Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Концепция устойчивого развития и архитектурное проектирование в засушливых зонах 10
1.1. Условия устойчивого развития.История вопроса 10
1.1.1. Архитектура и строительство в аспекте устойчивого развития 13
1.1.2. Международные процедуры, связанные со строительством 15
1.1.3. О стандарте LEEDUSGBC 16
1.1.4. Цели устойчивой архитектуры и варианты их достижения 20
1.2. Народная архитектура Алжира (X-XIX вв.) и устойчивое развитие 22
1.2.1. Архитектурные особенности исторической
городской застройки 22
1.2.2. Архитектурные особенности жилой застройки 23
1.2.3. Типология традиционного жилища 26
1.2.4. Влияние климата на формирование традиционной жилой застройки 34
1.3. История архитектурной урбанизации в Сахаре Алжира 35
1.3.1. Территориальное освоение алжирской Сахары 36
1.3.2. В поисках подходящего типа застройки для Сахары 39
1.3.3. Современное состояние застройки в городах 44
1.3.4. Новая городская конфигурация: национальная модель 48
Выводы по главе 1 54
ГЛАВА 2. Особенности архитектурного проектирования в условиях жаркого аридного климата 56
2.1. Жаркий аридный климат: характеристика. Понятие засушливых зон 56
2.2. Особенности архитектурной типологии жилища в засушливых зонах 59
2.2.1. Солнцезащитные устройства 61
2.2.2. Ограждающие конструкции 62
2.3. Обеспечение комфорта в энергоэффективных зданиях и сооружениях в условиях жаркого аридного климата 63
2.3.1. Современное строительство и архитектура в засушливом 2.3.2. Архитектурное проектирование на основе традиций 102
Выводы по главе 2 106
ГЛАВА 3. Преемственность в движении от архитектуры народной к устойчивой архитектуре (на примере оазисов Северной Сахары Алжира) 108
3.1. Особенности народной архитектуры Алжира в аспекте формирования
3.1.1. Экологический подход как залог устойчивого развития архитектуры в Алжире 108
3.1.2. Градостроительные и архитектурные особенности Северной Сахары 112
3.1.3. Экологические стандарты для проектирования 117
3.1.4. Требования к проектированию экозданий
3.2. Принципы формирования архитектуры в засушливых зонах в аспекте устойчивого развития 123
3.3. Рекомендации по биоклиматическому подходу к архитектурному проектированию жилища в Северной Сахаре Алжира 131
3.3.1. История развития биоклиматической энергоэффективной архитектуры 131
3.3.2. Основные факторы, влияющие на формообразование биоклиматических зданий 133
3.3.3. Архитектурные и технические системы биоклиматического жилища в засушливом климате 134
3.3.4. Архитектурно-планировочные и технические аспекты биоклиматического жилища в условиях жаркого засушливого климата 136
Выводы по главе 3 144
Заключение 147
Литература
- Влияние климата на формирование традиционной жилой застройки
- Обеспечение комфорта в энергоэффективных зданиях и сооружениях в условиях жаркого аридного климата
- Градостроительные и архитектурные особенности Северной Сахары
- Архитектурные и технические системы биоклиматического жилища в засушливом климате
Введение к работе
Актуальность исследования. Во все времена человек пытался извлекать пользу из климата и из естественной среды для того, чтобы строить комфортное жилище, экономя свою энергию. При этом сохранялись базовые принципы: внимание к особенностям места строительства, компактность объемов, применение естественных строительных и отделочных материалов.
В ответ на первый энергетический кризис 1970-х гг., соответствующий
«нефтяному шоку», появились «солнечные» дома, «пассивные» или
«активные». Согласно архитектурной концепции они были созданы, чтобы
получать, хранить и распределять естественную энергию. В связи
с климатическими проблемами 80-х гг. (дыры в озоновом слое, парниковый
эффект) солнечные дома стали биоклиматическими, интегрируя комфорт
жителей, экономию энергию и охрану окружающей среды. Это определялось
как особенностями архитектуры, так и применяемым техническим
оборудованием.
С 1980 г. стали параллельно развиваться две тенденции: low tech и high tech. Сторонники low tech, движимые желанием сохранить в своем образе жизни добровольную простоту, убеждены в неизбежности экономического спада в развитых странах. Они часто практикуют использование местных природных материалов и выступают за экономию ресурсов и развитие традиционных навыков. High tech, поддержанный развитием промышленности, в основном сосредоточен на энергетической оптимизации путем использования сложных материалов и сложных технических решений.
Со временем между ними обозначился третий путь, более прагматичный,
который в центр внимания ставит человека. Это «эко-ответственная»
архитектура, которая учитывает экономические и экологические проблемы,
утверждая социальную ответственность архитектора и градостроителя по
отношению к будущим поколениям. Разработчики таких архитектурных
объектов проявляют почтительное отношение к природе, имеют в виду
биоклиматические аспекты. Оптимизированные градостроительные,
архитектурные, конструктивные и инженерные решения принимаются на основе комплексного анализа.
Концепция устойчивого развития появилась в результате объединения трех
основных аспектов проектирования: социального, экономического,
экологического. Согласование этих различных точек зрения и их перевод на язык конкретных мероприятий, являющихся средствами достижения устойчивого развития, – задача огромной сложности, поскольку все три элемента устойчивого развития должны рассматриваться сбалансированно.
Диссертация посвящена исследованию способов достижения устойчивого развития в архитектуре засушливых зон на примере оазисов Северной Сахары Алжира. В диссертации рассматриваются градостроительные, объемно-планировочные и функциональные решения зданий.
Последнее десятилетие территория Северной Сахары Алжира динамично
развивается, что сказывается, прежде всего, на количестве возводимого жилья и
общественных зданий, характере и качестве городской застройки со
специфическими (национальными и климатическими) особенностями.
В настоящее время в Алжире применяются архитектурно-планировочные
и градостроительные решения, разработанные на основе опыта европейских
стран. Поэтому говорить о соблюдении местных исторических традиций,
а также об адаптации к местным климатическим условиям очень сложно. Но
нельзя не учитывать особенности проектирования и строительства зданий в
соответствии с богатейшей тысячелетней культурой и архитектурой Алжира,
его жарким сухим климатом, ландшафтом, требованиями религии.
Действующих в стране нормативных документов и рекомендаций по
изменению сложившейся архитектурно-планировочной системы явно
недостаточно. В результате все чаще фиксируются: разрушение
градостроительной структуры исторических городов; несоответствие жилища климатическим условиям, снижение уровня комфорта жилища; возникновение противоречий с образом жизни населения, его культурными и религиозными традициями; снижение социально-экономической эффективности застройки. Таким образом, изучение современного опыта проектирования и строительства жилья, использование комплексного подхода при анализе условий его формирования являются крайне актуальными в данном регионе.
Все это определило актуальность настоящего исследования.
Теоретическая база исследования. Вопрос взаимодействия
антропогенного пространства с природным достаточно широко изучен на сегодняшний момент в разных отраслях знаний.
Теоретической базой исследования в части описания первых принципов формирования жилых зданий согласно природным факторам места послужили трактат Витрувия и работы Леона Батисты Альберти и Андреа Палладио.
Вопросы теории и истории архитектуры, связанные с ее взаимодействием с природой, освещены в работах теоретиков и выдающихся мастеров архитектуры А. Аалто, А. Алмусаеда, Э. Говарда, Г. Грино, П. Грубера, М. Джоакима. Ле Корбюзье, К. Курокавы, Г. Линна, Л. Салливена, Ф. Отто, В. Нахтигаля, П. Портогези, Ф.-Л. Райта, М. Соркина, Ф. Стедмана, Х. Фатхи,
История развития жилища была рассмотрена на базе теоретических трудов Фредерика Шерки, Франсуазы Жадул, Сф. Биссон Ж., Г. Д. Коуэн, Сильвена Морето, М. Эванс, М. Бегон, С. Р. Таунсенд, Дж. Л. Харпер, О. Шуази.
Применительно к изучению биоклиматических факторов в теоретическую базу исследования вошли труды Дж. Аронина, Арманда Дутрейкса, В. Олджиай, П. Р. Сабади, Живони, Барух, М. Бауэра, Доминика Гаузин-Мюллера, Жана Хецела, Б. Данстера, С. Ратти, Д. Райдан и К. Стеемерс, К. Янга, Джона Мартина Эвана.
Влиянию климата на формирование архитектуры жилых зданий уделено внимание в исследованиях Абдулла Заида, А. В. Крашенинникова, Д. Лесбета, Дж. Мари, Б. Нуибата, Ф. Фардехеба, Н. И. Щепеткова.
Энергоэффективности и экологичности зданий посвящены
диссертационные работы Л. Ю. Анисимовой, Е. В. Денисенко, В. И. Иовлева, Д. А. Куликова, П. В. Пипунырова, Джавахериан Мехрдад; пассивным методам энергосбережения и альтернативным энергосистемам – работы следующих авторов: Бассам Мужаллед, В. С. Беляева, Ханс Росэнлунд, Кристиан Считтих, Абдин Мустафа Омер, Р. Н. Яковлева. Особое внимание экологии жилища уделяли в своих трудах Нуреддин Земмури, Ален Лиебард, Андре Де Херде, Дж. Вайнс, К. Дэй, С. Ван дер Рин, У. Макдонах.
В алжирском опыте вопросы биоклиматической архитектуры
и устойчивого развития, биоклиматического подхода к проектированию в засушливых зонах рассматривали Б. Бениусеф, М. Роше, Алекма Джамал, Саид Мазуз, Азеддин Беллакхал, Сумая Бузахер, Хамел Халиса, Шауши Беншериф, А. Беннаджи, А. Арбауи, Абдуллах Фархи.
Однако особенности формирования устойчивой архитектуры жилища в засушливых зонах до сих пор не рассматривались. Автором настоящего
исследования выдвигается гипотеза о существовании и эволюции
биоклиматического подхода к проектированию жилища в засушливых зонах, основанного на принципах устойчивой архитектуры, с учетом внешних факторов Северной Сахары Алжира.
Нормативно-правовая база исследования: международные системы экологической сертификации зданий BREEAM (Великобритания, 1990 г.), LEED (США, 1998 г.), DGNB (Германия, 2009 г.), SBTool (Канада, 2007 г.), CASBEE (Япония, 2001 г.), Green Star (Австралия, 2003 г.), Three Star (Китай, 2007 г.), SBAT (Южная Африка, 2010 г.), HQE (Франция, 1996 г.).
Цель исследования – выявление особенностей формирования устойчивой архитектуры в засушливых зонах, применения экологического подхода к проектированию зданий в Северной Сахаре Алжира.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
– выявить предпосылки устойчивой архитектуры в народной архитектуре Алжира;
– систематизировать основные способы и средства устойчивого развития применительно к проектированию зданий для Северной Сахары Алжира;
- выявить основные приемы архитектурно-планировочной и объемно-пространственной организации зданий и их комплексов в условиях жаркого сухого климата;
– проанализировать основные направления реализации принципов экологического проектирования зданий в засушливых зонах;
– разработать типологические модели домов-патио для экологического проектирования в засушливых зонах.
Гипотеза исследования состоит в том, что истоки устойчивой архитектуры следует искать в народной архитектуре, а осуществление приемов устойчивой архитектуры возможно только при совместном использовании традиций и современных высоко технологичных подходов.
Объектом исследования являются здания, построенные согласно
принципам устойчивой архитектуры для стран с жарким сухим климатом, а
также поселения, районы, города, соответствующие требованиям
экоустойчивого проектирования будущего.
Предметом исследования являются функционально-планировочные и архитектурно-пространственные способы и средства организации устойчивой
архитектуры для жаркого сухого климата и поиск направлений их совершенствования в рамках предложенной автором системы.
Границы исследования. На примере засушливых зон Северной Сахары Алжира рассматривается опыт проектирования зданий для жаркого сухого климата в аспекте устойчивого развития и биоклиматического подхода от истоков до начала ХХI века.
Методика исследования основана на изучении литературы по теме работы, а также проектных материалов с последующей систематизацией и обобщением результатов исследования.
Научная новизна работы заключается в том, что на примере оазисов Северной Сахары Алжира впервые выявлены особенности формирования устойчивой архитектуры в засушливых зонах, выявлены предпосылки устойчивой архитектуры в народной архитектуре Алжира, рассмотрен биоклиматический подход к проектированию зданий для жаркого сухого климата в контексте устойчивого развития.
Практическая значимость определена возможностью использования результатов исследования для проектирования зданий, разработки стандартов и экологических и биоклимтическимх нормативов для районов с жарким сухим климатом.
На защиту выносятся:
– особенности формирования устойчивой архитектуры жилища в засушливых зонах;
метод ландшафтно-климатического зонирования территории городов в Северной Сахаре Алжира;
подходы, направленные на реализацию принципа энергосбережения для зданий различной типологии в условиях жаркого сухого климата;
- приемы архитектурно-планировочной и объемно-пространственной
организации зданий и их комплексов в условиях жаркого сухого климата.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертации отражены в девяти публикациях, три из них – в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Результаты исследования раскрыты в научных докладах на международных, всероссийских, областных и внутривузовских научно-практических конференциях в 2011 и 2013 гг., на 13-
ом и 15-ом Международных научно-промышленных форумах «Великие реки», Нижний Новгород, 2011, 2013 гг.
Основные положения диссертации апробированы в практической
архитектурной деятельности автора, являющегося архитектором
международной архитектурно-строительной компании Hi-Tech, а также в учебном процессе на кафедре архитектурного проектирования ННГАСУ в ходе педагогической практики. По всем объектам имеются акты внедрения.
Перспективы дальнейшей разработки темы заключаются в
возможности использования результатов диссертационного исследования для исследований по устойчивой архитектуре других стран и регионов с жарким сухим климатом, таких как юг Ирака, Ливии, Туниса, Марокко, Египта, север Саудовской Аравии, страны центральной Африки.
Объем и структура диссертации. Диссертация представлена в двух томах. Первый том содержит текст (161 с.), который состоит из введения, трех глав с основными выводами, заключения, библиографии (146 наименований), и приложения. Второй том, иллюстративный, состоит из 34 графоаналитических таблиц.
Влияние климата на формирование традиционной жилой застройки
Сектору строительства придается большое значение в рамках концепции устойчивого развития: к этому сектору относится большое количество производимых отходов и затрачиваемых ресурсов. При строительстве, особенно при эксплуатации зданий (водоснабжение, освещение, отопление, обслуживание), используется почти половина энергии, производимой в мире [3]. Архитектурные конструкции также играют важную роль в социальном плане, например, определяя качество жизни и обеспечивая выполнение культурных функций. Один взрослый человек проводит 7/8 своего времени внутри одного помещения [3] - этот факт частично объясняет акцент на повышении качества жизни пользователей.
Обеспечение устойчивого развития городов актуально в первую очередь потому, что строительство должно априори ориентироваться на удовлетворении потребностей людей. Сегодня ведущими при проектировании зданий стали такие критерии, как экономическая эффективность и эстетичный, эффектный, необычный дизайн. Но из-за этого меньше внимания уделяется и функциональности зданий, их комфорту, и стратегическому аспекту строительства - его последствиям в долгосрочной перспективе. Данное решение, очевидно, в том, чтобы в чем-то вернуться к прежней точке зрения, но это требует комплексного подхода к разным сторонам человеческой жизни: транспортным сетям, архитектуре, социальным взаимодействиям.
Обеспечение устойчивого строительства должно происходить с учетом трех аспектов: экономических, экологических и общественных. Но это вовсе не означает строительство зданий из дерева и установление панелей солнечных батарей. Трудность состоит в том, чтобы синтезировать рациональное использование энергии, социальное разнообразие, качество воздуха и воды, оптимальность транспортных сетей, управление отходами, экономичность. Наличие множества относящихся к теме устойчивого развития понятий свидетельствует о сложности данной концепции [3].
В настоящее время есть много способов решить обозначенную задачу, которые сводятся к оптимизации социального аспекта с целью минимизировать воздействие на окружающую среду, сократить расходы. Этот синтез, однако, должен быть устойчивым, а результат - обеспечивать условия, пригодные для жизни. Термин «пригодные для жизни» является более подходящим, чем «удобные», так как одной из целей признается достаточный (допустимый) комфорт (не оптимальный). Зимой, например, температура в помещении определяется как соотношение между относительным достаточным комфортом (не требующим верхней одежды) и эффективным управлением энергетикой [3].
При выборе архитектурных решений необходимо учитывать самые разные факторы. Так, желательно, чтобы сама среда обитания не провоцировала негативные изменения. В некоторых районах с жарким климатом стремление к устойчивому развитию привело к созданию зданий с большими окнами, обращенными на южную сторону, для того, чтобы жители могли наслаждаться видом на море. Такое решение нежизнеспособно, потому что из-за солнца потребуется установка систем кондиционирования воздуха в зданиях, а если это не сделать, они не будут пригодны для проживания людей. В свою очередь, установка системы кондиционирования воздуха с большой вероятностью означает, что устойчивое развитие будет обеспечено лишь в области дизайна: кондиционирование воздуха приведет к возрастанию общей стоимости проекта, увеличению и потребления ресурсов, и выбросов С02. Это наглядно иллюстрирует проблемы, с которыми сталкиваются участники архитектурных проектов, если не задумываются о последствиях каждого сделанного ими выбора [4]. Такое положение определяет необходимость всестороннего и детального анализа по множеству критериев в указанных областях.
IiSBE («Международная инициатива по устойчивому сооружению», или «Международная инициатива по устойчивой застройке окружающей среды») является одной из крупнейших организаций международного уровня, главной целью которой является помощь в реализации основных принципов, методов и инструментов, которые способствуют прогрессу в сфере экологической устойчивости [5]. Члены совета директоров представлены специалистами с разных континентов. Ее цели включают, в частности, создание форума для международного обмена базами данных, доступными для исследователей, (руководителей) и специалистов по всему миру, и организация собственной программы продолжительность которой составляет четыре года во всех крупных странах. IiSBE также руководит процессом решения проблемы создания экологичных зданий (GreenBuildingChallenge), осуществляя международные программы сотрудничества большого объема, посвященные разработке теоретических и практических систем для оценки экологических характеристик зданий (в настоящее время более чем в 15 странах, последнее исследование происходило в Токио в сентябре 2005 г. на конференции SB05) [6].
В разных странах применяются различные национальные подходы, вытекающие из стремления к устойчивому развитию. В Англии, например, внедряется система экологической оценки BREEAM. Она разработана Исследовательским институтом строительства (BRE), является общественным английским эквивалентом CSTB во Франции и заключается в оценке качества окружающей среды в зданиях по следующим параметрам: управление, энергетика, здравоохранение и социальное обеспечение, загрязнение окружающей среды, состояние транспортной сети, использование ресурсов (в том числе земле- и водопользование). Для каждого из параметров начисляются очки эффективности, затем выставляется итоговая оценка и выдается сертификат. Метод существует с 1990 г. и применяется к офисным зданиям, промышленным предприятиям, магазинам, школам. Другие типы зданий (например, дома отдыха, лаборатории) можно оценить по конкретному методу системы BREEAM. ВерсияВЯЕЕАМ, относящаяся к жилью, называется EcoHomes. Соединенные Штаты разработали систему рейтинга LEED («Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании») по следующим параметрам: чистка и техническое обслуживание зданий, качество воздуха в помещениях, энергоэффективность, управление водными ресурсами и рециркуляция для переработки, совершенствование систем для достижения высоких стандартов работы. Аналогичным образом Япония разработала CASBEE («Комплексные системы оценки по созданию экологической эффективности»). Они вычисляют значение экологической эффективности как отношение Q/L, где Q является качеством (эффективностью) «зеленого» строительства, a L - нагрузкой на окружающую среду. Q будет расти с сокращением потребления, a L будет увеличиваться(при условии, что здание потребляет значительную долю невозобновляемых ресурсов) [7] (табл. 3).
В зависимости от соотношения Q/L строительству присваивается категория S, А, В+, В или С. S означает соответствие проекта концепции устойчивого развития (здание «устойчивое»), а С - обычное здание. Существуют и ряд других методов, такие как ENVEST (Великобритания), GreenCalc (Нидерланды) или ЕсоРгоР (Финляндия) [3].
Обеспечение комфорта в энергоэффективных зданиях и сооружениях в условиях жаркого аридного климата
Климатические условия субтропической зоны характерны для побережья Средиземного моря (что послужило поводом называть этот климат также средиземноморским). Этот климат отличается жарким летом и мягкой зимой. Границы между различными климатическими зонами не строгие - есть две переходные зоны. В итоге каждая климатическая зона подразделена на подзоны по разным критериям, таким как срок сухого сезона. Для архитектора важно провести анализ климата района строительства при проектировании зданий и сооружений.
Климат пустыни (аридный)характерен для зон между широтами 15 и 30, главным образом к северу от экватора. Он объединяет города Таманрассет, Эль-Уэд, Бискра в Алжире, Асуан в Египте, Финикс в США, Виндхука в Намибии, Алис-Спрингс в Центральной Австралии, Багдад в Ираке. В них есть два более илименее выраженных сезона - теплый и холодный(табл. 18). В теплый период температура после восхода солнца быстро достигает 43-49 С и опускается до 24-30 С ночью. Вхолодное время годаона колеблетсяот 27 до32 Сднем йот 10 до 18 С ночью. Разница между дневной и ночной температурами очень значительна. Годовая амплитудасоставляет 11-17 С.
Наблюдаются относительные изменения влажностиот 10 до45%. Суточные колебаниявлажности воздухамогут достигать 15%.
Ветра сильные, преобладают на западе и более интенсивны днем, чем ночью, иногда перерастают в песчаную бурю. Эти ветра сухие, они не несут осадков и влагу, вызывают эрозию почвы и создают волнистый рельеф песчаных барханов и дюн.
Характерной особенностью жарких местностей является повышенная яркость небосвода - в 3-4 раза выше, чем в умеренном поясе: небо ясное, так как высокий уровень конденсациипрепятствует образованию облаков. Вследствие этого осадки нерегулярны и выпадают преимущественно в течение нескольких недель, их количество варьируетсяот 50 до 250мм. На многих метеорологических станциях в пустыне годами вообще не регистрируются осадки. Изредка случающиеся интенсивные дожди наносят серьезный ущерб -при этом осадки выпадают в форме непродолжительных грозовых ливней, образующих паводки.
Величина испаряемости сильно превышает количество выпадающих в течение года атмосферных осадков, в связи с чем у растений засушливых местообитаний (ксерофитов) выработались приспособления, позволяющие переносить периоды засухи. Растительность в основном состоит из трав и кустарников.
В районах аридного климата планировка города определяется прежде всего климатическими и ландшафтными условиями. Города этой климатической зоны отличаются замкнутостью и повышенной плотностью застройки, обеспечивающей затененность, а также наличием зеленых массивов и открытых пространств, уменьшающих концентрацию нагретого воздуха. Кроме того, климат является определяющим фактором в выборе конструкции здания. Стены местных зданий обеспечивают комфортный микроклимат в помещениях благодаря большой тепловой инерции. Температура наружной поверхности стены повышается днем, а ночью стена выделяет накопленное тепло, при этом сохраняется относительно постоянная температура внутренней поверхности, что снижает дискомфорт, вызываемый суточными колебаниями температур [90].
При проектировании в засушливых зонах необходимо ограничивать и регулировать техногенные нагрузки на ландшафт. Масштабы преобразований, чрезмерные нагрузки на почвенно-растительный покров, особенно в местах открытых разработок полезных ископаемых, нарушают веками отлаженный экологический баланс, естественный ход природных процессов. В настоящее время повышение качества и улучшение эксплуатационных характеристик жилой застройки в условиях сухого жаркого штилевого климата являются актуальными градостроительными задачами. В связи с этим в проектах для районов с таким климатом следует предусматривать условия защиты от перегрева улиц и площадей, обеспечивая максимальную затененность, эффективную аэрацию и благоприятный режим естественного освещения [91] (табл. 19).
Процесс формирования современной городской среды в районах жаркого климата закономерно приводит к такой композиции жилых комплексов, при которой окружающая их пространственная среда является продолжением собственно жилища. Этот градостроительный прием отражает национальные исторические традиции строительства. В жарком сухом климате планировка издавна служила целям борьбы с перегревом: обилие террас и балконов, размещение кухонь, прачечных в отдельном объеме - характерные черты жилища. Например, во многих жарких регионах среди архитектурных решений встречаются (табл. 19): - веранда - открытое просторное помещение, зрительно расширяющее границы дома, вследствие чего он плавно сливается с пейзажем. Веранда -вполне естественный вариант благоустройства прилегающей к дому территории в условиях теплого климата; этот уютный уголок используется как жилое пространство для чаепития и семейного отдыха; - выделение части сада, в которой расположена мини-кухня, основное место приготовления пищи (чтобы в дом не попадало лишнее тепло, а все запахи развеивались естественным образом). В итоге снижается тепловая нагрузка на здание - внутренняя кухня освобождается от изначального предназначения и начинает выполнять функции кладовой; - небольшой закрытый внутренний дворик, затененный растениями, где можно проводить самое жаркое время дня в комфортных условиях.
Говоря о световых проемах, следует отметить, что на величину солнечной радиации, проникающей в помещение, основное влияние оказывает площадь остекления, которую необходимо сокращать за счет высоты. При выборе размеров окон нужно исходить не только из потребности в естественном освещении, но и из недопустимости перегрева помещений. Световые проемы следует располагать таким образом, чтобы минимизировать поступление через них тепла. Соответствующий эффект может быть достигнут при заполнении оконных проемов теплозащитным стеклом, отражающим тепло солнечной радиации, а также специальными стеклопакетами, стеклоблоками и светорассеивающим стеклом (табл. 19). Число окон первого этажа, выходящих на наружную сторону, обычно сводят к минимуму.
Градостроительные и архитектурные особенности Северной Сахары
Управление строительством. Masdar HQ по проекту -высокоэкологичное, энерго- и водосберегающее здание не только после сдачи в эксплуатацию, но и в процессе строительства. Например, конусная верхняя часть конструкции и свешивающийся навес построят в первую очередь, чтобы создать затененную прохладную среду под ними и продолжать оставшееся строительство уже там.
Купол на крыше оборудуют солнечными фотоэлектрическими панелями также на начальном этапе строительства, чтобы они могли служить источниками электричества для строительства остальной части здания. Эта простая поэтапная стратегия поможет существенно уменьшить углеродный след от конструкции, чтобы использовалась чистая энергия и последствиями сократились строительные расходы.
Выводы. Первая интересная особенность проекта Masdar HQ - это интегрирование стратегий экологически рационального проектирования в архитектуру здания. Но, возможно, более интересна роль, которую играют пассивные структуры, и их значительный вклад в оптимизацию использования энергии в здании с учетом общей экономии энергии.
Во многих экологичных зданиях Европы и США стратегии пассивного проектирования вытеснены активными энергосистемами. Частично это обусловлено климатическими условиями: здания требуют значительно больше тепловой энергии, чем на Ближнем Востоке. Результат - рост роли механиков и электриков в процессе конструирования, а роль архитектора сводится к координированию этих активных систем.
На Ближнем Востоке по климатическим и социально-экономическим причинам значение пассивных архитектурных стратегий существенно больше. Экологически рациональное проектирование ведет прежде всего к блокированию потерь тепла, а не к его эффективной выработке, при этом не нужна огромная производственная база, необходимая для поддержания сложных механических и электрических систем; поэтому вклад пассивных
102 стратегий в зданиях на Ближнем Востоке в общее энергосбережение больше, чем в экозданиях Европы и Америки.
Только в проекте Масдар HQ, по предварительным оценкам, стратегии пассивного проектирования сэкономили 52% энергии. Оставшаяся часть 103% энергосбережений (включая 3% производства положительной энергии) достигается за счет экономичных активных систем (20%) и выработки электроэнергии с использованием источников возобновляемой энергии (31%).
Попытки архитекторов сбалансировать затраты энергию (или выбросы СОг) путем использования определенных материалов и источников возобновляемой энергии заслуживают одобрения, поскольку означают прогресс в проектировании. Оценив энергозатраты на материалы или сборку и сравнив с предположительными производственно-экплуатационными затратами электроэнергии, проектировщики, понимая реальные масштабы воздействия строительства на окружающую среду, могут принять обоснованные решения по проекту. Город Эль-Уэд (табл. 29) - «город тысячи куполов»: от архитектуры народной к устойчивой архитектуре.
Провинция Эль-Уэд расположена в пустыне Сахара на восточной границе Алжира с Тунисом. Занимает площадь около 54 573 км2. Население - 673 934 чел (по оценке 2008 г.) . Эль-Уэд граничит с провинциями Хеншела и Тебесса на севере, Бискра на северо-западе, Джельфа на юго-западе, Уаргла на юге, разделен на 12 округов и 30 муниципалитетов. Административный центр провинции - город Эль-Уэд. Население - 134 699 чел (по оценке 2008 г.). Занимает площадь около 77 км2.
Город окружен дюнами пустыни Большой Восточный Эрг. Но есть и оазисы (финиковые пальмовые сады с колодцами). Особенность конструкции большинства домов, и частных, и общественных, - на крышах много куполов. Купола бывают цилиндрическими и шаровидными, это своего рода кондиционеры. В жару в верхней части куполов собирается горячий воздух, соответственно внизу, на уровне жизнедеятельности людей, он чуть прохладнее (+30 С).
Недалеко от города Эль-Уэд имеется крупное бессточное соленое озеро Шотт-Мельгир. Озеро, расположенное на 26 м ниже уровня моря, считается самым крупным в Алжире (впрочем, площадь в 6,7 кв. км не мешает ему пересыхать и превращаться в солончак в летние месяцы).
Значительную часть Алжира (порядка 80% территории страны) занимает пустыня Сахара. Неудивительно, что большинство населения - 9 из 10 человек - живут на побережье Средиземного моря.
Климат в Алжире субтропический средиземноморский на севере и тропический пустынный в Сахаре. Зима на побережье теплая, дождливая (12 С в январе), в горах прохладная (две-три недели лежит снег), в Сахаре зависит от времени суток (ночью ниже 0 С, днем 20 С). Лето в Алжире жаркое и сухое. Годовое количество осадков - от 0-50 мм в Сахаре до 400-1 200 мм в Атласских горах. Почему именно Эль-Уэд? Определенные климатические условия. Основной фактор проектирования - климат региона, жаркий и сухой. В засушливых регионах пустыни вероятность появления устойчивой растительности и относительная влажность воздуха очень низки. Уровень испарения влаги обычно высок, а разница температур днем и ночью значительна. Среднегодовое количество осадков составляет 250 мм.
Температура. Зависит от времени суток. Большая амплитуда дневных и ночных температур в регионе связана со свойствами песка, который быстро нагревается и быстро остывает; его температура в июле достигает 50 С днем, опускается до 15 С вечером, а зимой в течение ночи падает до нуля.
Архитектурные и технические системы биоклиматического жилища в засушливом климате
Это одно из первых зданий, которое можно назвать биоклиматическим, так как архитектор изначально ставил перед собой задачу сделать дом экологичным, энергоэффективным, таким, чтобы его архитектурные и инженерные решения основывались на природных принципах.
«Гелиотроп» собран из предварительно изготовленных модулей. Главный строительный материал - дерево, возобновляемый и экологичный. Несущую центральную колонну высотой 14 м, удерживающую электропроводку и винтовую лестницу, окружает скелетная конструкция из клееных сосновых досок. 18-угольная спираль объединяет расположенные вдоль нее рабочие и жилые зоны. Для деления пространства активно используются полуэтажи.
Основная инновация проекта - фотогальваническая установка, «солнечный парус» площадью 54 м2, который состоит из 60 солнечных модулей. Номинальная мощность установки - 6,6 кВт (1 000 Вт/м2). Основа и поворотный механизм солнечного паруса - новаторское изобретение: управляемая компьютером установка автоматически движется в соответствии с положением солнца, независимо от самого дома. Можно менять и угол ее наклона. При статических расчетах конструкции использовался метод конечных элементов. Установка может выдержать большие ветровые нагрузки - она оборудована системой пятикратной защиты (табл. 34).
Также на перилах балкона установлены вакуумные трубчатые коллекторы площадью 34,5 м2, обеспечивающие значительную часть энергии для нагрева воды и отопления. Здание института науки и технологий в Абу-Даби (ОАЭ), арх. Н.Фостер и Партнеры, 2007, в студенческом городке Масдара совмещает высокотехнологичные материалы и технологии (например, для зданий лабораторий применена этилен-тетрафторэтиленовая облицовка) с чертами, заимствованными из народной архитектуры региона. Пример стеклопластиковые экраны машрабий, которые защищают балконы жилых домов, фотоэлектрические панели выступают с крыш по краям дворов и улиц, одновременно обеспечивая затенение и вырабатывая энергию. Здания построены так, чтобы создались узкие пространства с колоннами, затененные большую часть дня. Атриумы жилых построек трактуются как «климатические вестибюли»: температура воздуха в этих коммуникационных пространствах с верхним светом поддерживается на более высоком уровне, чем в нижних помещениях. Шлемообразная форма крыши библиотеки - результат необходимости максимально увеличить производство энергии фотоэлектрическими панелями, одновременно затенив полностью стеклянную стену, открывающую вид на парк. Стальные рамы башни-ветрогенератора, которая возвышается над одним из внутренних дворов, - по-новому истолкованный традиционный ближневосточный архитектурный элемент. Верхушка конструкции высотой в 150 футов оборудована регулируемыми вентиляционными решетками и аэрогидрореактивными двигателями, которые помогают снижать температуру воздуха вокруг основания башни.
Принцип сокращения объемов нового строительства (реновация и вторичное использование). С давних времен люди использовали старые здания и строения или хотя бы материал от их разборки для возведения новых построек. Как пример, для строительства аббатства Сент-Альбан, расположенного в Англии, строители использовали кирпичи из руин римского города Веруланума.
К середине XX в., имел место совершенно иной подход - застройщики убеждали власти и инвесторов, что сломать старые здания и построить на пустом месте новые дешевле и эффективнее. Если бы такой подход сохранил бесконкурентное положение в строительстве, то к концу XX в. мир лишился бы почти всех исторических зданий, не причисленных к важнейшим памятникам архитектуры.
Один из самых известных примеров - реконструкция старых зданий, которые сильно пострадали после второй Мировой Войны, под руководством архитектора Герберта Хана в городе Дрезден (Германия). К ним пристроили «стены» из небольших зимних садов (экономия на отоплении составила до 50%), а большинство одноэтажных квартир преобразовали в двухэтажные. Таким же путем пошел Франк Штейн, в Копенгагене, осуществив перестройку ряда жилых домов.Там же, в Дрездене, в 2006 г. известный архитектор Норман Фостер закончил реконструкцию центрального вокзала (табл. 34). Среди основных и одним из самых важных решений по реконструкции вокзала была установка новой крыши площадью 30 тыс. кв. м. Крыша покрыта инновационной оболочкой, сочетающей тефлон и стекловолокно. Она пропускает 13% дневного света и значительно уменьшает зависимость здания от искусственного освещения. Ночью свет отражается от нижней поверхности -архитектурное решение обеспечивает дополнительное освещение станции.
Один из последних по времени примеров реализации данного принципа -проект архитектурной компании Винсента Каллебо «Коралловый риф», разработанный в начале 2011 г. Его инновационная градостроительная концепция призвана предоставить возможность альтернативного развития части Гаити, которая в 2010 г. пострадала от землетрясения силой 7 баллов по шкале Рихтера (табл. 34).
Архитекторы создали трехмерную модель самодостаточной деревни из сборных модулей, которая способна дать прибежище пострадавшим от природных катастроф - в ней могут разместиться более тысячи семей. Базовый модуль состоит из двух волнообразных многоквартирных домов с металлическим каркасом и фасадной отделкой из древесины тропических деревьев. Предполагается множество растительных включений, архитектурные элементы, отсылающие к природным формам. На такое визуальное решение авторов проекта вдохновила природная красота коралловых рифов.
Дома расположены на искусственно созданной пристани на сваях в Карибском море. Меж двух собранных из модулей зеленых «волн» образуется живописный «каньон» с террасами и каскадами фруктовых садов. Модули содержат жилые помещения и земельные участки, на которых обитатели деревни могут самостоятельно выращивать продукты питания. Эта тропическая экосистема может стать пристанищем не только для людей, но и для представителей местной флоры и фауны.