Принципи биоклиматической архітектури
У вираженні "біокліматична архітектура» полягає багато різних поня-тий, які можна узагальнити в одному схематичному визначенні як комплекс про-проектних рішень, що дозволяє забезпечити в приміщенні збереження сприятливих для життя людини умов при найменшому використанні установок, які вимагають споживання енергії від невідновлюваних джерел енергії. Інакше кажучи, між будівлею і навколишньою його зовнішнім середовищем повинні скластися такі відносини, щоб необхідні зміни у внутрішньому середовищі житла відбувалися в основному в силу його морфологічних, термофізичних властивостей, а також в силу його розмірів, і т.д.
Оскільки зовнішні умови змінюються в залежності від місця розташування будівлі - причому, щодо певного місця розташування будівлі вони змінюються в часі - ідеальне "биоклиматическое житло» має в свою чергу мати здатність змінюватися відповідним чином, розсіюючи найменшу кількість тепла в холодну пору, вбираючи в себе сонячну енергію в денний час в зимові місяці і накопичуючи її для використання в разі необхідності, відображаючи сонячне випромінювання в жарку погоду, в той час, коли, навпаки, доцільніше було б віддавати найбільшу кількість тепла.
Можна спробувати досягти такого "ідеального» поведінки будівлі за допомогою низки спеціальних прийомів і побудов.
Перш за все, необхідно взяти до уваги форму і орієнтацію будівлі. Дуже компактні форми знижують дисперсію тепла і корисний ефект як сонячного випромінювання, так і тепла, в тому випадку, коли зовнішня температура вище внутрішньої. Відкриті форми дозволяють досягти більшого теплообміну посредст-під вентиляції. Орієнтація будівель обумовлюють величину поверхонь, які по-різному висвітлюються сонцем, надаючи, таким чином, вплив на можливість збору сонячної радіації і взаємодії з вітрами. Положення будівлі від-носительно інших будівель і природних ландшафтів, водних потоків і водоймищ, зелених масивів і т.д. також позначається на теплообміні, що відбувається як зсередини будинку назовні, так і на оборот.
Для того, щоб знизити втрату тепла, необхідно дуже добре термічно ізолювати будинок. Це означає, що треба нанести кілька шарів ізоляційного матеріалу на непрозорі стіни, на даху і горища; взагалі скоротити площу засклених ділянок стін, які отримують мало сонячного випромінювання; використовувати подвійні рами та рухливі екрани на вікнах з тим, щоб довести до мінімуму дисперсію тепла в нічний час.
Навпаки, ділянки, які піддаються впливу сильного і тривалі-ного сонячного випромінювання - ті, що виходять на південь - повинні відкриватися так, щоб вбирати його в себе. Цього можна досягти передбачаючи великі засклені поверхні - розміри їх залежать від кліматичних умов - з рухомими екранами, якими їх можна прикривати в нічний час.
Зібрана таким чином енергія накопичується в спеціальних терміческіхемкостях, інакше це призвело б в кінцевому результаті до підвищення температури у внутрішніх приміщеннях, що негативно позначилося б в свою чергу на комфортності житла, а також на збільшенні дисперсії тепла.
Внутрішнє розподіл дозволяє створити більш раціональне співвідношення з характеристиками зовнішньої оболонки будівлі. Так, наприклад, в суворому кліматі, там, де необхідно проектувати великі засклені поверхні, що виходять на південь, і маленькі, що виходять на інші країни світу, доцільно прагнути до розташування на південній стороні приміщень найбільшого користування, і, навпаки, розташовувати на північній стороні сходи , підсобні приміщення різного типу і т.д.
Що ж стосується умов в літній період, необхідно уникати, щоб пряме сонячне випромінювання проникало всередину засклених поверхонь, відкриваючи їх, коли це можливо, і / або прикриваючи їх від сонячних променів за допомогою нерухомих або рухомих екранів. Ці екрани створюють тінь в жаркі години і під час найбільшої сонячної радіації. Форма, розміри і розташування відкриваються ділянок поз-воля проводити вентиляцію та охолодження приміщень в нічні години.
Сторони будівлі, що виходять на північ, необхідно - по можливості - частково занурювати в грунт, "що взяв». Це дозволить поліпшити умови як взимку, так і влітку завдяки стійкій температурі грунту. Крім того, таке "вземленіе» допоможе захистити житло від холодних зимових вітрів.
Енергетичні проблеми в житловому будівництві обумовлені розбіжністю між умовами, які необхідно створити всередині житлових приміщень, щоб забезпечити стан термічного комфорту для людини, і умовами зовнішнього навколишнього середовища.
Чим різкіше ця різниця, тим важче завдання проектувальника, який вирішив якомога менше вдаватися до використання технічних установок, тобто до споживання енергії в досягненні поставлених цілей.
Отже, необхідно знати з певною точністю кліматичні ха-рактеристики місця будівництва будівлі для того, щоб спроектувати будинок, який би правильно взаємодіяв з навколишньою його зовнішнім середовищем.
Зазвичай достатньо знати середньомісячні значення різних величин.
Крім того, доцільно знати і величину відносної вологості повітря. Ця характеристика безпосередньо впливає на комфортність житлового приміщення. Знання вищевказаних даних необхідно для перевірки ймовірних умов поверхневої або проміжної конденсації; крім того, від цього залежить теплообмін.
Дуже часто не надають належної уваги даними про вітрах. У дійсними-ності ж, швидкість потоків повітря навколо будівлі обумовлює величину теплообміну-на як взимку, так і влітку. Для створення успішного проекту необхідно врахувати всі ці аспекти, щоб отримати правильні вказівки щодо орієнтації і форми будівлі, відносин з оточуючими його будівлями, взаиморасположения будівлі і природних перешкод або водойм, розташування і розмірів відкриваються ділянок поверхні.
І нарешті, необхідно мати на увазі сонячне випромінювання, тобто розташовувати знання-ми про величину випромінюваної енергії на різні поверхні, що утворюють зовнішню оболонку будівлі.
Сонячне випромінювання являє собою як проблему (в спекотні місяці), так і часткове вирішення проблеми (в холодні місяці). Корисні проектувальні вказівки, які добувають із цих даних, стосуються, перш за все, орієнтації, располо-вання і розмірів засклених ділянок, тіней, що утворюються від зовнішніх рельєфів або від самої будівлі.
В Італії всі отримані кліматичні дані були недавно зібрані разом під керівництвом Національної Ради з наукових досліджень. Таким чином, ми маємо в розпорядженні повні дані по десяткам населених пунктів, в той час як часткові дані можуть бути отримані щодо понад ста інших різних міст і сіл.
ГРАНИЧНІ УМОВИ
Індіанське поселення Міза Верде, засноване близько 1200 р н.е. в Колорадо, надає собою досконалий зразок використання природних умов для виживання. Це поселення, розташоване в глибині горизонтальної щілини в скелі, виходить на південь, і, отже, захищене від сонячних променів влітку, а не взимку. Крім того, масивна скеля, до якої воно приліпилося, володіє величезною термічної інерцією: таким чином, постійні сприятливі для життя умови забезпечені практично "круглий рік». (Р.Л. Кроутер. АІА - Група сонячної архітехтури. Сонячна земля. Як застосовувати джерела вільної енергії в житлових будинках та інших будівлях. А.Б. Хіршефельд Прес, Інк. Денвер, Колорадо, 1976).
У поселенні Міза Верде поєднання печери і споруд, що служить колектором енергії, на 56% ефективніше взимку, ніж влітку: і справді, промені сонця, що заходить, низько стоїть над горизонтом, краще проникають в печеру; причому, тепло сонячного випромінювання прекрасно накопичується в самій скелі і в цеглі, з яких складені будови, а потім повільно віддається житлової середовищі після заходу сонця. Таким чином, створюється мікроклімат з постійними умовами комфортності для людини на відміну від суворих кліматичних умов, характерною рисою яких є крижані зими і спекотні літа.
У денний час суспільне життя індіанців Аназаці протікає всередині житла, так званого "Ківа». Це кругле крите будова, яке обігрівається розташованим в центрі вогнищем. Постійна зміна повітря забезпечується природний-ної системою вентиляції: нагріте вогнищем повітря піднімається вгору і виходить назовні через отвір у стелі, засмоктуючи з каналу, розташованого на рівні ніг, свіже повітря, який вдаряється в стінку-дефлектор, що знаходиться між печерою і вогнищем, і, таким чином, циркулює по всій будові під назвою "Ківа».
Гхардайа, Алжир
Долина річки Уед, точніше русла давно висохлої річки Уед, називається М'Заб. Вона знаходиться в Алжирській Народній Демократичній республіці, в Північній Сахарі, на скелястому високому гірському плато "Хамада».
Тут виросли міста Ель Атеф, Бу Нура, Бені Ізген, Мелика і, нарешті, найбільший і найцікавіший з усіх п'яти - місто Гхардайя. Саме на ньому ми й затримали свою увагу. Гхардайя розташована на середній висоті 500 м над рівнем моря і лежить на 32 ° 30 'північної широти і на 3 ° 45'восточной довготи, на відстані майже 600 км від Алжиру і 1200 км від Таманрассет.
В середньому за рік в Гхардайе випадає 50-60 мм опадів, однак, дощових днів в році буває не більше десяти.
Житла і будівельні матеріали
Незважаючи на те, що внаслідок інтенсивного розвитку засобів і шляхів сполучення такі сучасні будівельні матеріали, як цемент, металеві структури, біле дерево і ін. З'явилися і в Гхардайе, ми зупинимося виключно на тих будівельних матеріалах, які використовуються в традиційній архітектурі. Це - камінь, цегла-Серец, пісок, гіпс, вапно, деревина пальми та інших порід дерева, які використовуються цілком і служать для вироблення товстих балок або дощок шириною 30-40 см і 3 см шириною, необхідних для різних теслярських робіт.
Житло і клімат
Термічні коливання тут дуже великі. Вологості немає. Часто дмуть люті вітри - справжнісінькі пилові і піщані бурі. Зрідка йдуть сильні дощі зливового характеру. Сонячна радіація дуже інтенсивна.
Отже, постараємося знайти основні фактори, що обумовлюють пристосування мозабітского житла до особливостей тієї кліматичної зони, яку називають "пустелею в пустелі».
У містах будинки будуються з кам'яними стінами, зазвичай дуже товстими і щільно прагненням одна до іншої, таким чином, утворюються великі житлові простору по відношенню до поверхонь, зверненим до сонця. Тінь падає на вулиці і провулки. Термічна ємність будівельних матеріалів уповільнює проникнення тепла всередину помешкань в денний час і віддає його вночі.
Кухня є ще одним джерелом тепла. Зазвичай тут буває два вогнища: перший, внутрішній, дозволяє взимку готувати їжу і одночасно опалювати приміщення; другий, зовнішній - зазвичай їм користуються влітку - захищає по воз-можности від впливу сонячних променів.
Те, що відкриті портики звернені на південь, має велике значення. Влітку сонце стоїть високо, і його промені не проникають всередину будівель. Взимку, навпаки, сонце стоїть низько над горизонтом і проникає в житлові приміщення, майже повністю заливаючи їх світлом і теплом. Світлі, побілені вапном стіни, отража-ють сонячні промені.
Мозабітское житло, створене в традиціях середземноморської системи будівництва, з одного боку, пристосоване до надмірно яскравого світла Сахари, а з іншого боку, згідно звичаям життя самих мозабіти.
Типовий елемент мозабітского житла - "Кебек», щось на зразок отвори в стелі більш-менш квадратної форми, що заміняє собою вікна, які пів-ністю відсутні. Зазвичай "Кебек» затягується залізними гратами і частково або повністю - це залежить від пори року або дня - закривається свого роду ставши-нями, будучи, таким чином, самим справжнім джерелом кондиціонованого повітря, будучи також і джерелом світла: таке житло збирає світло, як колодязі збирають воду. Влітку всередині тінь і свіжо. "Кебек» частково закритий, потік повітря проходить між ним і вхідними дверима і між ним і отворами, виконаними в фасаді. Якщо нічна температура всередині занадто висока, мозабіти сплять на тер-раси.
У будинках мозабіти немає меблів, тому житловий простір використовується повністю. Мозабіти сидять на підлозі навшпиньки або на килимах, а взимку часто увешивают стіни килимами для ще більшої ізоляції.
Будинки, розташовані в пальмових гаях, стоять більш відокремлено і тому звернені до сонця поверхнями набагато більших розмірів. Однак, тінь, від-брасиваемая пальмами, компенсує цей надлишок сонячного випромінювання. З іншого боку, майже постійне зрошення створює відому вологість.
завоювання води
Коли близько 1000 р н.е. Ібаріти, що відбувалися з Палестини і вимушені залишити країну через що вибухнули там після смерті Магомета междуусобних воєн, дісталися, нарешті - під час свого довгого кочовища вони зупинялися в Лівії і на півночі Алжиру - до долини М'Заб, перед ними постала найголовніша проб- лема - де шукати, як добути, якими способами "зловити» воду. Справа в тому, що в від-відмінність від інших оазисів в Сахарі, де влаштувалися основні людські поселення, води тут не було. Оазиси долини М'Заб - штучні, це своєрідне свідчення перемоги людини над пустелею. Ймовірно - і в цьому полягає парадокс - відсутність води послужило однією з причин того, що ібаріти, миролюбний народ, що вважає за краще займатися швидше торгівлею, ніж війною, вибрали суху і випалену сонцем долину М'Заб, аж ніяк не привабливу для розбійників, тому що були впевнені , що зможуть жити тут спокійно і довго, нехай ціною виснажливої праці і поневірянь. Такий безтурботного життя не зміг би забезпечити їм жоден родючий оазис, оскільки його довелося б захищати безперервно від нападів ворогів. Отже, протягом десяти століть мозабіти вдалося со-творити диво: вони не тільки створили штучний оазис, а й продовжують пожинати плоди цієї перемоги над неможливим до сьогоднішнього дня. Ними створена найдивовижніша система уловлювання водних потоків в Сахарі: мова йде про цілу низку гребель і штучних перешкод, завдяки яким всі рідкісні потоки дощової води
- раніше вони ніяк не використовувалися - зливаються в древній шар підгрунтя, від-носиться до руслу річки четвертинного періоду. Таким чином створюється запас води, з якого можна черпати цілющу вологу через штучні колодязі глибиною від 30 до 60 м.
У долині М'Заб були створені три великі системи уловлювання води.
1) Перш за все, всі скелясті вершини прорізали мережею каналів, що впадають в свого роду цистерну: жодна крапля дощової води не повинна пропасти даром, навіть якщо воз-можности отримати її досить рідкісні - зазвичай дощі бувають раз-два на рік.
2) Потім по каналах вода тече в русло давньої річки: воно наповнюється водними потоками три рази в рік або залишається сухим протягом трьох років.
З цією метою беручи приклад з пальмових гаїв Гхардайі мозабіти побудували:
- круглі вежі у верхній течії річки, призначені для того, щоб уповільнювати бурхливі потоки води під час сильних злив;
- цілу систему гребель, розташованих як зуби гребеня, з тим, щоб стримувати силу бурхливих дощових потоків.
3) І нарешті, завдяки системі каналів, розташованих на різних рівнях, під впливом сили бурхливих дощових потоків вода перетікала з одного каналу в інший. Частина цих вод йде на насичення стародавнього грунтового шару, інакше кажучи, русла річки М'Заб, висохлої кілька тисячоліть тому. Подібний розподіл на різні сектори стоку води проводиться автоматично під дією сили тяжіння. Причому, відстань між каналами, прокладеними на різних рівнях, вимірюється кількома десятками сантиметрів.
Ці тунелі піддаються регулярної перевірці ось уже протягом десяти століть і до сих пір функціонують відмінно.