Хезла Айуб ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВОЙ АРХИТЕКТУРЫ В ЗАСУШЛИВЫХ ЗОНАХ (на примере оазисов Северной Сахары Алжира)



title:
Хезла Айуб ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВОЙ АРХИТЕКТУРЫ В ЗАСУШЛИВЫХ ЗОНАХ (на примере оазисов Северной Сахары Алжира)
Альтернативное Название: Хэзлем Айуб ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ устойчивой АРХИТЕКТУРЫ В ЗАСУШЛИВЫХ ЗОНАХ (на примере оазисов Северной Сахары Алжира) Khezlem Ayub OSOBENNOSTI FORMIROVANIYA ustoychivoy ARKHITEKTURY V ZASUSHLIVYKH ZONAKH (na primere oazisov Severnoy Sakhary Alzhira)
Тип: synopsis
summary: В первой главе «Концепция устойчивого развития и архитектурное проектирование в засушливых зонах» рассматриваются концепции путей и новых методов проектирования и строительства, приводящих к экологически, экономически и социально безопасному развитию окружающей среды.
На примере оазисов Северной Сахары Алжира выявлены предпосылки, определяющие строительство энергоэффективных зданий: экологические,
экономические, природно-климатические, градостроительные, планировочные, конструктивные, инженерные, стилистические, эстетические, социальные.
Если исходить из этих предпосылок, основными идеями устойчивой архитектуры являются:
- эффективность использования ресурсов;
- энергетическая эффективность зданий и сооружений;
- предотвращение загрязнения окружающей среды;
- совместимость зданий и сооружений с окружающей средой;
- соответствующее ее принципам формирование бизнеса.
Рассмотрим варианты достижения устойчивого развития в архитектуре в основных аспектах.
Социальный аспект: 1) строение должно быть рассчитано на будущие поколения с возможностью удовлетворения потребностей на высоком качественном уровне; 2) должна быть адаптивность застройки к вызовам и рискам природно-климатического характера; 3) должно быть максимально обеспечено ресурсосбережение и снижено энергопотребление; 4) строительство должно быть самодостаточным с точки зрения энергетики; 5) при проектировании отказ от архитектурных решений, которые могут нанести ущерб здоровью человека.
Экономический аспект: 1) максимальное использование возобновляемых строительных материалов; 2) использование прочных материалов и изделий; 3) применение энергосберегающих материалов; 4) возможность использования утилизируемых материалов; 5) возможность использования экологически чистых материалов; 6) применение оборудования для максимальной интенсивности строительства.
Экологический аспект: 1) не нарушать экологический баланс и сохранить естественный ход природных процессов; 2) анализ и оценка места строительства; 3) повторное использование существующих зданий и сооружений; 4) снижение воздействия природных условий на здания и сооружения.
Архитектурное проектирование в регионе Северной Сахары Алжира в первую очередь зависит от климатического характера региона. Изогнутые крыши, купола, арки, своды, формирование замкнутого, компактного объема, чаще всего с внутренним двором (атриумом, айваном), фонтаны, которые находятся в центре внутреннего двора, открытые террасы и галереи внутри двора, небольшой размер оконных проемов на наружных стенах, достаточно большая толщина стен, машрабия, алмальгаф определенным образом обусловили формирование современной архитектуры.
Многочисленные башенные объемы минаретов, расположенные на территории города, являются еще и пожарными башнями.
В современной архитектуре Северной Сахары Алжира наряду с использованием традиционных национальных архитектурных элементов, применяются современные технологии: солнечные батареи, системы естественного освещения через отражающие зеркала и фотоэлементы на фасадах зданиях.
В ходе анализа были выявлены основные приемы формирования народной архитектуры Алжира в аспекте устойчивого развития.
К градостроительным приемам относится выбор местоположения застройки с учетом следующих аспектов : 1) обеспечить нормальную
инсоляцию и благоприятные условия для затенения городской территории, обращая особое внимание на озеленение дворовых пространств и городских улиц в структуре районов Северной Сахары Алжира; 2) строительство малоэтажных жилых зданий, в которых показатели энергоэффективности намного выше, чем в высотных зданиях.
К архитектурно-планировочным приемам относятся: 1) компактность формы здания; 2) использование дома-патио; 3) изогнутая форма крыши; 4) узкие вертикальные оконные проемы (кроме северных фасадов);
К конструктивным приемам относятся: 1) использование многослойных толстых ограждающих конструкций; 2) совмещение ограждающих и несущих функций конструктивных элементов; 3) создание отражающих поверхностей кровли - использование песка белого цвета, или специальной белой местной окраски; 4) рельефная гипсовая штукатурка; 5) отражающее остекление здания для солнцезащиты;
К нетрадиционным возобновляемым источникам энергии относятся принципы использования: 1) энергии солнца; 2) энергии ветра; 3) биоэнергии; 3) тепла верхних слоев земли; 5) вторичной энергии.
Для строительства и архитектуры в условиях устойчивого развития выявлены критерии оценки перспективных проектных решений: экономичность, пространственная ориентация, форма и линейные параметры, внутренняя планировка, конфигурация плана, тип заполнения светового проема, площадь остекления.
Во второй главе «Особенности архитектурного проектирования в условиях сухого жаркого (аридного) климата» рассматриваются основные климатические проблемы в процессе проектирования в указанных условиях.
В жарких странах два основных климатических вопроса имеют значение в процессе проектирования:
- защита от солнечной радиации;
- обеспечение охлаждения внутреннего пространства за счет циркуляции воздуха.
Сухой жаркий климат отличается продолжительным знойным летом (более 100 дней в году) и характеризуется летней температурой наружного воздуха 40°С и выше (при относительной влажности 10% и ниже), интенсивной солнечной радиацией и частыми ветрами. В регионе существует большая разница температур днем и ночью из-за песчаной почвы - она быстро нагревается и быстро остывает, температура песка достигает в июле 50 °С днем и 15 °С вечером, а зимой падает до нуля в течение ночи. Климатические факторы влияют на выбор формы и расположения зданий, строительных материалов, поверхности и цвета отделочных материалов, а также на планирование пространства, улицы, внутренних двориков и садов.
Остановимся на наиболее важных климатических факторах, влияющих на архитектуру.
Защита здания от солнечной радиации определяется несколькими факторами: 1) морфология и архитектурная форма здания; 2) обработка стен; 3) обработка отверстий и окон.
При этом учитываются основные строительные характеристики:
- ориентация здания;
- строительные материалы;
- системы перекрытий.
Изогнутые крыши (купола, арки, своды) геометрией своей формы способствуют:
- увеличению количества теней;
- уменьшению площади поверхности крыши, находящейся под солнцем;
- увеличению внутреннего объема здания и лучшей циркуляции воздуха;
- смягчению негативных последствий песчаных бурь.
Кроме того они препятствуют накоплению песка и пыли.
Эффективно использование «машрабии» - системы вентиляции, при которой воздух забирается с улицы через специальный воздухоприемник.
Пример сочетания современных технологий и древних арабских традиций строительства и архитектуры, которые в течение столетий позволяли местным жителям выживать в самых экстремальных погодных условиях, - движущиеся башни Аль-Бахар в Абу-Даби (ОАЭ), 2012 г. Для защиты внутренних помещений от 50-градусной жары поверх фасада используется оболочка из золотистых «модулей-зонтиков», которые открываются и закрываются в зависимости от освещенности и управляются автоматически из единого центра
- «мозга» системы. Центральное управление обеспечивает слаженность работы и взаимодействие всех элементов, что способствует уменьшению расхода энергии не только на охлаждение, но и на освещение. По мнению компании Aedas Architects, такой подход эффективнее, чем тонированные стекла, неизбежно ограничивающие поток света в любое время суток.
Сложный температурный режим требует:
- увеличения теплового сопротивления материала здания;
- использования светлого цвета внешних поверхностей;
- использования строительных материалов с высокой плотностью.
Большинство городов в странах с жарким сухим климатом
характеризуются двумя основными признаками: извилистые узкие улицы, многие из которых заканчиваются тупиками, и внутренние открытые дворы, в которых разбиваются сады или строятся фонтаны для увлажнения и освежения воздуха. Эта особенность представлена в городах Долины Мзаб в Гардая и в городе Эль-уед, и в Ксаре города Уарегла, в Северной Сахаре Алжира.
В новейшей архитектуре примером является город Масдар на 50 тысяч человек в Абу-Даби, (ОАЭ), арх. Н.Фостер и Партнеры. Первые жильцы появятся в городе в 2018 г. Главная архитектурная идея этого города будущего
- сооружения, похожие на зонты гигантских размеров. Они предназначены для того, чтобы укрыть жителей от палящего солнца. Эти исполинские «подсолнухи» защитят улицы от дневного зноя, а накопленная ими энергия будет использоваться в ночное время. При этом архитекторы используют древние знания о строительстве в пустынях. Для Масдара характерны узкие улочки между современными фасадами, благодаря чему обеспечивается наличие тени и создание каминного эффекта для воздушных потоков.
Существуют два основных метода увлажнения воздуха:
1) увлажнение воздуха через «алмальгаф» (система вентиляции, при которой воздух забирается с улицы через специальный воздухоприемник, находящийся выше здания, с воздухозаборными окнами по бокам, повернутыми в направлениях господствующих ветров; через воздухоприемник горячий воздух попадает в воздуховод, где фильтруется через простые фильтры из мелкой деревянной решетки или ткани и, опускаясь вниз, охлаждается; внизу воздуховода установлен бассейн с водой для увлажнения остывшего воздуха, после чего он попадает в помещение);
2) увлажнение воздуха при помощи садов или фонтанов, которые находятся в центре внутреннего двора дома.
Традиционные стратегии пассивной вентиляции в традиционных арабских домах применены в Университетском городке KAUST в поселке Фувал (Саудовская Аравия), арх. бюро НОК, 2010. Проектировщики также использовали башни-ветрогенераторы (солнечные вытяжные трубы), которые пускают поток воздуха по пешеходным дорогам. Традиционная машрабия (деревянные сетчатые решетки) стала основным приемом затенения в городке. Цель - не только фильтрация солнечного излучения, но и создание красивых светотеневых эффектов. Это первый проект в Саудовской Аравии, прошедший сертификацию и получивший платиновый сертификат от системы LEED.
Одним из основных преимуществ внутреннего двора является обеспечение вентиляцией и естественным освещением помещений здания.
Традиционные методы естественной вентиляции и пассивного охлаждения возрождены в здании школы в Дамаске, арх. Ateliers Lion совместно с немецкой экологической инженерной фирмой Transsolar, 2008. Эти эффекты в классных комнатах достигаются путем комбинации стратегий пассивного проектирования: затенение и охлаждение крыш классов для снижения поступления солнечного тепла в них, регулирование внутренней температуры с помощью тепловой массы зданий и использование стратегии естественной вентиляции, взятой из традиционной архитектуры. Способ вентилирования школы основан на использовании солнечных вытяжных труб, работающих при помощи ветра. Функция этих труб в том, чтобы охлаждать температуру воздуха перед тем, как он поступит в классы, делая максимальным его контакт с землей, температура которой почти всегда постоянна.
Третья глава «Преемственность в движении от архитектуры народной к устойчивой архитектуре» описывает особенности народной архитектуры Алжира в аспекте формирования устойчивой архитектуры.
Алжир располагается на берегу Средиземного моря. Тогда почему для данного исследования был выбран именно аридный климат, который не просто
жаркий, но одновременно засушливый? Потому что более 2/3 Алжира занимает пустыня. Более 80% территории страны - это Сахара.
Почему именно оазисы Северной Сахары Алжира? Эти оазисы являются самыми привлекательными местами пустыни. Там:
- проживает 75% населения пустыни;
- располагается большое количество запасов воды (большинство резервов страны);
- находятся месторождения нефти и газа.
Важно и стратегическое местонахождение: данная зона объединяет три страны - Алжир, Ливию и Тунис. Для достижения целей эко-ответственной архитектуры необходимо систематизировать основные принципы устойчивого развития для проектирования зданий для стран с жарким сухим климатом.
Устойчивый город (экогород) - это город, спроектированный с учетом влияния на окружающую среду, населенный людьми, стремящимися минимизировать потребление энергии, воды и продуктов питания, исключить неразумное выделение тепла, загрязнение воздуха углекислым газом и метаном, а также загрязнение воды. Первым понятие «экогород» использовал Ричард Регистер в 1987 г. в книге «Экогород Беркли: строительство города для здорового будущего».
Экологические города формируются различными методами, такими как:
- создание сельскохозяйственных структур, участков в черте города (в центре или пригородах) - это сокращает путь продуктов питания от поля до стола; на практике можно создавать малые частные земледельческие участки или более масштабные производства (например, вертикальные сельскохозяйственные здания типа агронебоскребов);
- использование возобновляемых источников энергии - ветрогенераторов, солнечных батарей или биогаза, созданного из сточных вод; масштабы города могут обеспечить экономическую целесообразность и жизнеспособность таких источников энергии;
- снижение необходимости кондиционирования воздуха (большой спрос на энергию) через посадку деревьев и цветовое освещение поверхности, через устройство природных систем вентиляции, увеличение водных объектов и зеленых зон до уровня не менее 20% площади города; эти меры направлены также на борьбу с эффектом «теплового острова», вызываемым обилием бетона и асфальта, которые делают городские районы несколькими градусами теплее, чем окружающие сельские районы (разница температур достигает вечером 6оС);
- улучшение общественного транспорта и увеличение пешеходных зон для сокращения автомобильных выхлопов; для этого требуется совершенно другой подход к планированию города, с продуманной интеграцией деловых, промышленных и жилых зон; дороги нужно проектировать так, чтобы вождение не вызывало затруднений; обеспечение оптимальной плотности застройки, чтобы сделать общественный транспорт жизнеспособным, но избежать создания городских «островов тепла» ;
- предотвращение чрезмерного разрастания городов, поиск новых путей, позволяющих людям жить ближе к работе; поскольку рабочие места имеют тенденцию возникать, как правило, в городе (даунтаун или городской центр), работодатели ищут способы увеличения плотности путем изменения «архаичных» взглядов жителей, стремящихся иметь рекреации между районами; один из новых подходов к решению этой проблемы предлагают представители движения «разумный рост», а именно :
- организацию «зеленых» крыш;
- использование транспорта с нулевым уровнем выбросов;
- строительство «активных» домов;
- использование устойчивых городских дренажных систем;
- использование энергосберегающих систем и устройства;
- применение ксероландшафтинга - садового и ландшафтного проектирования с сохранением чистой воды («ксерос» - сухой).
Эволюция, обновление города, городской планировки означает восстановление на основе имеющихся архитектурных и природных ресурсов. Оно направлено, в частности, на решение социальных, экономических, градостроительных, архитектурных задач, предполагает реконструкцию поврежденных старых кварталов и поощрение новых разработок социального жилья, в том числе для небольших городов. Эта концепция, разработанная архитекторами, градостроителями и сторонниками устойчивого развития, появилась в 1980 г.
Основная цель обновления городов - ограничение разрастания пригородов и оценка плотности жилой застройки, в том числе для уменьшения экологического вреда, причиняемого средой обитания. Город может обновляться на основе не только старых кварталов, но и промышленных районов. В целом обновление городов ведет к уплотнению существующей городской «ткани», но это происходит не всегда. Развитие города требует скорее ее трансформации - сноса, реконструкции или повторного использования архитектурного наследия.
В настоящее время в целях обеспечения устойчивого развития и при условии роста цен на нефть желательно восстановление города без использования незаселенных участков. Чаще всего это обходится дороже, чем восстановление, снос или изменение существующих зданий на свободных землях. Спонтанное обновление городов происходит только в самых привлекательных районах, где рост цен на жилье как следствие выгодности сделок с недвижимостью часто приводит к социальной сегрегации.
Принципы биоклиматической архитектуры, разработанные современными архитекторами в сотрудничестве с инженерами, экологами и многими другими специалистами являются реальной основой для архитектурной практики. В засушливом жарком климате реализация принципов биоклиматического проектирования зданий имеет свою специфику.
Принцип энерго- и ресурсосбережения, имеющий важнейшее значение для строительства и эксплуатации зданий в засушливых зонах, обеспечивается оптимизацией архитектурно-планировочных решений, выбором оптимальной формы, размера и ориентации здания, а также рациональным использованием солнечной энергии. В исследовании предлагаются следующие пути обеспечения принципа энергосбережения в условиях жаркого климата:
- увеличение теплоизоляции зданий с помощью использования атриумов, озеленения крыш, двойной крыши и толстых стен;
- использование традиционных национальных архитектурных элементов на фасадах в зависимости от ориентации здания, таких как купол, свод, машрабия, айван, вентиляционное устройство;
- применение элементов современных технологий, таких как солнечная батарея, система естественного освещения через отражающие зеркала, фотоэлементы на фасадах зданий и остекление типа «тепловое зеркало».
Проектирование и строительство зданий должно идти таким образом, чтобы свести к минимуму расход тепловой и электрической энергии на их отопление, охлаждение и кондиционирование. Принцип сохранения энергии должен быть реализован на протяжении всего жизненного цикла здания. Основные методы сокращения теплопотерь таковы:
- улучшенная теплоизоляция основных ограждающих конструкций;
- уменьшение «мостиков холода» в конструкциях;
- повышенная герметизация оболочки дома;
- использование специальных энергосберегающих окон для пассивных зданий;
- высокоэффективная рекуперация тепла из вытяжного воздуха.
Здание главного управления Масдара в Абу-Даби (ОАЭ), арх. бюро Adrian Smith + Gordon Gill Architecture (AG-GS), 2010 - первое здание с положительным энергобалансом на Ближнем Востоке - сейчас в стадии строительства и должно быть закончено в 2016 году. Проект Masdar HQ создан по эффективной формуле, сочетая пассивные системы с активными и источниками возобновляемой энергии для достижения целей энергосбережения. Архитектурные формы здания продиктованы экологичными стратегиями, в частности, системой вентиляции, опирающейся на региональные традиционные вентиляционные элементы - башни-ветрогенераторы. Форма здания Masdar HQ обусловлена также необходимостью максимизировать затенение и снизить поглощение солнечного тепла. Огромный 7 -акровый навес, который включает в себя один из крупнейших в мире фотоэлектрических и солнечных теплонагревателей, одновременно перерабатывая в электричество солнечную энергию и предоставляя энергию для охлаждения, образует крышу здания и составляет единое целое с конусами, которые его поддерживают. Оазисоподобные внутренние помещения в основании каждого из конусов (которые возможны благодаря контролируемому поступлению дневного света через отверстия наверху и служат многофункциональным конференц-залом) одновременно принципиально новы и в то же время перекликаются с традиционными внутренними дворами на Ближнем Востоке. Открывающиеся раздвижные окна обеспечивают естественную вентиляцию внутренних помещений. Особый микроклимат создает затененный навесом сад из традиционной для региона растительности и с элементами водного дизайна.
Принцип взаимодействия с солнцем. Среди известных источников энергии Солнце по мощности и емкости не имеет равных. Солнечная энергия поступает на Землю в виде световых лучей и невидимого ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Атмосфера Земли отражает до 30% лучистой энергии Солнца, примерно 47% ее поглощается атмосферой и поверхностью Земли, вызывает повышение температуры и затем вновь излучается в пространство. Остальная энергия, всего 23%, превращается в движущую силу ветров, течений и волн, формирует климат, вызывает круговорот воды и, в конечном счете, тоже излучается в пространство.
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). Испокон веков люди использовали старые здания и строения или хотя бы материал от их разборки для возведения новых построек. Так, строители аббатства Сент-Альбан в Англии в свое время использовали кирпичи из руин римского города Веруланума.
Принцип социально-антропологической ориентированности здания. Этот принцип заключается в качественном изменении подхода к функционированию здания, когда и архитектор, и застройщик, и владелец жилища видят в здании не просто «машину для жилья», а корпоративное владение, в поддержании которого огромную роль играет каждый, кто с ним взаимодействует.
Принцип экологической ориентированности здания (уважение к месту). Ничто другое не формирует архитектуру здания так сильно, как место, на котором оно создается. Однако европейское сознание издавна культивировало иное отношение к природе, нежели принято в восточной философии. Сейчас здания строятся на принципах уважения к природе - к месту и той среде, в которой проектируется здание.
Реализацию этого принципа можно проследить на примере проекта смешанной застройки Xeritown в Дубае (ОАЭ), X-Architects, SMAQ-Аrchitecture и бюро Happold, 2008. Проект предусматривает создание ряда плотных городских групп, расположенных согласно природному ландшафту. Площадь застройки по плану комплексного развития в итоге заняла менее 50% территории, учла солнечную «геометрию» - были сформированы компактные затененные пространства. Г ородская структура определяется узкими пешеходными аллеями и маленькими скверами и типична для традиционных арабских городов. Ориентация зданий по сторонам горизонта такова, чтобы увеличить количество желаемых ветров, воздействующих на эту местность. Усиленная естественная вентиляция помогает сократить энергозатраты при строительстве, снижая необходимость искусственной вентиляции и кондиционирования.
Здание американского университета в Бейруте, арх. фирма VJAA, Миннеаполис совместно с фирмой «Samir Khairallah и партнеры», Ливан, 2009 г., в котором реализованы стратегии пассивного проектирования, состоит из пяти низких призматических объемов, расположенных по радиусам, направленным к морю, что открывает эти пространства преобладающим морским бризам. В результате две трети внутренних пространств, включая и те, которые в основном используются в светлое время суток, обеспечены естественной вентиляцией через большие проемы на северных и южных фасадах зданий.
Принцип целостности. Именно этот принцип выражает идеал биоклиматической энергоэффективной архитектуры, хотя, разумеется, непросто достичь решения, в котором все перечисленные ранее принципы были бы задействованы вместе. Но этот принцип является наиболее важным, поскольку гармонизирует и синтезирует в единое целое все части рассматриваемого подхода.
В диссертации предложены типологические модели домов-патио на градостроительном и объектном уровнях в аспекте экологического проектирования. Дом-патио с присущими ему характеристиками, адаптированными к пустынному климату, является основным композиционным типом жилых и общественных зданий. Он типичен для жаркого и сухого климата, но могут меняться некоторые детали в зависимости от микроклимата и местных традиций. Кроме того, крыши и фасады с ориентацией запад-восток подвергаются сильному воздействию солнечной радиации. В связи с этим здания ориентируются с севера на юг, а фасады на восток-запад, имея при этом общие перегородки, и в итоге получают минимум солнечного света. В архитектуре пространственный принцип патио дает ряд композиционных возможностей:
- модель А) на градостроительном уровне - непрерывная застройка из домов-патио позволяет избежать высокой степени урбанизации;
- модель Б) для жилых зданий - дома-патио могут условно относиться к типу «таунхаус» или «промежуточное жилье» и применимы в условиях высокой плотности застройки;
- модель В) для общественных зданий - независимость внутренних и внешних пространств, в них можно совместить отдельные внутренние и городские архитектурные требования.
 


Обновить код

Заказать выполнение авторской работы:

The fields admited a red star are required.:


Заказчик:


SEARCH READY THESIS OR ARTICLE


Доставка любой диссертации из России и Украины