ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И АРХИТЕКТУРНАЯ ПЛАСТИКА В АДАПТИВНОЙ АРХИТЕКТУРЕ КРАЙНЕГО СЕВЕРА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 72.012.6:721.01(985)

doi: 10.55287/22275398_2023_3_235

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И АРХИТЕКТУРНАЯ ПЛАСТИКА В АДАПТИВНОЙ АРХИТЕКТУРЕ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

И. В. Храмов

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург

Аннотация

В статье рассматривается трансформируемая архитектурная модель с жилой и общественной функцией. Принципы трансформации, заложенные в модели, позволяют использовать ее для построек Крайнего Севера. Они достаточно просты и в то же время эффективны.

Ключевые слова

адаптивная архитектура, архитектурная модель, трансформируемый архитектурный объем, энергоэффективность, инсоляция

Дата поступления в редакцию

21.08.2023

Дата принятия к печати

27.08.2023

<

CL

>

1-

*

ш

1-

S

X

CL

<

ш

ОС

о

1-

и

ш

1-

М

X

и

ОС

<

По своей сути, рассматриваемая архитектурная модель является примером адаптивной архи- :

тектуры. Адаптивная архитектура (Responsive architecture) — развивающаяся область архитектурной {§

х

практики, в которой заложен принцип измерения состояния окружающей среды и адаптации своей а формы, цвета или функции с целью наибольшего соответствия требованиям эксплуатации.

Термин Адаптивная архитектура был впервые введен Николосом Негропонте, американским информатиком греческого происхождения в конце шестидесятых годов, когда пространственные задачи дизайна начали рассматриваться с применением кибернетики. В мировой практике есть достаточно интересные образцы адаптивной архитектуры, но в подавляющем большинстве они находятся в южных и умеренных широтах, и трансформируемые элементы фасадов в основном работают о как солнцезащитные жалюзи. Например, кинетические фасады башен Аль-Бахар в Абу Даби высо- ® той 145 метров, закрывающиеся при ярком солнце. В Европе — фасад нового Кампуса Университета щ Южной Дании в Кольдинге, который состоит из более чем 1600 перфорированных ставень-жалюзей, <ц

обеспечивающих оптимальное освещение и инсоляцию в помещениях. J

2

ш н s X а га

Рис. 1. Кинетические фасады башен Аль-Бахар в Абу Даби1

Рис. 2. Кампус Университета Южной Дании в Кольдинге 2

Вообще, на сегодняшний день у нас в стране и за рубежом проведена достаточная классификация типов зданий, способов трансформации элементов частей зданий, технических решений, обеспечивающих эту трансформацию.

Цель этой работы заключается в выявлении архитектурно-планировочных и конструктивных решений для функционирования построек в условиях крайнего Севера, позволяющих учитывать изменения оптимальных сезонных климатических параметров, и тем самым обеспечивающих жителям крайнего севера комфортные условия проживания.

1 Источник изображения: https://www.architime.ru/specarch/aedas_architects/al_bakhar.htm#1.jpg

2 Источник изображения: https://www.architime.ru/kinarch.htm

Краткая история построек Крайнего Севера

Рассматривая историю строительства зданий и сооружений в наших арктических широтах, необходимо заметить, что она не богата и начинается пожалуй со строительства традиционного жилища коренного народа Якутии якутской юрты. (Рис. 3).

Рис. 3. Жилище, Юрта постройка коренного народа Якутии

Исторически юрта, как правило, имела форму конуса и была обтянута поверх оленьей шкурой. Диаметр юрт был небольшим. Данная форма конуса позволяла минимизировать теплопотери. Отсутствие углов, минимальная площадь стен сооружения оптимизировали теплозатраты и максимально организовывали внутренний функциональный объем. Простота и быстровозводимость конструкций позволяла якутам достаточно легко образовывать кочевые стоянки. Позднее, с освоением арктических просторов при возведении городов, у нас в стране остро встал вопрос о новых ограждающих конструкциях для панельного домостроения. Этот процесс мы можем проследить на примере образования города Мирного (1957 г.), который был построен как моногород на месте заложения ким-берлитовой трубки «Мир».

<

>

1-

*

ш

1-

X

а

<

ш

ОС

о

1-

и

ш

1-

м

X

и

ОС

<

Рис. 4. Первые улицы города Мирный. образованные типовыми панельными домами4

3 Источник изображения: https://obzorurokov.ru/rossiya-sibir/yakutskaya-yurta.html

4 Источник изображения: Статьи сообщества Мирный (Якутия) (vk.com)

К

га х

а >

£

ф н X X а га

х х

о е; о

X

X ф

н ф

X

2 га

ф а ф *о

ш

0 <

1 и

х £

со &

И £

В 1970 - 1980 г. в городе началось строительство панельных каменных домов (Рис. 4). Для этого был введён в эксплуатацию Комбинат строительных материалов, поставлявший сборные железобетонные конструкции. В связи с необходимостью обеспечивания теплоизоляции жилья в суровые якутские морозы толщина панелей стен доходила до 70 см и представляла собой комбинированный сэндвич с эффективным утеплителем с низким коэффициентом теплопроводности. Данная схема позволила максимально сохранять тепло, не допускать его утечек из большого внутреннего теплого объема. Хочется еще остановиться на современном альтернативном способе решения минимизации теплопотерь в условиях крайнего севера, так как схема, заложенная в этом проекте, достаточно интересна и частично будет использована в нашей модели. Это дом под куполом (Рис. 5). Дом под стальным куполом с морозоустойчивой пленкой построили в 35-ти км от Якутска. Общая площадь дома — 128 м кв., жилая площадь—64 м кв. Достаточно интересная идея создания дополнительной теплосберегающей внешней оболочки, внутри которой находится обыкновенный дом. Прослойка воздуха с более высокой температурой между постройкой и этой оболочкой позволяет достаточно эффективно использовать ограждающий наружный материал стен самого дома.

Рис. 5. Дом под куполом в Якутске 5

В результате краткого анализа процесса формирования построек в наших арктических широтах были выявлены следующие проблемы:

1. Основные принципы формообразования проявлялись в достаточно статических решениях, рассчитанных на самые экстремальные режимы.

2. Отсутствие учета короткого периода арктического лета, который мог хотя бы на непродолжительное время порадовать людей столь редкими солнечными лучами в их жилищах.

3. Отсутствие учета цикличности изменения природных факторов в арктических широтах.

В таких случаях решения, заложенные для одних параметров, становятся избыточными при проявлении других и наоборот. В вышеизложенном примере с толщиной панелей стен домов в г. Мирный, доходящей до 70 см, видно, что это решение было обосновано в полярную зиму и избыточно во время полярного лета, а вот решения по инсоляции помещений, которые совершенно не были нужны в полярную ночь по причине отсутствия солнца, становятся насущной проблемой в короткий полярный день. Циклический учет факторов таких как максимальное энергосбережение в полярную ночь

5 Источник изображения: В Якутске построили дом под куполом. Он готов к заселению | News.Ykt.Ru: служба новостей.

и максимальная инсоляция в полярный день образует суть представленного в этой статье решения для трансформируемого архитектурного объема в постройках Крайнего Севера. Ниже будут рассмотрены основные объемно-планировочные и конструктивные решения представленной модели.

Рис. 6. Схема трансформации наружной оболочки (зима, лето)

Объемно-планировочные решения

На рис. 6 представлена схема адаптивного архитектурного объема.

В суровую полярную ночь объем представляет из себя две оболочки. Внутренний теплый объем закрашен на схеме оранжевым цветом, расположен за двумя оболочками и имеет нормативную температуру для жилого или общественного помещения. Средний объем закрашен зеленым цветом имеет среднюю температуру, расположен между оболочками и является воздушной теплоизолирующей прослойкой. И наконец, внешнее температурное сезонное воздействие на схеме обозначено синим цветом. Постройка при этом напоминает традиционное жилище коренного народа Якутии — якутскую юрту. Максимальная энергоэффективность в полярную ночь достигается совместной работой двух оболочек. Оконные проемы минимальны. По сути, их может совсем не быть. Архитектурный облик объекта образуют наклонные структурные сендвич-панели (Рис. 7).

<

>

1-

*

ш

1-

X

а

<

ш

ОС

о

1-

и

ш

1-

м

X

и

ОС

<

Рис. 7. Изменение архитектурного облика объекта. Лето — структурные сендвич-панели открыты. Зима — структурные сендвич-панели закрыты

При наступлении короткого полярного лета фасад трансформируется. Суть трансформации фасада заключается в повороте и фиксации в горизонтальном положении структурных сендвич-панелей. Наружная оболочка трансформируется в козырьки и становятся видны внутренние фасады с большими окнами и большими лоджиями. Арктическое солнце не поднимается высоко над горизонтом, но

к га х

а >

£

ф н X X а га

х х

о е; о

X

X ф

н ф

X

2 га

ф а ф *о

со

0 <

1 и

х £

со &

И £

делает почти полный оборот по небосводу, максимально инсолируя все внутренние объемы здания (Рис. 7). Данная схема позволяет сезонно наблюдать два совершенно разных архитектурных облика здания: «Полярная ночь» и «Полярный день».

Что касается внутренней планировки, то объем может содержать несколько функций и очень удобен для жизни в полярную ночь. Все функции направлены внутрь, образуя центральный атриум с размещением жилой зоны и общественной (магазины, школы, детские сады).

Конструктивные решения

В плане здание может представлять из себя шестигранник. Данная форма не имеет явно выраженных углов и позволяет в большей мере сохранять внутреннее тепло. В отличии от полусферы, форма шестигранника более легка в изготовлении. В целом конструктивная схема может представляет из себя каркас из радиальных ферм, раскрепованный жесткими дисками междуэтажных перекрытий. Фасады внутреннего контура представляют из себя сендвич-панели с декоративным финишным покрытием и достаточно большими оконными проемами. Ограждающие фасадные панели наружного контура—поворотные структурные сендвич-панели, способные держать снеговой слой на консоли и фиксируемые в двух положениях. Закрытое положение — контур закрыт, панель находится в наклонном положении по форме фасада. В открытом положении средний контур отсутствует, панель зафиксирована в горизонтальном положении и представляет из себя козырек здания. Что касается технического исполнения данной схемы, поворота фасадных структурных сендвич-панелей, ее вполне может обеспечить гидравлическая система или электрический привод. Структурная сендвич-панель может представлять из себя ячеистую каркасную структуру из тонкостенного гнутого металлического профиля с заполнением ячеек минераловатным утеплителем. Такая панель достаточно легкая, а каркасная структура панели сможет удержать на консоли снеговую нагрузку до нескольких тонн при возможном выпадении снега. Более подробно технические аспекты работы схемы здания могут быть проработаны на последующих стадиях возможного проектирования.

Заключение

В этой работе выявлены архитектурно-планировочные и конструктивные решения для функционирования трансформируемого объема в условиях крайнего Севера, такие как:

1. Принцип совместной работой двух оболочек позволяет зданию весьма эффективно функционировать в экстремальных режимах.

2. Поворот и фиксация в горизонтальном положении структурных сендвич-панелей дает возможность максимально использовать солнце арктического лета. И при этом достаточно глубоко изменять пластику фасада

3. Достаточно простой способ сезонной трансформации позволяет следовать цикличности изменения климатических факторов.

Стоит заметить, что на сегодняшний день актуальность освоения арктических широт у нас в стране очень высока. В ближайшем будущем, с появлением инфраструктурных проектов, люди будут обосновываться в этих местах и создание полноценной комфортной среды для них будет представлять из себя приоритетную задачу, которая будет поставлена перед архитекторами и инженерами проектирующими объекты на крайнем севере.

Библиографический список

1. Коркмаз К. К кинетической архитектуре // Эгейская архитектура. — 2001. — № 37. С. 8 - 11.

2. Кинетическая архитектура [Электронный ресурс]. — URL: https://architime.ru/kinarch.htm (дата обращения 20.01.2020).

3. Сапрыкина Н. А. Основы динамического формообразования архитектуре / Сапрыкина Н. А. Учебник для вузов. — М.: «Архитектура-С», 2005. — 312 с.

4. Шумахер М., Шеффер, О., Фогт М. Движение: архитектура в движении-динамических компонентов и элементов — Basel: Birkhduser, 2010. — С. 20.

5. В Якутске построили дом под куполом. Он готов к заселению [Электронный ресурс]. https:// news.ykt.ru > article В Якутске построили дом под куполом. Он готов к заселени. 08.10.21

6. Юрта [Электронный ресурс]. Юрта — Википедия: https://ru.wikipedia.org > wiki > Юрта. 08.10.21

7. Двое под куполом: в Якутии пару ради эксперимента поселили в необычный дом. Двое под куполом: в Якутии пару ради эксперимента поселили в необычный дом (kp.ru) 09.10.21

ANALYSIS OF FURNACES IN THE EXCAVATION

OF ST. CATHERINE'S CATHEDRAL IN TSARSKOYE SELO

A. V. Mikhalychev

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Saint-Petersburg

<

CL

>

1-

*

ш

1-

S

X

CL

<

ш

се

э

1-

и

ш

1-

М

X

и

се

<

Abstract

The article considers a transformable architectural model with a residential and public function. The principles of transformation embedded in the model make it possible to use it for buildings in the Far North. They are quite simple and at the same time effective.

The Keywords

аdaptive architecture, architectural model, transformable architectural volume, energy efficiency, insolation

Date of receipt in edition

21.08.2023

Date of acceptance for printing

27.08.2023

к re x

a >

ш

H

s

X a re

Ссылка для цитирования:

И. В. Храмов. Энергосберегающие технологии и архитектурная пластика в адаптивной архитектуре Крайнего Севера. — 2023. — № 3 (48). — С. 235 - 241.

S

s

о е; о

X

X Щ

H ф

s ?

2

со ге

5 °

Z £1 < 2

х £

со & S £