life‐expectancy study showed that the primary sealing, between the glass and aluminium, keeps 

the glass unit airtight. The sealing is one of the weakest links ‐ it is vulnerable for UV‐radiation and 

has a limited elastic capability when heat expansion of glass occurs.  

The EoL results showed 2 critical points related to the IGU: the IGU is currently down‐cycled due to the  inseparable materials used within the  IGU, and due to the  integration  into the container glass 

recycling process. 

Also  the  float glass of  the  IGU accounted  for 61% of  total waste of  the  façade, which all  together 

concluded the IGU to be the selected element. 

The  following  step was  to  determine  the  DfD  objective  and  strategies  for  the  IGU.  The  choices 

between objectives were:  to design  for adaptation,  to  reuse or  to  recycling. Since adaptation and 

reuse of the IGU/glass are not so common and quite complex, recycling has the highest potential for 

decreasing waste.  

The most  important  strategies  for DfD of  the  IGU were  selected  from a  long  list. The 4  strategies 

chosen  are:  Use  recycling  materials,  minimise  the  number  of  materials,  avoid  composite  and 

inseparable  materials  and  avoid  secondary  finishes. With  these  strategies,  the  redesigns  of  the 

current IGU of the Galerie Kaufhof façade have been developed.  

Redesign  A  focused  on  existing  IGU  concepts  and  is  designed without  aluminium  spacer  and  the 

coating on glass, and has a better thermal performance than the current IGU. However, because the 

secondary sealing is still between the 2 plain glass panes and the PVB foil is still a secondary finish on 

the  glass,  it  is not  feasible  to have  it  recycled  as  float  glass. This  redesign will be down‐cycled  to 

container glass, which is similar to the current IGU down‐cycling, with less contamination due to the 

elimination of the low‐e coating. 

Redesign B is a more “out of the box” design with new concepts. It does not contain the aluminium 

spacer nor any secondary finishing and can thus be recycled as  float glass. The total waste  in kg of 

the facade will be reduced by 61%. The downside of this design is that its life ends potentially sooner 

than the current IGU. 

My overall  conclusion of  this  thesis  is  that  applying DfD on  a  commercial  façade  requires  specific 

focus  on  an  element,  and  needs  clear  objectives  before  entering  the  design  phase.  The  EoL 

  63

framework  is  essential  in  the  design  process  by  creating  good  discussion  circumstances.  This 

improved  the  IGU  redesigns of  the  current  IGU, one  through  thermal performance, and  the other 

through recycling. The total facade waste can be reduced with 61%, however material improvements 

are required for redesign B to meet the life expectance of 20 years. 

During  this  thesis  I  have  learned more  on DfD  in  façade  design  and  the  recycling of  glass, which 

should be taken into account for future research. 

Façade selection: 

The  façade  chosen was an on‐site  system. Currently on‐site built  facades are  common  for 

refurbishments, but the development in the past tells us that the off‐site system will increase 

in  number.  It’s  recommended  to  focus  on  the  off‐site  system when  integrating  DfD  into 

facade design, this will increase the accuracy of the disassembly process. 

Element selection: 

The rest group has high priority for EoL improvement. This is a waste producer and no near 

future  improvements are detected. Material specialists have  to  invent material  treatments 

for  this  group  or  designers  must  consider  the  usage  of  other  materials  with  recycling 

capacities. 

The  IGU with  its current  techniques has an optimal performance and glass  is  too cheap  to 

prevent waste.  Other factors will have to stimulate waste prevention such as regulations and 

limited energy consumption.  

 

DfD objective and strategies: 

The  DfD  objectives  adaptation  and  reuse  have  potential  for  further  research.  Especially 

adaptation must  get  future  attention. Within  the  IGU,  float  glass  has  not  developed  for 

decades,  the  additional  layers  in  the  past,  and  will  in  the  future  give  the  IGU  better 

performance  capabilities.  Further  research on  these  layers, must  secure easy  removal and 

assembly to achieve the DfD adaptation objective. In figure 37 is an example presented of a 

burglar resistant foil, easy assembly and fully transparent. 

A new glass type must be created to reduce waste. In general two glass types exist; container 

and  float  glass.  Float  glass  is  only  used  in  the  facade  industry  because  it  demands  high 

quality, but this can be reconsidered. There are parts in the facade where a less transparent 

glass can be used as shown in the figure on the next page. The new float glass is created by 

glass  collected  and  cleaned  by  the  container  glass  manufacturer  and  is  allowed  to  be 

contaminated.  This  is  not  an  all‐embracing  solution,  but  it  can  reduce  current  61%  glass 

waste weight. Some suggestions for further study: 

Find the percentage of potential recycled float glass usage in the facade industry. 

 

The  cooperation  between  the  two  glass  types  manufactures;  there  will  be  a 

separation  and  cleaning  process  at  the  container  glass  manufacture  and  the 

production process will be done with float glass machinery. 

 

Methodology to integrate this in the design process for architects 

  64

 

 

Figure 36, a sketch of the possible application of a new float glass type. On top the standard glass is positioned and at the bottom recycled glass is in such way placed that field of vision and the incoming light is not blocked. 

 

 

Recommendations for the redesigns: 

Recycling of  float glass out of  the  IGU  is  very  challenging and might be a more  long‐term 

objective; Plain glass is required for float glass recycling and additional  layers are needed to 

fulfil the high‐level performance. These layers have been indispensable for the IGU quality in 

the past and current, and this will be a challenge for future variants.  

It is recommended to further study possibilities to integrate plain glass. Further specific study 

within  other  industries  could  bring  valuable  solutions  to  replace  secondary  finishes.  The 

industry of nature brings an  interesting example of  the butterfly wing  (figure 37). This one 

material pane has a high physical performance and a certain level of transparency; could this 

be the next step in the IGU development? 

 

  65

 

 

Also, I would like to share some more general recommendations from my literature study: 

 

Assembly.  When  designing  for  disassembly  one  must  always  consider  the  assembly 

techniques,  how  should  the  facade  be  disassembled  without  considering  how  it’s  put 

together?  Further  study  should  focus  on  creating  an  overview  on  the  current  existing 

assembly techniques that suit the disassembly.  It has great value to be able to recommend 

the manufactures which assembly method  should be  reconsidered or promoted  for  future 

expected regulations stimulating DfD.  

 

Other  industries. The example of  the car  industry has proven  that other  industries have a 

higher  level of DfD  integration  in  their design process. The  façade  industry can  learn  from 

these industries. Several scientists have done research in this field of work, but never with a 

façade  focus  only. One  recommendation  is  to  create  a DfD  strategy  list  only  for  facades, 

second is the method of integrating DfD strategies in the design process.  

 

Information system. There are many ways of disassembling the many  types of  facades. To 

guide this process, a clear information system must be applied to inform the right execution 

method 20  years  after  assembly.  The decision  in  the WTC Amsterdam project  to  reassign 

 

Figure 37, left, assembly of transparent burglar resistant foil. It can be bought in a regular building material shop for amateurs (Gamma). On the right a butterfly presenting a possible future perspective on the IGU. With the transparency and physical properties similar to the butterfly wing a one material IGU is ideal for recycling. 

  66

Scheldebouw  encouraged  the  quality  of work,  and  an  efficient  solution  could  be  applied 

because  of  the  pre‐knowledge  on  the  facade.  A  potential  information  system  is  the  BIM 

(Building  Information Model)  explained  in  2.3.1.  It  should  be  integrated  into  the  facade 

design, but also the whole building industry to stimulate less waste by preventing mistakes. 

 

DfD to reduce energy consumption. The reference study of the Empire State building shows 

a high  level of energy efficiency  in  combination with  reuse of glass panes.  In  this  thesis a 

focus  is on  the waste  reduction, but  the worldwide energy  consumption  also has a major 

impact  on  the  environment.  Further  research  should  calculate  the  energy  reduction  DfD 

brings.  It will be difficult  to estimate  the energy  flow  in accuracy, because  the number of 

material lifecycles results in a contrasting outcome. For example, increase energy input in the 

disassembly phase will make the output decrease in later stages. 

   

  67

Table of Figures  

Figure 1, Average building lifespans (left) and  building layers lifespans (right) (Brand 1994, Crowther 

2001, Yeang 2008) ................................................................................................................................. 10 

Figure 2, Swiss roll waste management (Woon/Energie1991) ............................................................. 10 

Figure 3: Insulated glass unit failure of the building EnBW in Stuttgart Germany. Water has come 

inside this decreased the thermal and visual performance. (Ebbert 2010) .......................................... 14 

Figure 4, from left to right, demolition of the burned down architecture faculty in Delft with a 

wrecking ball (Sanoma Digital Group 2008). 122 Leadenhall street in London halfway a raw 

disassembly process (Rasmus Broennum architects 2009). Vodafone Hoghhaus also known as 

Mannesmann tower is properly disassembled. The exchange of the 1950s façade with new units, as 

seen above (RKW 2009). ....................................................................................................................... 16 

Figure 5, Separation criteria and techniques.  (Hendricks 1999) .......................................................... 17 

Figure 6, Three DfD examples. Left: The temporary building of the faculty of architecture Delft after 

the main building burnt down (tudelft). Middle: Elegant joint of the travelling pavilion of IBM by 

Renzo Piano. Right: Ideal scenario for DfD in the facade industry – Façade is disassembled on the 

same way it’s assembled. New upgraded façade with the same outer appearance on top, old façade 

is disassembled with the same crane (RKW 2009). ............................................................................... 21 

Figure 7, coating is added onto the glass by a liquid spray. This is a secondary finish on the glass 

surface and must be prevented (Hall 2008). ......................................................................................... 23 

Figure 8, Strategy list for DfD made by Crowther (2005). This list distinguishes itself from other DfD 

lists by ranking the strategies on the DfD objectives. By using this list during the design process, the 

designer can focus better on the objective, and thereby enlarge the chance for a successful 

disassembly. .......................................................................................................................................... 24 

Figure 9, WTC Amsterdam: parties involved in the refurbishment ...................................................... 25 

Figure 10, from left to right: assembly process of old facade in 1985. Internal view on façade (right): 

one of the refurbishment requirements was to enlarge the glass surface for more daylight. ............. 26 

Figure 11, vertical section of refurbished facade with new elements.  Critical point: connection of 

sandwich panel with load bearing facade structure. ............................................................................ 26 

Figure 12, Office XX building in Delft. Picture taken in 1999. ............................................................... 27 

Figure 13, BELCATO model: Building End of Life Analysis ..................................................................... 28 

Figure 14, Old (left) and new (middle) glass unit, and the Empire State Building, NYC (right). ............ 28 

Figure 16, horizontal section Galeria Kaufhof façade. The red lines point out elements added in 2008, 

stone wall is part of the original part of the façade. Schale 1:10, see appendix B for 1:5 drawings .... 31 

Figure 15, old façade (left) and new façade built in 2008. ((right) ........................................................ 31 

Figure 18, Galeria Kaufhof Façade Life expectancy study results. Source: IEMB list (2008). ................ 32 

Figure 17, Galeria Kaufhof Façade LE study results visualized on a horizontal section of the façade.  

Scale 1:10, see appendix B for 1:5 drawings ......................................................................................... 32 

Figure 19, principle of the EoL scenario framework. It’s divided into the 3 EoL phases....................... 34 

Figure 20, EoL study results of the Galeria Kaufhof façade. Orange coloured EoL path of glass starts 

off with a raw‐disassembly process creating a glass unit. EoL phase 2 stands for separation into the 

materials presented. Eol Phase 3 stands for glass which is down‐cycled. ............................................ 35 

Figure 21, Galeria Kaufhof EoL study results overview in EoL presentation tool (arrows point at critical 

points) .................................................................................................................................................... 40 

Figure 22, EoL framework  of the IGU ................................................................................................... 42 

  68

Figure 23, Development of IGU over time. Figure is designed by writer of this thesis to combine the 

information from two sources: Hall (2008) and Brockmann (2002) ..................................................... 45 

Figure 24, Environmental impact for every DfD objective. Virtual waste is added to visualize and 

grade the impact. .................................................................................................................................. 48 

Figure 25, Crowther’s seven highly relevant design strategies with the objective of recycling. Full list 

is found in the appendix A. .................................................................................................................... 50 

Figure 26, Existing IGU concepts driven by different DfD strategies .................................................... 51 

Figure 27, Differences between existing IGU concepts and the Galeria Kaufhof IGU, incl a heat loss, LE 

and EoL test ........................................................................................................................................... 52 

Figure 28, final redesign A ..................................................................................................................... 53 

Figure 29, Redesign B1: concept, differences with Galeria Kaufhof IGU, and test results ................... 54 

Figure 30, Redesign B2: concept, differences with Galeria Kaufhof IGU, and test results ................... 54 

Figure 31, Redesign B3: concept, differences with Galeria Kaufhof IGU, and test results ................... 55 

Figure 32, the concept of final Redesign B3 Redesign B3 ..................................................................... 55 

Figure 33, EoL framework of the redesign A of the IGU. This shape is different compared with the 

previous presented framework; the starting point is in EoL phase 1 and the separation process 

divides the unit into 4 groups. ............................................................................................................... 58 

Figure 34, EoL framework of the redesign B of the IGU. This shape is different compared with the 

previous presented frameworks; the starting point is in EoL phase 1 and the separation process 

divides the unit into 3 groups. ............................................................................................................... 58 

Figure 35, Assessment results in ‘+’ and in ‘‐‘ compared with the current design. .............................. 61 

Figure 36, a sketch of the possible application of a new float glass type. On top the standard glass is 

positioned and at the bottom recycled glass is in such way placed that field of vision and the 

incoming light is not blocked. ................................................................................................................ 64 

Figure 37, left, assembly of transparent burglar resistant foil. It can be bought in a regular building 

material shop for amateurs (Gamma). On the right a butterfly presenting a possible future 

perspective on the IGU. With the transparency and physical properties similar to the butterfly wing a 

one material IGU is ideal for recycling. ................................................................................................. 65 

Figure 38 technical notes on post and beam façade (Knaack 2008) ..................................................... 75 

Figure 39, Unitised comparison with the post&beam system (Knaack 2008) ...................................... 76 

Figure 40, trisco temperature flow outcome for current design (left) and the redesign B3. 

Temperature flow differences are especially seen in the area of the edge of the IGU. It must be said 

that the colors are misleading and focus must be on the starting point of the blue line. .................... 79 

   

  69

References:  

Artzman, D. (2010).Recycling of Facade System. Unpublished Master thesis, Hochschule 

Ostwestfalen‐Lippe, Bielefeld.  

Berge, B. (2009). The Ecology of Building Materials ‐ second ed. Oxford: Elsevier Architectural Press. 

Boin, U. (2004). Collection of aluminium from building in europe. European Aluminium Association & 

University of Technology Delft. http://greenbuilding.world‐

aluminium.org/uploads/media/1256563698Delft_Brochure_and_TU_Delft_Report.pdf 

Brand, S. (1994). How buildings learn, what happens after they’re built? New York, Viking Press.  

Brockmann, W. (2002). Refinement by joining. In: VDMA (eds). Verband Deutscher Maschinen‐ und 

Anlagenbau e.V. Messe Duesseldorf Gmbh, Duesseldorf. pp158‐174 

Crowther, P. (2005). Design for Disassembly – Themes and Principles. In RAIA/BDP Environment 

Design Guide, August 2005. 

Crowther, P. (2001).Developing an inclusive model for design for deconstruction. In CIB TG 39, 

destruction meeting, Wellington, New Zealand, 2001. 

Ebbert, T. (2010). Refurbishment strategies for technical improvement of office facades. Unpublished 

PhD thesis, University of Technology Delft, Delft.  

Fletcher, S. L., Popovic, O. & Plank, R. (2000) Designing for Future Reuse and Recycling. Proceeding of 

the Deconstruction ‐ Closing the Loop conference, BRE, Watford, UK. 18 May 2000. 

Guequierre, N. M. J. and Kristinsson, J. (1999).Product Features that Influence the End of a Building. 

In: Lacasse,M. A.,Vanier, D.J. (eds). Proceedings of the 8th Durability of Materials and Components 

Conference, May 30‐June 3, 1999. 8dbmc, Vancouver Canada. pp2021‐2032  

Guy, B. & Ciarimboli N. (2005). Design for Disassembly in the built environment. Inc. by the Hamer 

Center for Community Design, the Pennsylvania State University. 

http://www.lifecyclebuilding.org/files/DfDseattle.pdf 

Hall, K. (2008). Windows and glazings. In: Hall, K. (eds).The green building bible. Green Building Press, 

Llandysul. (4)1. pp217‐220 

Hegger, M., Fuchs, M., Stark, T. and Zeumer, M. (2008). Energy Manual. Basel Boston Berlin: 

Birkhäuser Verlag AG.  

Hendricks, Ch.F. (1999). De bouwcyclus. University of Technology Delft, Delft.  

IEBM (2008), Lebensdauer von Bauteilen und Bauteilschichten. IEBM: Institut für Erhaltung und 

Modernisierung von Bauwerken e.V. an der TU Berlin, Berlin. 4.2  

Kronenburg, R. (2008).  Portable architecture. Basel Boston Berlin: Birkhäuser Verlag AG 

LCI  (2007). What is Lean Construction? Lean Construction Institute, from website 

http://leanconstruction.org/ (08‐03‐2011) 

  70

Lichtenberg, J. (2005). Slimbouwen.Aeneas, Boxtel  

Papanek, Victor (1995). The Green Imperative: Natural Design for the Real World, New York, Thames 

and Hudson.  

SETAC. (1993). Guidelines for Life‐Cycle Assessment: A Code of Practice. Brussels, Belgium. 

Thormark 2000, Thormark, C.(2000). Including recycling potential in energy use into the life‐cycle of 

buildings, Building Research & Information, (28)3. pp176‐183 

United Nations. (1987). Report of the World Commission on Environment and Development. 96th 

plenary meeting 11 December: UN. 

USGBC (2010). Intro ‐ What LEED Is. U.S. Green Building Council Retrieved, from Website 

http://www.usgbc.org/DisplayPage.aspx?CMSPageID=1988 (01‐02‐2011). 

Verhoeven, A.C. (1984). Bouwfysica 1. Delft University Press, Delft 

Woon/Energie (1991) 

Yeang, K. (2008). ECODESIGN, a manual for Ecological Design. Washington, Island Press.  

   

  71

Appendix A: Crowther ‘s DfD strategy list in detail  

This DfD strategy list is created by Crowther (2005):  1. Use recycling and recyclable materials to allow for all levels of the recycling hierarchy, increased use of recycled materials will  also  encourage  industry  and  government  to  develop  new  technologies  for  recycling,  and  to  create  larger  support networks and markets for future recycling. 

2. Minimise  the  number  of  types  of materials  this will  simplify  the  process  of  sorting  during  disassembly,  and  reduce transport to different recycling locations, and result in greater quantities of each material.  3. Avoid  toxic and hazardous material  this will  reduce  the potential  for contaminating materials  that are being  sorted  for recycling, and will reduce the potential for health risks that might otherwise discourage disassembly. 4. Avoid  composite materials and make  inseparable products  from  the  same material  In  this way  large amounts of one material will not be contaminated by a small amount of a foreign material that cannot be easily separated. 5. Avoid secondary finishes to materials such coatings may contaminate the base material and make recycling difficult, where possible use materials  that provide  their own suitable  finish or use mechanically separable  finishes  (Note: some protective finishes  such as galvanising may  still on balance be desirable  since  they extend  the  service  life of  the  component despite disassembly or recycling problems). 6. Provide standard and permanent identification of material types many materials such as plastics are not easily identifiable and should be provided with a non‐removable and non‐contaminating identification mark to allow for future sorting, such a mark could provide information on material type, place and time or origin, structural capacity, toxic  content, etc. 7. Minimise the number of different types of components this will simplify the process of sorting and reduce the number of different  disassembly  procedures  to  be  undertaken,  it  will  also make  component  reuse more  attractive  due  to  greater numbers of fewer components. 8. Use mechanical rather than chemical connections this will allow the easy separation of components and materials without force, reduce contamination of materials, and reduce damage to components. 9. Use an open building system with interchangeable parts this will allow alterations in the building layout through relocation of component without significant modification. 10.  Use modular  design  and  coordination  use  components  and materials  that  are  compatible with  other  systems  both dimensionally and functionally. This type of modular co‐ordination, that today we in some part take for granted, not only has assembly advantages, but clearly also has disassembly advantages, such as standardisation of disassembly procedure and a broader market for reused components. 11.  Use  assembly  technologies  compatible  with  standard,  simple,  and  low‐tech  building  practice  and  common  tools specialist  technologies  will make  disassembly  difficult  to  perform  and  a  less  attractive  option,  particularly  for  the  user. Specialist technologies, materials, and systems that have limited application today may not be readily available in the future when a building is to be disassembled. 12. Separate the structure from the cladding,  internal walls, and services to allow for parallel disassembly such that some parts or systems of the building may be removed without affecting other parts. Most construction methods can be considered as being either a system of  load bearing walls, or a system of separate structural  frame and  in‐fill. The system of separate frame and in‐fill is by far the more compatible of the two with a range of disassembly requirements. 13. Provide access  to all parts of  the building and  to all components ease of access will allow ease of disassembly, allow access for disassembly from within the building if possible. 14.  Design  components  and materials  of  a  size  that  suits  the  intended means  of  handling  allow  for  various  handling operations during assembly, disassembly,  transport,  reprocessing, and  re‐assembly. The handling of building materials and components is an important consideration in any building, more so if the building is to be disassembled and components later re‐assembled. 15. Provide for handling the designed system’s components during assembly and disassembly handling may require points of  attachment  for  lifting  equipment  as well  as  temporary  supporting  and  locating  devices.  The  provision  of  a means  of handling components is not often considered in building design because the current approach within the building industry is that a component will only be handled once during the initial assembly. 16.  Provide  realistic  tolerances  to  allow  for maneuvering  during  disassembly  the  repeated  assembly  and  disassembly process may require greater tolerance than for the manufacture process or for a one‐off assembly process. 17. Minimise  number  of  fasteners  and  connectors to  allow  for  easy  and  quick  disassembly  and  so  that  the  disassembly procedure  is not  complex or difficult  to understand.  Such  a principle will  assist  in  the  repair of  the  component or  in  the rebuilding of  it,  though  it  is not so  relevant  for  the  reclaiming  (for  recycling) of  the material, which might be  recovered by simply breaking the component. 18. Minimise number of different types of fasteners and connectors to allow for a more standardised process of assembly and disassembly without the need for numerous different tools and operations.  19. Design construction  joints and connectors  to withstand  repeated use to minimise  irreparable damage or distortion of components  and  materials  during  repeated  assembly  and  disassembly  procedures,  to  allow  for  the  rigors  of  repeated assembly and disassembly. 20. Allow  for parallel disassembly  rather  than  sequential disassembly  so  that  components or materials  can be  removed without disrupting other components or   materials, where this  is not possible make the most reusable or  ‘valuable’ parts of 

  72

the building most accessible, to allow for maximum recovery of those components and materials that are most  likely to be reused. 21. Provide permanent identification for each component in a co‐ordinated way with material information and total building system information, ideally electronically readable to international standards. 22. Use a standard structural or coordinated component grid the grid dimension and orientation should be related  to the materials used such that structural spans are designed to make the most efficient use of material type and allow coordinated relocating of  components  such  as  cladding.  This will  also  result  in more  components of  same/standard  size,  and  the  grid responds to issues of material efficiency. 23. Use prefabricated subassemblies and a system of mass production to reduce site work and allow greater control over component quality and conformity. The prefabrication of these components reduces the amount of on‐site work required and thereby eases the process of assembly, and later disassembly, of the building. 24. Use light weight materials and components this will make handling easier and quicker, making disassembly and reuse a more attractive option. This will also allow disassembly for regular maintenance and replacement of parts. 25. Identify point of disassembly permanently so as not to be confused with other design features and to sustain knowledge on  the  component  systems  of  the  building.  As well  as  indicating  points  of  disassembly,  it may  be  necessary  to  indicate disassembly procedures as instructions. 26.  Provide  spare  parts  and  allow  for  their  storage  particularly  for  custom  designed  parts,  both  to  replace  broken  or damaged components and when  required  for minor alterations  to  the building design. Storage  for spare components  is an integral part of the building design. 27. Retain all information on the building construction systems and assembly and disassembly procedures efforts should be made  to  retain and update  information such as  ‘as built’ drawings  including all  reuse and  recycling potentials as an assets register. The  retention of  such complete  information about  the whole building enhances  its potential value  for  relocation, reuse, or recycling. 

 

   

  73

Appendix B: Galeria Kaufhof sections (1:10)  

  74

   

  75

Appendix C: On­ & Off­site built facades  

Current  facades  are mainly  designed with  the  objective  to  perform  and  to  allow  easy  assembly. 

Important with regard to DfD is whether a façade is assembled on‐site or off‐site (in a factory). Both 

facades  have  a  certain  assembly  procedure  on‐site,  but  the  on‐site  assembly  façade  requires 

significantly more work on site.  

In  the  commercial  facade  the materials  used  are  in  general  the  same:  aluminium,  glass  and/or 

different cladding materials, insulation and connectors. 

 

 On‐site built facades 

There are  three  types of on‐site built  facades. A distinction  is made between assembling a  sealed 

construction  (post&beam and breastwork  facades) or a  screen protecting  the building against  the 

rain (cladding).  

Impermeable  facades are sealed and only permit  the passage of water at  joints. This  is created by 

sealing joints with gaskets and finishing them by a strip. This seal is frequently built on buildings with 

a relatively small outer surface because of the amount of manpower needed.  

 

The cladding (rainscreen) shields the wall from rain. The joints between the panels may allow some 

water to penetrate but an air gap and airtight backing wall behind the panels limit this.  

 

Off‐site built facades 

The unitised system  is the only system that has a main focus on the off‐site phase of the assembly 

process.  It  is  pre‐assembled  under  controlled  factory  conditions  and  has  a minimum  floor  span 

height.  It  can  also  easily  be  mounted  on‐site.  The  reduced  number  of  on‐site  prepared  joints 

compared with on‐site built systems, generally leads to a reduction in air and water leakage resulting 

from poor installation. This system is increasing its share on the facade market with a more complex 

framing compared with the on‐site built system. As capital expenditures are high, this system is often 

only profitable on large outer surfaces, with repetition causing the costs to drop.  

On‐site built systems, technical notes:   

‐ Insufficient  space  is  allowed  for  expansion  and movement,  caused  by  thermal  change, deflection of slabs and building settlement 

‐ No  quality  check, mistakes  can  easily  be made due to a lot of on‐site assembly 

‐ Measurement  mistakes  in  other  building elements can be solved relatively easily  

Figure 38 technical notes on post and beam façade (Knaack 2008)

Unitised system comparison with post&beam system:   

‐ Better quality can be assured, the products are tested. (reduction in air and water leakage) 

‐ Thicker facade elements ‐ Less  tolerant    for  measurement  mistakes  in 

other building elements  ‐ Less  dependent  on  the  weather  conditions 

when assembled 

 

A short study on the ratio of on‐ versus off‐site built commercial facades resulted in concluding that 

it’s hard  to estimate  the  current  situation7. Extended  research  is needed  to  find  the difference  in 

facade surfaces. Though future estimations can be made based on costs and quality: 

‐ The on‐site built facade will always be too expensive for ‘big’ buildings and the off‐site built 

facade will have  to  cope with  a  lot of  technical difficulties before being  cost  effective  for 

‘small’ buildings.  

The quality  level of the off‐site system  is higher, because of the control  in the factory. This 

enlarges the chance of the facade to  last at  least 20 years and technical advancements can 

be introduced easier. 

 

 

                                                            7 Director of the Dutch knowledge centre on facades in email contact mentioned the following, Panhuijs: ’the unitised facade system is increasing in tghe amount of production in the Netherlands’. Two interviews within Arup Berlin: 50% – 50%, a rough estimation within the Arup’s projects.  

Figure 39, Unitised comparison with the post&beam system (Knaack 

  77

Appendix D: Drawings of all designs (2:1)    

  78

Appendix E: Calculation outcome  on different cavity contents  Two  calculations  are made  with  the  programme Windows  5  to  see  the  performance  difference between the cavity content of a 90% and 75% filled with Argon gas. Take into account that due to the complex calculation of the IGU manufacturer a difference is created between the in this thesis used simplified calculation programme. A 1.7 W/m2K higher than the 1.2 W/m2K mentioned in the report.  Calculation with 90% argon gas in between the glass panes:   1.37 W/m2K  

  Calculation with 75% argon gas in between the glass panes:  1.42 W/m2K  

  79

Appendix F: Assessment with Trisco outcome  

The calculation of the u‐value of the  IGU  is a complicated process,  IGU manufactures have applied 

multiple calculations to come to the current values.  In this appendix  it  is shown that without a  full 

calculation a decision can be made for the assessment; the comparison between the current design 

and redesign B3. 

When calculating the thermal performance of the IGU the conductivity of every integrated material is 

needed with its dimensions. The ‘u‐value’ mentioned in the assessment is showing the heat loss for 

every square meter, the u‐value’ of the following materials are presented: 

 

Glass:       5.7   W/m2K 

Aluminium:    200   W/m2K 

Thermal plastics:  0.2   W/m2K 

EPDM:      0.2   W/m2K 

Argon gas:    0.017   W/m2K 

Poly butyl sealing:  0.25   W/m2K 

Air:      0.05  W/m2K 

 

 

Figure 40, trisco temperature flow outcome for current design (left) and the redesign B3. Temperature flow differences are especially seen in the area of the edge of the IGU. It must be said that the colors are misleading and focus must be on the starting point of the blue line. 

  80

The additional EPDM material around the IGU causes the thermal value to drop. The material EPDM 

has  a higher  conduction  compared with  the  conductivity of  air.  This  is  also  seen  in  the  figure  40 

where it is clear that, redesign B3, the blue area starts more to the inner side of the section. With a λ 

of 0.2 on a surface of 0.032 square meters the EPDM causes a heat loss between 0.1 and 0.3 W/m2K. 

Estimation of the u‐value is between the 1.3‐1.5 W/m2K