Биоклиматические здания – это такие здания, в которых, путем формирования архитектурно-планировочной структуры,  создаются максимально естественные условия комфортного внутреннего микроклимата, а так же дружественные к окружающей среде. Они  объединяют в своей структуре озелененные пространства, участвующие в создании внутреннего микроклимата, позволяют экономить энергию за счет использования возобновляемых источников (солнце, ветер и др.), и в целом представляют собой новый тип экологических зданий.

Рассмотрим основные архитектурно-планировочные элементы, влияющие на формирование биоклиматических зданий:

Форма плана

Форма плана здания влияет на распределение воздушных потоков. Эта особенность может помочь или препятствовать естественной вентиляции. Зная направление воздушного потока, можно создать форму здания, соединяющую высокую и низкую области давления, и создавая при этом благоприятные условия  для естественной вентиляции (рис 1).

Треугольный план.

Достоинства его состоят в том, что он рассекает потоки воздуха, небольшое сопротивление воздушным потокам наблюдается на вершине угла.

Недостатки заключаются в зависимости ориентации углов здания от направления ветра, сложность в планировочном расположении помещений в углах здания.

Круглый план.

Положительная характеристика – это хорошая аэродинамика независимо от направления ветра, возможность выбора ориентации помещений.

Отрицательная сторона –  сложность конструкций, сложность планировочной структуры.

Квадратный план.

Плюсом такого плана является индустриальность здания, возможность применить типовые решения, простата планировки.

Минус состоит в  зависимости от ориентации, плохой  аэродинамике.

Смешанная структура плана в зависимости от розы ветров и ориентации.

Достоинством такой структуры является  возможность пластическими  и объемно-пространственными средствами реагировать на  природные условия участка местности.

Недостаток заключается в  сложности конструкции.

Для обеспечения лучших условий для биоклиматического здания, план здания должен отвечать внешним влияниям природных условий, микроклимата на конкретном участке местности.   В зависимости от климатического пояса, форма плана меняется. В холодном и климате  планы более компактные. Наружная площадь стен сводится к минимуму, чтобы предотвратить переохлаждение помещений. Для сохранения тепла здание должно иметь  достаточную ширину корпуса. Для увеличения габаритных размеров корпуса здания в центральной части размещают коммуникационные узлы и атриумные пространства. Озелененный атриум в центральной части здания  служит природным энергетическим аккумулятором тепла  всего здания. Озелененные пространства, включенные таким образом в структуру здания,  представляют собой частицу естественной природной среды, образ и качество которой может регулировать человек.

За счет увеличения глубины и габаритов корпуса здания происходит уменьшение теплопотерь и экономия затрат на отоплении от 10 до 40 %.

В жарком климате площадь поверхности, на которую воздействуют прямые солнечные лучи должна быть сведена к минимуму. План должен быть компактным. Коммуникационные узлы должны быть обращены на  неблагоприятную сторону, что обеспечит дополнительную изоляцию. Структура плана может быть «рыхлой» (изрезанной), что создаст дополнительные затененные зоны на фасаде. Во влажном климате план здания может иметь развитую незамкнутую структуру с включенными общественными пространствами, что обеспечит лучшую проветриваемость.

В умеренном климате планировка биоклиматического здания демонстрирует открытость окружающей среде, но в тоже время имеет возможность изолироваться от неблагоприятных климатических условий в зимний период.

Форма крыши

Выбор конфигурации кровли зависит от высоты здания и природных условий участка местности. В каждом климатическом поясе издревле складывались свои представления об идеальной форме, которая учитывала бы  все внешние природные влияния на здание (рис 2).

В северных районах, где выпадает большое количество осадков, преобладают крыши с крутыми скатами. Это исторически обусловлено необходимостью сокращения снеговой нагрузки на кровлю. При применении плоских кровель должно обеспечиваться снегоудаление. В районах с жарким климатом кровля должна защищать здание от перегрева. В жарком климате  с интенсивной солнечной активностью необходимо получать максимальное затенение фасада от крыши здания. Для этого предусматривается большой вынос кровли или козырек относительно фасада. Материал кровли не должен подвергаться перегреву. Предпочтительно использовать светлые цвета, отражающие солнечные лучи.   Сводчатые структуры имеют минимальную площадь нагрева. Такие структуры хорошо зарекомендовали себя в традиционных египетских постройках.  И только в областях, где осадков почти не бывает, например, в Египте или Междуречье, почти не используют крыши с крутыми скатами. Там преобладает оформленная как терраса плоская крыша. В районах, где выпадает большое количество осадков, наиболее предпочтительны кровли с уклоном в 45° и выше.

В регионах, где преобладают сильные ветры, лучше избегать скатных крыш, так как их порывы оказывают на скаты сильное давление. Во влажном климате,  необходимо хорошее проветривание. Для этого необходимо иметь скатную крышу с максимальным свесом, что создает максимальную разницу в давлении на противоположных фасадах и увеличивает естественную вентиляцию.

Кроме формы на выбор конфигурации кровли оказывает влияние материал. Полусферическая, стеклянная кровля плохо работает в жарком климате из-за переизбытка солнечной радиации и перегрева верхних этажей здания,  и плохо работает в северных широтах из-за налипания снега. В то же время  полусферическая каменная кровля – традиционный вид кровли в арабских странах. За счет наименьшей площади поверхности, такая кровля меньше нагревается и скапливается прохладный воздух.

Форма крыши может регулировать уровень дневного света внутри здания, характер и направление воздушных потоков вокруг здания, что непосредственно влияет на естественную вентиляцию. Окончательный выбор формы кровли осуществляется после анализа особенностей участка местности, определения преобладающих направлений воздушных потоков и солнечного пути.

Расположение коммуникационных узлов

В холодном климате коммуникационные узлы  рационально располагать на северной стороне здания, так как это наиболее неблагоприятная ориентация для жилых и общественных помещений (рис 3). При данном расположении  коммуникационные узлы служат  дополнительной изоляцией от холодных северных ветров, а их расположение в плане обеспечивает оптимальную ориентацию для остальных  помещений. В жарком климате, наоборот,  целесообразно размещать коммуникационные узлы на южном фасаде, что препятствует перегреву здания. В смешанном климате целесообразно размещать  коммуникационные узлы на северной стороне фасада и солнцезащиту на южном. В тропическом климате для лучшего проветривания коммуникационные узлы  предпочтительно располагать в центральной части здания.

Связь 1-го этажа здания с улицей.

Связь с улицей осуществляется за счет организации максимально открытой  объемно-пространственной композиции, устройства общих рекреационных зон выходящих из 1-го уровня на улицу. Визуальная связь  осуществляется за счет использования единого мощения, озеленения, которые могут применяться как внутри здания, так и снаружи. Таким образом, структура биоклиматического здания напоминает структуру дерева с корнями, которое крепко держится на участке (рис 4).

Здание не должно просто стоять обособлено, его объем должен «вырастать» из проектируемого участка местности, его структура должна быть подчинена данному участку местности.

С точки зрения социального фактора на 1-ом этаже здания целесообразно размещать помещения, обслуживающие город или район. Таким образом, будет происходить слияние жилой и общественной функций района посредством размещения социально значимых  предприятий обслуживания и торговли. Компенсация городскому пространству утраченной свободной территории за счет объемно-пространственных решений первого уровня здания осуществляется следующем образом:

– строительство зданий на опорах, под которыми размещается дополнительное озеленение и элементы благоустройства, утраченное городом при строительстве здания,

– размещение в структуре 1-го уровня здания общественных пространств и служб, работающих на город благодаря чему осуществляется объединение различных функции.

 

Вывод.

Разработана типология архитектурно-планировочных решений городских биоклиматических зданий в которых, методом архитектурно-планировочных решений, создаются максимально естественные условия внутреннего микроклимата, без использования или с ограниченным использованием инженерно-технических средств. В целом такие здания представляют собой перспективное направление развития современной экологической архитектуры.

 

Ярослав Усов, архитектор