Биоклиматическая архитектура

Казанский Государственный Архитектурно-Строительный Университет

Кафедра Проектирования Зданий 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по дисциплине Экология.

Биоклиматическая  архитектура. 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст.гр. 8ПЗ-401

Ханов А.Р. 
 
 
 

Казань 2011

Содержание 

Ведение. Понятие биоклиматической архитектуры     3

Изучение  биоклиматической архитектуры  в мире     5

Принципы  биоклиматической архитектуры      6

            Принцип сохранения энергии      7

            Принцип сотрудничества с солнцем     8

            Принцип сокращения объемов нового строительства   10

            Принцип уважения к  обитателю      13

            Принцип уважения к  месту       15

            Принцип целостности       17

Заключение           23

Список  используемой литературы       24

Графические материалы         25 

Ведение. Понятие биоклиматической архитектуры.

«Наше производство делает биосферу все более  неорганической, искусственной и все более и более биологически упрощенной»

Кен Янг, доктор архитектуры  

     На  протяжении многих веков архитектура  возводилась с учетом климатических условий местности, но с появлением новых технологий и развитием технического прогресса здание стало терять идентификацию с участком строительства. Широкие технические возможности позволили создавать собственный микроклимат внутри здания независимо от условий окружающей среды. Факторами этого стали огромные энергетические затраты,  отходы производства, аномальный микроклимат и как следствие - загрязнение окружающей среды и уничтожение естественной экосистемы.

     Эта проблема стала приобретать катастрофические размеры, после того как, с каждым годом доля городского населения  увеличивалась, что, в свою очередь, повлекло за собой высокую концентрацию инженерных сетей, строительных конструкций, производственных отходов и других продуктов жизнедеятельности людей на предельно компактной территории.

     С ростом плотности населения в  городах нарушается баланс органического и неорганического в природе. Упрощая биологический состав окружающей нас среды, мы уменьшаем уровень ее комфортности, делаем ее менее жизнеспособной.

     Решением  этой проблемы может стать возведение биоклиматических зданий, которые идентифицируют себя с окружающей средой, учитывая климатические, социальные и экологические факторы местности.

     Максимально адаптируя здание к окружающей среде, мы можем получить архитектуру, обладающую качествами элемента естественной экосистемы. Процессы, происходящие внутри этого здания, должны быть идентичны природным. Слова экодизайнера Уильяма Макдоно иллюстрируют главную идею биоклиматической архитектуры: «Я хочу сделать так, чтобы птица, залетев в офис, даже не заметила, что она уже не вне здания, а внутри него». Здание становится частью живой природы, процессы, происходящие внутри него, также стремятся к цикличности и безотходности. Постоянное взаимодействие здания с окружающей средой позволяет достичь идентификации человека, находящегося внутри здания, с природой.

     Биоклиматическую  архитектуру, в данном случае, можно описать как материально организованную среду, обеспечивающую комфортные и здоровые условия для существования человека внутри здания, при минимизации вредных выбросов, отходов производства и жизнедеятельности в окружающую среду.

     Участок строительства следует максимально  приблизить по экологическим характеристикам к естественной природной среде, обогащая здание биомассой, которая способствует созданию здорового микроклимата.

     Таким образом, мы можем найти баланс между  искусственной и естественной средой обитания не только в масштабах возводимого  нами здания, но и на территории всего города. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Изучение  биоклиматической архитектуры  в мире. 

     Биоклиматическая  архитектура, являясь разновидностью энергоэффективного строительства, с каждым годом приковывает все большее внимание архитектурной общественности. Проблема гармонии живого и неживого в среде жизнедеятельности человека интересует архитекторов уже многие годы. Предпосылки для исследования этой проблемы дали теории «урбанизма» и «дезурбанизма». Научные и практические исследования в этой области проводились такими известными личностями, как Ф.Райт, Ле Корбюзье, Паоло Соляри.

     В 60-е годы, во времена «футуристического  бума» архитекторами уделяется  пристальное внимание проблемам  экологии, предлагаются решения по созданию комфортной естественной среды обитания.

     Сейчас  научные исследования в этом направлении  ведутся во всех развитых странах. Существенный вклад в развитие биоклиматической архитектуры внесли работы малазийского архитектора, доктора наук, Кена Янга. Его многочисленные научные труды явились фундаментом для дальнейших исследований в этой области, а возведенные им здания стали доказательством положительного влияния биоклиматической архитектуры на физическое и психологическое состояние человека.

     В Европе значительный вклад в изучение вопроса внес английский архитектор Норман Фостер. Он на практике осуществил оптимизацию научных разработок Кена Янга к условиям европейского климата. Помимо Фостера и Янга вопросами биоклиматической архитектуры за рубежом занимаются архитекторы группы SOM, Герцог де Мерон, Уильям Макдоно и др.

     В России научные труды архитекторов ведутся ни столько вокруг биоклиматической архитектуры, сколько вокруг энергоэффективного строительства в целом, и в  этой сфере научной деятельности еще имеется большое количество нерешенных вопросов. 
 
 
 
 
 
 
 

Принципы  биоклиматической архитектуры. 

     В большинстве Европейских и Азиатских  стран, где уровень плотности городов достигает предельных значений, сейчас активно ведутся поиски принципов проектирования биоклиматических зданий. Реализованные на практике примеры уже зарекомендовали себя, в качестве экономически выгодных, экологически активных и социально адаптированных элементов среды.

     Биоклиматическая  архитектура возвращает нас к  принципам возведения зданий, применявшихся до технического прогресса. И главной ее задачей является сохранение естественного микроклимата в здании, а не уничтожение его.

     Архитекторы используют возможности современных  технологий, адаптируя эти принципы к условиям современного города и  условиям конкретного участка строительства.

     В России, в силу больших территориальных  резервов, строительство биоклиматических зданий может иметь индивидуальный характер для каждого климатического района. Чтобы применять принципы проектирования биоклиматической архитектуры в России, необходимо адаптировать эти принципы под  социальные, этнические и экономические особенности местности, основываясь на энергоэффективных технологиях. Для этого необходимо комплексное исследование не только современных тенденций развития биоклиматической архитектуры, но и истории развития архитектуры в целом в контексте с природой. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Принцип сохранения энергии. 

     Речь  идет о новом проектировании и  о строительстве сооружений таким  образом, чтобы свести к разумному  минимуму необходимость расхода  тепловой энергии на их отопление  или, напротив, охлаждение. Едва ли не первой попыткой такого рода было здание школы  Св. Георгия, которое еще в 1961 г. архитектор Эмсли Морган построила в городке  Уоллази, близ английского Ливерпуля. Все классные комнаты школы оказались  развернуты на юг и снабжены огромными  окнами с двойным остеклением, да еще и с широким промежутком  между стеклами, а чтобы солнце не слепило, применили специальное  рассеивающее стекло. Конечно же такое  стекло много дороже обыкновенного, но расчеты показали, что экономия на отоплении перекрыла эту разницу  всего через несколько осенних  месяцев. Для того чтобы сократить  потери тепла, здесь была использована трехслойная конструкция стены: снаружи кладка в один кирпич (25 см), за ней - 12,5 см вспененного утеплителя, и защитная обшивка изнутри.

     В школе вообще нет системы обычного отопления. Солнечный свет достаточно прогревает неглубокие классные комнаты, к чему добавляется тепло, исходящее  от человеческого тела и ламп освещения, а достаточно тяжелая ограждающая  конструкция аккумулирует тепло  настолько, что здание не успевает остыть, когда остается пустым.

     Соображения максимальной экономии привели, однако, к тому, что школа выглядит скучновато, представляя собой нечто, вроде  остекленного складского здания с односкатной  кровлей.

     Через два десятка лет в создании муниципального многоквартирного жилого дома во французском Авиньоне уже  удалось вполне освободиться от схематизма ранних работ. Небольшие двухъярусные квартиры сгруппированы вокруг атриумного дворика, освещенного солнцем, каждая квартира снабжена остекленной лоджией, через которую затягивается воздух для вентиляции всего комплекса  в холодное время года. На плоской  кровле смонтированы панели солнечных  элементов, обеспечивающих снабжение  дома горячей водой. В общей сложности  экономия на отоплении, сравнительно со стандартным строительством, составила 67%.

     Особая  правительственная программа строительства  всюду энергосберегающих односемейных домов в Канаде позволила создать  конструкции отлично утепленных стен, кровли и полов (утепленный фундамент  и стены подвала), что позволило  снизить расход топлива на 70%. 
 

     Принцип "сотрудничества" с солнцем. 

     Еще в римской жилой архитектуре  использование низкого зимой  южного солнца как основного источника  света и тепла стало обычным  делом, когда с I в. начали применять  оконное стекло. Если школьное здание в Уоллази было не более чем  техническим экспериментом, то, к  примеру, комплекс начальной школы  в бельгийском городе Турнэ позволяет  говорить о вполне зрелом, убедительном, с художественной точки зрения, архитектурном  замысле. Архитектор Жан Вильфар  создал компактный план, стремясь сократить  периметр стен, избавившись от коридора, потому собрав все классы вокруг зимнего  сада — библиотеки и снабдив каждый класс по первому этажу собственным  световым "оазисом". Если по северной стороне окна невелики, то вся южная  сторона представляет собой "каскад" вертикальных и наклонных остекленных  поверхностей, так что обычное  отопление в здании не потребовалось. Большой зал универсального использования  занял собой весь цокольный этаж. Солнечные панели передают тепло  коллектору, который представляет собой  помещение в 49 кубометров, заполненное  камнями, и еще одному коллектору, водяному, дающему 4 кубометра горячей  воды ежедневно.

     Еще Антонио Гауди вводил солнечный  свет в многоэтажные жилые дома, устраивая световые "шахты", выводящие  на кровлю. Моисей Гинзбург таким же образом добился того, что солнечным  светом оказались залиты все лестницы внутри здания Наркомфина на Новинском  бульваре в Москве. С 70-х годов  началось строительство гостиниц Джона  Порт-мана, с их "атриумами" на всю высоту здания. В наше время  этот принцип стал едва ли не общеобязательным при возведении банковских и офисных  зданий.

     Архитектор  Нильс Торп возвел штаб-квартиру Скандинавских  авиалиний в Стокгольме, ответив  пожеланию заказчика, который стремился  сломать холодный стереотип конторского  здания, создав внутри него максимально  неформальную, легкую и привлекательную  обстановку. Торп выстроил крупный  комплекс конторских помещений по обе  стороны озелененной "улицы", варьируя их по высоте, введя в первые этажи  магазинчики, кафе, ресторан, плавательный бассейн - все это залито солнцем.

     Архитекторы Габетти и Изола возвели десятиэтажный  жилой дом в Турине, развернув  жилые "крылья" к солнцу и, облицевав  центральный блок гостиных солнечными элементами, голубизна которых почти  полностью сливается с небом. Несколько необычный треугольный  план здания остроумно обыгран размещением  всех вспомогательных помещений  в его темном ядре, тогда как  все комнаты по южной стороне  освещаются и хорошо вентилируются через остекленные лоджии. Увы, авторам не удалось вполне избежать механичности, почти неизбежной при многоэтажном строительстве.

     Колин Смит возвел чрезвычайно уютный, при  всей скромности решения, центр для  инвалидов в английском графстве Хэмпшир, расположив приспособленные  к особым нуждам обитателей небольшие  квартиры по обеим сторонам озелененного пассажа, залитого светом во всякое время  года. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Принцип сокращения объемов  нового строительства. 

     Испокон века люди использовали старые здания или только материал от их разборки для возведения новых построек. Так, строители аббатства Сейнт-Албан  в Англии в свое время приспособили к делу кирпичи из руин римского города Веруланума. В практике русской  и скандинавской деревянной архитектуры  здоровые старые балки и стропила нередко размечали, извлекали из прежних построек и собирали наново в другом здании. Так же поступали  строители кровель средневековой  Европы. К середине XX в., казалось, вполне победил другой подход, - застройщики  убеждали городские власти и частных  инвесторов, что все сломать и  строить на пустом месте дешевле  и эффективнее. В действительности - не всегда дешевле, редко эффективнее, но, несомненно, проще.

     Если  бы такого рода установка на простоту сохранила свое монопольное положение, то к концу XX в. мир лишился бы почти всех старых зданий, которым  не посчастливилось быть причисленными  к важнейшим памятникам истории. Даже, казалось бы, в консервативном Лондоне происходило интенсивное  замещение старинных кварталов  новыми постройками -стандартными и  потому бесконечно унылыми. К счастью, период безудержного увлечения прогрессом остался позади, и, под давлением  общественного мнения, городские  власти большинства стран пришли к пониманию бесконечной важности сохранения толщи истории не только в музейных залах, но и непосредственно  в среде повседневного обитания людей.

     Мы  уже упоминали работу архитектора  Рода Хакни, сумевшего соорганизовать работу сотен жителей улицы Блэк Роуд в британском Макклсфилде, предназначавшейся  к сносу, на совместный труд, в ходе которого при перестройке всех жилых  домов был извлечен, очищен и наново использован буквально каждый добротный  кирпич. В результате комплекс Блэк Роуд получил множество премий за создание комфортной среды при минимальном  расходовании средств.

     Примерам  обновленной жизни старых зданий нет числа. Заслуженное место  среди них занимает Музей Орсэ в Париже. Старый Орлеанский вокзал был десятилетиями закрыт, пути давно  разобраны, и многие инвесторы заглядывались  на участок, занятый вокзалом в самом  центре города, на набережной Сены. В 80-е  годы было принято решение преобразовать  здание вокзала в музей искусства  первой половины XX в., и под руководством архитектора Гае Ауленти была проведена бережная реконструкция  огромного сооружения, которое приобрело  теперь славу одного из лучших музейных зданий мира.

     То  же относится к жилому району Крейцберг  в Берлине, который - при существенной помощи городских властей, но, прежде всего благодаря труду множества  жителей и их ассоциаций, в 80-е  годы удалось превратить из полуруины  в один из наиболее привлекательных  уголков города. Здесь даже удалось  осуществить масштабный эксперимент, в рамках которого один из кварталов  был превращен в "зеленую" зону, вплоть до создания автономной системы  очистных сооружений, с использованием бассейнов со специально подобранными растениями, и солнечных батарей  для сокращения расходов на отопление. В Крейцберге была успешно опробована перестройка старых фабричных зданий в превосходные жилые дома, тем  более удобные, что их каркасные  конструкции позволяют многократно  видоизменять планировку жилых квартир. Крейцберг был своего рода учебной  площадкой "зеленой" архитектуры  для всего мира, а уже в 90-е  годы наиболее убеждающим примером подражания оказалось преобразование старого  складского здания верфи Брэндрем в  Лондоне в привлекательный жилой  комплекс.

     Здание  с мощными кирпичными стенами  и стальным каркасом стояло пустым и обгоревшим десятки лет. Его  разборка, к счастью, оказывалась  слишком дорогим делом, и городские  власти объявили конкурс проектных  предложений, выигранный архитектором Левитом Бернстайном. Идея заключалась  в том, чтобы создать комфортабельное  общежитие для молодых людей, предпочитающих жить в коммунальных квартирах - и из соображений экономии, и в поисках общества. Склад  превращен в жилой кооператив из 24 двухкомнатных, 6 трех- и 4 четырехкомнатных квартир, выходящих на внутренний дворик, вырезанный из корпуса на всю его  высоту.

     Не  пропали и уроки Кристофера Дэя. В последние годы в Англии, в  США и Канаде появилось немало односемейных домов, при проектировании которых максимально учитывались  пожелания будущих жителей, а  при строительстве интенсивно использовался  вторичный материал. Это материал от многих разобранных построек, дополненный  активном освоением заново местных  строительных материалов - из тех, что  буквально под рукой, включая  тростник для сооружения чрезвычайно  теплых и надежных тростниковых кровель.

     К концу века во многих городах возникла проблема с жилыми домами, возведенными наскоро в 60-е годы. В этих "функциональных" жилищах более не хотели селиться, они теряли жильцов, отчего стоимость  их содержания ложилась все более  тяжелым бременем на городскую казну. В наиболее острой степени это  проявилось в Германии после ее объединения. С сотнями тонкостенных панельных  домов, неуютных, неудобных и дорогих  в эксплуатации, требовалось что-то делать.

     Можно, разумеется, пойти тем же путем, что  в Москве, где пятиэтажные панельные  дома стали безжалостно сносить. Можно поступать и иначе, как  в Дрездене, где под руководством архитектора Герберта Хана велась реконструкция  таких зданий, с пристройкой к  ним "стены" из небольших зимних садов (экономия на отоплении составила  до 50%) и преобразованием большинства  одноэтажных квартир в двухэтажные. Тем же путем Франк Штейн осуществил перестройку ряда жилых домов  в Копенгагене. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Принцип уважения к обитателю. 

     Речь  о существенном изменении подхода  к функционированию здания, когда  и застройщик, и архитектор, и  владелец видят в постройке не машину для проживания, а корпоративное  владение, в поддержании которого огромная роль принадлежит каждому  обитателю. Очевидно, что эта роль не может быть существенной в случае многоквартирных, стандартных многоэтажных блоков с неизменяемой конфигурацией  стен и кровли, где роль обитателей сводится исключительно к предотвращению вандализма.

     При реконструкции старых построек, как  в случае Блэк Роуд, роль будущих  обитателей может быть чрезвычайно  велика.

     В Ливерпуле, где немало жилых кварталов, застроенных в 30-е годы в "функциональной" манере, эти кварталы также предназначались  к сносу. Их обитателей должны были расселить в муниципальные квартиры, разбросанные по городу. Спасти дома, выстроенные  скверно из плохих материалов, было невозможно, но когда их обитатели, собравшиеся вокруг местного священника, настаивали на важности сохранения сообщества, власти пошли им навстречу. В результате был построен новый комплекс малоэтажных  зданий, в отношении которого будущие  его обитатели выступили как  участники единого товарищества.

     Архитекторы-консультанты затратили 32 вечера на то, чтобы обсудить с обитателями 145-ти жилищ все  детали будущего комплекса, получили их согласие участвовать в очистке  старой фабричной территории, в ряде строительных операций и в работе по благоустройству придомовых палисадников. Но если в товариществе, названном "Элдониан", архитектура жилых домов тривиальна и скучна, это скорее результат  недостаточного умения архитекторов. В пригороде австрийского города Грац архитектор Эйлфрид Хют достиг значительно более любопытного  результата. Застройка сблокированными  вместе домами обрела в этом случае высокое разнообразие деталей, начиная  с планировки жилищ, размещения, размеров и формы окон и завершая цветовым решением, - все в результате достигнутого взаимопонимания между архитектором и каждой семьей в отдельности.

     По  мере того как информация о результатах  строительного процесса, альтернативного  к прежним стандартам, становится общественным достоянием, горожане начинают все активнее втягиваться в процесс  формирования среды своего обитания. Так, при создании нового жилого комплекса  в ином пригороде Граца сначала  сформировалось сообщество будущих  жителей, затем оно выработало свои представления о необходимом. Наконец, уже как кооператив - оно приняло решение, что комплекс следует расчленить на три блока, и для проектирования каждого из них нанять иного архитектора, во избежание усредненности общего решения.

     Предельным  выражением установки на активность будущего обитателя стали попытки  создать такой "конструктор", чтобы  из готовых деталей каждый мог  построить дом, максимально приспособив  его к потребностям семьи. Этой работой  долгое время занимался калифорнийский архитектор Кристофер Алексан-дер. Он начал в 70е годы с процесса совместного со всеми преподавателями  проектирования университетского кампуса  в Орегоне. Позднее в Мексике, вместе с жителями, возводил поселок, в котором отдельные дома оказались  сгруппированы вокруг общего, коммунального  пространства. Эту же линию экспериментов  продолжил английский архитектор Уолтер Сигал, разработавший каркасные  конструкции для "самостроя" в  Макинтлетт (Уэльс). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Принцип уважения к месту. 

     В действительности речь идет об особой установке сознания, в наибольшей мере представленной восточной философией, в которой слияние с природным  окружением, бесконечное всматривание в него испокон века полагалось наивысшей  ценностью. В целом европейское  сознание издавна культивировало иное отношение к природе - ее рассматривали  исключительно как ресурс, и как  объект целенаправленной деятельности людей. Однако так было не всегда и  не во всех случаях. Слияние с природой, в каждой былинке которой усматривалась  красота Божьего творения, содержалось  в проповедях Св. Франциска Ассизского. Почти тем же чувством наполнена  работа английских ландшафтных архитекторов XVIII-XIX вв. Воспевание естественности было в центре философии Жан-Жака Руссо  и его последователей, тогда как  американский поэт Горацио Торо, не ограничиваясь словами, своими руками построил хижину в лесу, чтобы затем  описать это как процесс самоосвобождения.

     В книге Торо внешнему виду его лесного  жилища уделено всего несколько  строк: "Итак, теперь у меня маленький  домик, накрытый шинглом7 и оштукатуренный, десять футов длиной и пятнадцать шириной, со столбами высотой восемь футов, с гардеробом и маленькой  кладовой, с большими окнами в каждой стене, тесными сенями в одном  торце и кирпичным очагом напротив". Главным для писателя был сам  процесс, определение объема дерева и прочих материалов, разъяснение  стоимости каждой детали и объема затраченного на нее времени. Торо описывал наслаждение, которое давал ему  процесс вспарывания толщи земли, "ведь на любой широте люди врываются  в землю, чтобы добиться приемлемой температуры внутри...".

     Казалось  бы, все эти романтические устремления  остались далеко в XIX в., однако к концу XX в. почти повсеместно наблюдается  вспышка интереса к традиционной архитектуре "примитивных" культур. Так, архитекторы вспомнили о  подземных жилищах Китая, где  в зоне лессовых почв издавна утапливали дома в толщу грунта, группируя  все помещения вокруг светового  дворика-колодца и ведя на плоских  кровлях интенсивное овощное  хозяйство. Вспомнили о подземных  жилищах африканской пустыни, и  началось возведение сооружений, частично или даже полностью упрятанных в  землю.

     Как обычно, полем для эксперимента оказались  индивидуальные жилые дома и мастерские, вроде архитектурного бюро Малькольма Уэллса в штате Нью-Джерси.

     В Нью-Хэмпшире Дональд Метц возвел два  подземных дома, причем, если один из них вполне вписывается в традицию современной архитектуры (гостиные, кухни и вспомогательные помещения  упрятаны в толще искусственного склона), то другой принципиально решен в мягкой пластике периметра, раскрывая все жилые помещения на юг и юго-восток. Каталонский архитектор Хавьер Барба построил дом площадью всего 220 кв. м на участке склона площадью 20 соток, практически полностью упрятав дом в толщу склона, так что зрительно весь участок остался зеленым. Разумеется,пришлось пойти на изрядное усиление бетонных опор, чтобы удерживать на кровле слой грунта толщиной 60 см, заросший густыми травами, но принцип нетронутости участка был для заказчика важнее. При этом дома весьма комфортны по планировке, просвечиваются прямым светом на всю глубину и чрезвычайно экономны в том что касается затрат на отопление и, что еще важнее в этом климате, охлаждение летом.Тема озелененной кровли приобрела огромную популярность и в северной Европе, начиная с работ Кристофера Дэя в Уэльсе или Ганса Платена в Германии. Оценив суммарную площадь кровель городов, архитекторы, совместно с опытными садоводами, выдвинули концепцию возвращения зелени, отнятой городом у природы. В 80-е годы конструкции озелененных кровель удалось довести до совершенства, обеспечив оптимальные условия для растений и надежную защиту перекрытий от влаги и корней. Включая слой грунта, это конструкция из семи слоев, создание которой обходится недешево и, главное, предполагает чрезвычайную тщательность работы. Однако результат вполне убедителен, и в последние годы кровли европейских городов - плоские, и террасированные, и наклонные - начали все чаще превращаться в газоны, поднятые высоко над уровнем земли. Эти "висячие" сады нового времени все заметнее в городском ландшафте.