Эволюция адаптивной архитектуры в экстремальном климате

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эволюция адаптивной архитектуры в экстремальном климате

Карпова T.А., Дорофеева H.H. ТОГУ, г. Хабаровск, Россия

Абстракт

В статье рассмотрено влияние экстремального климата на адаптивное формообразование в архитектуре. Исследуются исторические предпосылки формирования приспосабливаемой архитектуры. В ходе проведенного обобщенного анализа традиционного жилища в экстремальном климате, выведены основные климатические факторы, влияющие на особенности и способы архитектурной адаптации. Выделены преимущества адаптации архитектурных объектов в современном времени.

Ключевые слова: адаптивная архитектура, климатические факторы, традиционное жилище, современные здания.

Abstract

The evolution of adaptive architecture in an extreme climate

The article considers the extreme climate's impact on the adaptive morphogenesis in architecture, studies the historical background of the formation of the adaptive architecture. In the course of a generalized analysis of the traditional dwellings in the extreme climates, the main climatic factors were defined, which affect the characteristics and methods of architectural adaptation. The benefits of the adaptation of architectural objects in the modem time were defined in this article as well.

Keywords: adaptive architecture, climatic factors, traditional dwelling, modem buildings.

Введение

Адаптивная архитектура является следующим шагом в эволюции зодчества. В век высоких технологий и инновационных материалов на второй план начинает отходить представление об архитектуре, как о статичной, твердой и тяжелой. Потребность нашего окружения в способности меняться, обусловленная тем, что изменение является постоянным процессом нашего времени, приводит к появлению возможности архитектуры приобретать способность физически адаптироваться к потребностям человека. В условиях изменений экологических, экономических стандартов, анализ исторического опыта и особенностей формирования адаптивной архитектуры может способствовать развитию современной архитектуры, что позволит обеспечить благоприятные условия обитания человека в экстремальных природных условиях.

адаптация архитектура экстремальный климат

1. Климат и архитектура

Архитектура как искусственная материальнопространственная среда есть продукт сложного взаимодействия общества (материально-техническая база, экономика, наука, искусство и т. д.) и природно-климатической среды (климат, географическое местоположение, растительный мир и др.) [1]. Основная задача проектирования соединить сложную и противоречивую систему «человек - природа» соответствующей архитектурно-планировочной организацией градостроительных образований, жилых и общественных зданий и этим сформировать среду обитания человека, создать условия для его нормальной жизнедеятельности.

Адаптивная архитектура (Responsive architecture) -- это развивающаяся область архитектурной практики, которая анализирует факторы, влияющие на жизнь потребителя, подстраивая свои функции к целям наибольшего соответствия требованиям эксплуатации [5]. К адаптивной архитектуре относятся архитектурные объекты, которые имеют способность к динамическим изменениям в соответствии с влияющими на них различных факторами.

Главные факторы, влияющие на развитие архитектуры: климатические и природные условия; уровень производительных сил; наука и строительная техника; производственные отношения; общественный строй. Относительно стабильными из этих факторов являются климатические условия. На архитектурные объекты влияют следующие климатические факторы: температура, ветровой режим, влажность, солнечная инсоляция, режим осадков. Наиболее ярко связь формы жилища и климата прослеживается в народной архитектуре. Климатическая карта мира как некая сетка разделяет зоны распространения типов жилища. С продвижением от умеренных широт к экстремальным полосам северных и южных широт зависимость между формой архитектурного объема и климатическими поясами проявляется все более ярко [2].

2. Анализ исторической адаптации традиционного жилища в экстремальном климате

Традиционные национальные жилища демонстрируют примеры адаптивной архитектуры и в очень холодных условиях, и в жарком климате, и на территориях с резкими контрастами зимних и летних температур.

Адаптация жилища к северному климату

Землянки. В местностях, где отсутствовал прочный и долговечный строительный материал, создавались заглубленные в землю жилища [1]. Расположения жилого пространства ниже уровня земли позволяло за счет температуры грунта поддерживать температуру в жилище в соответствии со среднегодовой температурой наружного воздуха (рис. 1).

Чум (Яранга). Кочевые промыслово-оленеводческие племена строили переносные жилища из кожи шкур животных: чумы у ненцев и яранги у коряков, типы у североамериканских индейцев (рис. 2). Жилища были круглыми в плане, с овальными или конусообразными объемами [3]. С точки зрения аэродинамичности форма яранги идеально подходит для сурового климата, потому что оказывает небольшое сопротивление ветру.

Русская североевропейская изба. Хорошим примером адаптации к суровому климату является русская изба (рис. 3). Она состоит из трех частей: избы, клети, сеней. Каждая часть предназначалась для нескольких целей. Так, например, сени -- это тепловой тамбур. Высокое крыльцо в северорусском доме, функцией которого было предохранение входа от неблагоприятных воздействий природной среды (снег, дождь, ветер и т. д) [2]. Хозяйственные помещения, крытый двор пристраивали к избе со стороны преобладающих ветров, создавая буферную зону -- защищающую и утепляющую здание. Тепловым буфером являлось также и развитое пространство кровли северной и русской избы.

Эскимосское иглу. Эскимосы строили себе зимние жилища из снега и льда -- иглу (рис. 4). Снежные стены хорошо защищают от морозов, позволяют поднимать температуру воздуха внутри иглу до +30°С. Форма иглу идеальна для суровых условий, потому что оказывает небольшое сопротивление ветру, что приводит к меньшим потерям тепла [4]. Полусферическая форма эффективно обогревается лампой, которая находится в центре иглу. Внутренние поверхности купола и пола покрываются мехами и шкурами, что увеличивает теплоизоляцию и обеспечивает высокую температуру поверхности, поэтому потери тепла уменьшаются.

Адаптация жилища к жаркому климату

Вигвамы. У североамериканских индейцев были куполообразные вигвамы, сделанные из коры или циновок (рис. 5). Архитектурно-климатические особенности таких сооружений состоит в том, что пластины коры или циновки легко могут быть перемещены, чтобы способствовать или, наоборот, препятствовать поступлению внутрь воздуха [2]. Это позволяет легко приспосабливается к изменяющемуся климату.

Типи. Переносное жилище кочевых индейцев. Его планировочная структура подчинена климатическим факторам. Жилище наклонено в сторону преобладающему направлению ветра. В верхней части со стороны входа у жилища типи расположены дымовые клапаны. Они направляют выходящий дым в сторону преобладающему направлению ветра, что сводит к минимуму потери тепла жилища.

Рондавелъ. Традиционный круглый дом народов банту в странах юга Африки. Рондавель обычно имеет круглую форму (отсюда и название) и традиционно изготавливается из материалов, доступных в природе: глины, дерева. Стены обычно делаются из камня. Свесы крыши служат для тени, а также защищает стены от эрозии.

Жилище Египта. Прямоугольное в плане, с фасадом без окон, освещаемое только со стороны внутреннего двора. У такого жилища были стены из кирпича- сырца и плоская кровля на настиле из пальмовых стволов. Освещение и одновременно вентиляция осуществляются посредством узких вертикальных отверстий. Вокруг дома были устроены портик или веранда, защищающие стены дома от прямого действия солнечных лучей. Жилище было снабжено двойным перекрытием с постоянно вентилирующейся воздушной прослойкой [4].

Адаптация жилища к контрастному климату. Традиционную архитектуру Японии и Кореи следует отнести к особому типу, способному адаптироваться как к холодному, так и жаркому климату.

Жилища Японии. Традиционным японским жилищем является минка -- дом, построенный из соломы, дерева и бумаги (рис. 6). Дом состоит из пары несущих и пары раздвижных стен. В Японии архитектура подчиняется природе и ее климатическим факторам. Свесы необходимы для защиты дома от жары и дождя. В Японии такие свесы не препятствуют лучам солнца проникать зимой в комнаты [2]. Дома обычно строят открытые на юг с большим количеством проемов на северной стороне дома, для вентиляции.

Жилища Кореи. Самое распространенное жилище Кореи -- это ханок. Прямоугольное, двух- или трёхкомнатное строение, с соломенными или кирпичными стенами и двускатной крышей из соломы, тростника. Как и в японских домах, стены здесь не несущие, дом держится на каркасе. Стены выложены из кирпичей, а пол в жилых комнатах был деревянным. Одна из отличительных особенностей корейского жилища -- это уникальная система отопления ондоль. Она состояла из проложенных под полом труб, по которым горячий воздух от очага на кухне доходил до жилых помещений, обогревая их. Полы были приподняты на высоту, необходимую для установки ондоля, а комнаты делались относительно маленькими по размеру, что способствует поддержанию тепла во время зимних морозов.

3. Особенности адаптации архитектуры к экстремальным условиям

В ходе проведенного обобщенного анализа традиционного жилища южных и северных территорий, было выявлено, что изменение конфигурации плана и формы, обеспечивают оптимальную адаптацию здание к климатическим условиям. Архитектура в крайних северных и жарких условий имеет сходство: предельная изоляция от неблагоприятных внешних воздействий, компактность в плане, широкий корпус, толстые наружные стены, внутренние дворы, защищающие от ветров, несущих воздух со слишком высокой или низкой температурой.

В двух случаях используются максимальные значения: переохлажденный и перегретый воздух, недостаток и избыток солнечной радиации, ультрафиолетовое голодание и перенасыщение. И как следствие, жилая застройка для Севера развернута к солнцу и максимально укрыта от холодных ветров, а для юга -- открыта прохладным ветрам и защищена от солнца. Несмотря на схожие параметры и конструкции, используемые в разных климатических условиях, главное отличие в том, что житель юга старается обеспечить себя открытым пространством. А житель севера большую часть времени проводит в закрытом помещении. Отсюда абсолютно разные критерии организации внутреннего пространства дома.

Необходимость защиты от неблагоприятных воздействий окружающей среды и формирования комфортного микроклимата приобретают в экстремальном климате свои отличительные особенности. В условиях Севера -- это, прежде всего защита от снегозаносов и холодных ветров, в жарких и влажных районах -- проветривание и защита от пыльных бурь и избыточной солнечной радиации.

Аэродинамическую характеристику объема зданий определяет его конфигурация в плане. Рассмотренные примеры показывают, что форма северных традиционных жилищ: иглу, чума и яранги продиктована влиянием сильных ветров. Использование аэродинамической формы позволяет снего-ветровым потокам свободно обтекать его, в результате чего резко снижается возможность снеговых отложений с наветренной стороны. И купольные постройки из камня или глины в южных местностях тоже функционально связаны с климатической ситуацией: форма заставляет ветер естественно огибать здание, что минимизирует завихрения воздуха в основании здания. Аэродинамическая форма здания позволяет активно использовать естественную вентиляцию, и уменьшит площадь нагрева основных поверхностей здания, путем повышения силы давления ветровых потоков на ограждающую конструкцию с наветренной стороны здания.

4. Современные методы адаптации зданий к экстремальному климату в XX-XXI вв.

С середины XX в. адаптивная архитектура начала обретать теоретическую базу в работах Гордона Паска, Виллиама Броуди, Николаса Негропонте, Седрика Прайса. Эта архитектура заявила о себе, как архитектура с интеллектом и способностью видоизменятся вместе с окружающей средой [4]. Большое распространение в настоящее время получила биологическая адаптация -- это способность архитектуры реагировать на изменение условий окружающей среды. Здания или ограждающие конструкции, обладающие этим свойством, способны самостоятельно реагировать на изменение окружающих их условий: солнечное излучение, скорость ветра, температура воздуха, осадки и т. д.

Сегодня активно развивается адаптивная архитектура с применением интерактивных технологий и «умных систем». Эти технологии в основном реализуются архитекторами-новаторами, такими как Хани Рашид, Том Мэйн, Рэм Колхас, Дэвид Фишер, и др. Популярными являются технологии с использованием адаптивных фасадов. Благодаря новым подходам и развитию технологий можно говорить о новом развитии понятия адаптивной архитектуры. Проектирование и строительство адаптивных сооружений, пройдя путь от временных жилищ кочевых племен и футуристических структур, сейчас активно развиваются в объектах жилого и общественного назначения.

В начале XXI в. сформировались три типа адаптации архитектуры: адаптация ограждающих архитектурных элементов; адаптация ограждающих поверхностей; адаптация всего объёма здания.

Адаптация ограждающих архитектурных элементов: Башни Алъ-Бахар -- проект, включающий в себя две башни AEDAS в Абу-Даби (рис. 7). Фасад состоит из 1000 подвижных элементов, которые открываются и закрываются в течение дня, что обеспечивает не только защиту от прямых солнечных лучей и отказ от тонированных стекол, но также охлаждение помещения, что позволяет меньше использовать кондиционеры, а также улучшает условия естественного освещения. Для уменьшения солнечного воздействия была создана цилиндрическая форма башен, а угол на верхних этажах позволяет установить солнечные панели для использования солнечной электроэнергии. BIQ House построено в Германии. Здание оборудовано интегрированными в фасад биологическими реакторами -- прозрачными контейнерами с микроводорослями, которые выращиваются в фасадных элементах [6]. Во время роста водоросли выполняют функции системы затенения, солнечных тепловых коллекторов и поглотителей углекислого газа (рис. 8).

Адаптация ограждающих поверхностей: Павильон Quadracci. Вдохновлённое крыльями птиц сооружение Burke Brise Soleil (архитектор Сантьяго Калатрава) ограждает павильон Quadracci Музея искусств в Милуоки (штат Висконсин, США). На здание установлены 72 стальных ламели, охватывающих кровлю стеклянного купола высотой 27 м, они синхронно открываются и закрываются в соответствии со временем работы музея (рис. 9). Солнечные ламели динамично защищают помещение от избыточного солнечного излучения [6]. Bengt Sjostrom Starlight театр под открытым небом, разработанный архитектурной студией Gang построен в 2003 году (рис. 10). Главной особенностью этого здания является раскрывающая крыша. Граненая крыша состоит из шести треугольных панелей, выполненных из нержавеющей стали и дерева, общим весом 86 тонн. Крыша обеспечивает защиту от атмосферных воздействий, в закрытом виде. Но когда крыша полностью открыта, это позволяет хорошо осветить сцену.

Адаптация всего объёма здания: Скользящий дом, в Великобритании. Бюро DRMM Architecture в Суффолке (Великобритания) разработало частный дом с динамической оболочкой, реагирующей на погодные условия и повседневные потребности жильцов (рис. 11). Дом оснащен подвижной частью, которая защищает от избыточной солнечной радиации и потери тепла. Положение подвижной части зависит от климатических условий.

Dynamic tower -- это уникальное 80-этажное здание в Дубай (рис. 12). Инновационное 420-метровое здание будет вращать свои этажи на 360 градусов вокруг одной массивной и неподвижной колонны с помощью 79 энергетических ветровых турбин, расположенных на каждом этаже. Благодаря вращению этажей здания, турбины, расположенные между этажами, должны ловить ветер, преобразуя его энергию в электричество. Ежегодно в сумме создающих 1200000 киловатт-часов энергии.

В результате проведенного анализа были выявлены особенности современной адаптивной архитектуры: использование современных технологий; умение подстраиваться под климатические особенности территории, за счет обратимых движений конструктивных элементов; создание энергоэффективных зданий; возможность изменения внешнего вида здания, благодаря чему создается выразительное архитектурное решение.

Заключение. Первыми адаптивными архитектурными объектами являются примеры традиционного жилища для холодного и жаркого климата, которые возникают как результат естественного функционирования. Архитектура адаптируется под климатические особенности территории. Адаптация традиционного жилища необходима, чтобы компенсировать самыми простыми средствами недостатки разнообразных климатических условий, соответствующих районов.

Только в середине XX в. начинаются формирование адаптивной архитектуры как направления, появляется первые практические наработки и множество концептуальных проектов. На сегодняшний день современные конструкции, материалы и технологии создали уникальные возможности для архитекторов XXI века и вывели идею адаптивности в зданиях на новый уровень, произошел переход от концепций к реальному использованию принципов адаптивности в проектирование и строительство.

Приспосабливаемость архитектурных объектов в наше время становится важным свойством. Быстрое формирование научно-технического прогресса, социальные изменения вывели многие страны на новый уровень существования и на стремление к созданию адаптивной архитектуры.

Список использованных источников и литературы

1. Полуй Б.П. Архитектура и градостроительство в суровом климате (экологические аспекты)/Учеб. Пособие для вузов. -- Л.: Строиздат. Ленингр. Отделение. -- 1989г. -- 300 с.

2. Аронин Дж. Э. Архитектура и климат /Гостройиздат. -- 1959г. -- 253 с.

3. Туролысов К.Г. Биосфера -- расселения -- жилища Севера -- Якутск: «Сахаполиграфиздат». -- 1996. -- 104 с.

4. Сапрыкина Н.А. Основы динамического формообразования в архитектуре: учебник для вузов / Н.А. Сапрыкина. -- М.: Архитектура - С, 2005. -- 312 с.

5. Адаптивная архитектура // Википедия -- свободная энциклопедия [Электронный ресурс] - URL: https://ru.wikipedia.org.

6. Биоадаптивная оболочка здания //Журнал-статья/2014//[Электронный ресурс] -URL: http://zvt.abok.ni/articles/l 69/Bioadaptivnaya_obolochka_zdaniya

Источники используемых иллюстраций:

Рис. 6 -- https://ru.pinterest.com/pin/10414642865233662/

Рис. 7 -- http://ow.ly/i/15pDc/original

Рис. 10 -- http://www.glasslimited.com/projects/

Рис. 11 -- https://malaysiacity.wordpress.com/2008/06/

Karpova T.A., Dorofeeva N.N. PNU, Khabarovsk, Russia

Размещено на Allbest.ru