Особенности архитектурного проектирования зданий и застройки для северной климатической зоны

Северные традиции в архитектуре и строительстве складывались веками. Народное зодчество в процессе своего развития отбирало все самое лучшее, наиболее жизнеспособное.

Для климатического анализа рассмотрим жилище эскимосов, построенное из самого простого и доступного в местных условиях строительного материала – снега и льда. Форма иглу идеальна для суровых условий, так как обеспечивает минимум поверхности на единицу объема. Она оказывает небольшое сопротивление ветру, а отсюда меньшие потери тепла. Внутренние поверхности купола и пола, обычно покрываемые мехами и шкурами, увеличивали теплоизоляцию и обеспечивали относительно высокую температуру поверхности. Небольшие отверстия в середине купола, которые открывались в сторону, противоположную направлению ветра, обеспечивали ограниченную вентиляцию.

С учетом сурового климата складывается архитектура традиционных сибирских и северных изб. С древних времен деревянный дом состоял из трех частей: избы, клети, сеней. Изба предназначалась для зимнего жилья, в клети хранили вещи, жили летом, через сени попадали во все части: на крыльцо, чердак, в кладовые, пристроенный крытый двор. Каждая часть предназначалась для нескольких целей. Сени – тепловой тамбур, «узел связи» - строили просторными. В сенях летом жили или превращали их в летнюю галерею.

К достоинствам трехчастного дома относятся: компактность объёма, тщательная защита тепловой части и самого входа в «тепло». Холодные хозяйственные помещения для этой цели пристраивали к избе со стороны преобладающих ветров или располагали в пространстве подклети первого этажа, создавая буферную зону – прослойку, утепляющую и защищающую здание. Тепловым буфером служило и пространство кровли. Русская массивная печь располагалась в центральной части жилья или рядом с входом, как дополнительный тепловой заслон. Месть для сна находилось в тепловой части избы или на печи.

Согласно принципу теплового зонирования помещения, в которых возможны низкие температуры, окружают постройками, где требуются более высокие температуры, а источники тепла и теплые помещения располагаются во внутренней части дома.

В условиях низких температур своеобразно решалась вентиляция помещений. Вместо форточек было устройство специального вентиляционного отверстия в верхней части наружной стены.

Климат северных территорий определял соотношения площади светопроемов и площади пола. Так, в сибирской избе 19 века это соотношение было равно 1:8. Для обеспечения равномерного освещения использовали угловое расположение окон, при котором нет глухих теней и темных простенков между окнами.

Народное жилище включало и некоторые трансформирующиеся элементы: гульбища, крыльца, холодные светелки, оконные ставни, сменные застекленные рамы и т.п., которые являлись средствами формирования гибкости функционирования внутренней жилой среды.

В северном зодчестве чётко прослеживается связь архитектуры с природным окружением. Большое внимание уделялось оптимальной ориентации застройки, защите от ветров и снега. На основании изучения рельефа местности, направления господствующих ветров, характера снежных заносов, температурного режима самого ландшафта народные мастера создавали жилищную среду, защищающую человека от отрицательных воздействий внешней среды.

Для северных поселений характерно не просто геометрическое, а более живописное расположение элементов застройки, соответствующее особенностям окружающего ландшафта. Постройки размещали соответственно природным направлениям: изгибам реки, берегу озера, холма и т. п.

В народном строительстве были отработаны предельные расстояния между домами, в пределах полутора-трёх высот зданий. Плотное размещение жилых домов создавало взаимную защиту от ветров. В селениях, открытых ветрам, создавались защищённые, замкнутые пространства.

Особенно явно в народной архитектуре северных территорий прослеживается зависимость характера геометрической формы объёма от природно-климатической ситуации. В результате появились здания аэродинамической, направленной формы, компактные замкнутые структуры.

Одной из особенностей северного жилища является компактность объёмно-планировочного решения, что позволяет снизить теплопотери за счет уменьшения площади охлаждаемых поверхностей. Например целостные компактные жилища из модульных планировочных элементов – клети, стены, связи, прируба и т.д.

Основные элементы архитектурно-художественного решения жилого дома строились на сочетании функциональной целесообразности, технического совершенства и художественной выразительности.

Потребность жителей Севера в повышенной надежности жилища, его способности защищать человека от непогоды нашла отражение в создании своеобразного облика северного жилого дома с простым, но выразительным решением фасадов. Небольшое количество архитектурных деталей придавали облику дома монументальность.

По мере перехода к современному строительству с новыми материалами, новыми типами зданий традиционный опыт требовал пересмотра и использования научных достижений.

На изначальных этапах в суровом климате для жилища были характерны компактность объемно-планировочных решений, замкнутость и защищённость, развитие крытых дворов и летних помещений, двойные сени, небольшие размеры окон, ограниченное их применение. На последующих этапах с развитием систем центрального отопления, механической вентиляции и кондиционирования воздуха появились лучшие возможности обеспечения уровня комфортности в зданиях без дополнительного учёта влияния внешней среды.

Планировка и застройка городов Сибири и Севера имеют характерные отличия от застройки городов средней полосы: компактность, защита от неблагоприятных воздействий внешней среды, прокладка инженерных коммуникаций при строительстве на вечномерзлых грунтах и т.п.

При застройке северных районах учитывают положение солнца на определенный день и час, чтобы знать, какие стороны здания будут освещаться солнцем, рассчитывают площади отбрасываемой тони вокруг здания, учет солнечной радиации позволяет определить оптимальную плотность застройки.

Особенности светового климата сказываются и на общих концепциях формы, на характере архитектурно-градостроительных объектов. На Севере более эффективно служат наклонные или вертикальные поверхности. В застройке северных зон многих стран используются ячейковые системы. Основные формы ячеек: прямоугольная, ромбовидная, трапециевидная, круглая и др.

В ветреных районах на территории застройки организуется система ветрозащитных зданий, каждое из которых защищает от ветра прилегающую территорию.

Ветрозащитные здания должны иметь особую объёмно-планировочную структуру, непродуваемые конструкции наружных ограждений и заполнение оконных и балконных проёмов.

Уменьшению теплопотери из зданий при сильных ветрах способствует правильный выбор местоположения здания, его формой, материалом ограждающих конструкций, устройством окон, балконов, лоджий.

В пурговых районах во время метелей необходимы простые формы зданий, без выступов и западов. Крыши с округленным контуром, двускатные, односкатные. Строительство зданий на опорах предотвращает риск снегозаноса здания.

При проектировании северных жилых комплексов следует учитывать, что повышенная затененность территории приводит к замедлению таяния снежного покрова, вплоть до неполного за летний период.. Тут применяют специфические объемно - планировочные приемы, которые сокращают площадь затененности (угловая и дуговая конфигурация плана, раскрытие в сторону юга, скошенные торцы и углы зданий и т.д.)

Учет дождей и ветра также влияет на формообразование зданий и их долговечность, на способы их застройки. Применяют герметизацию стыков панелей и оконных, балконных и других проемов.

Жилище при прохладной погоде защищает человека от легкого охлаждения; режим эксплуатации полуоткрытый. Для такого жилища характерны: обращение комнат на солнечные стороны горизонта; умеренно компактные объемно-планировочные решения; ограждения, обладающие теплозащитными свойствами; в квартирах – места для хранения верхней одежды, воздухообмен через форточки, клапаны; отопительные устройства малой мощности; накопление внутренних тепловыделений (от приготовления пищи, стирки). В городской среде защита от ветра и использование инсоляции создают условия, близкие к комфортным. Характерны температуры 6 – 10 градусов.

 

Особенности архитектурного проектирования для южных районов. Особенности освоения южных районов продиктованы своеобразной структурой и образом жизни населения, специфическими формами заселения, формирования населенных пунктов и систем обслуживания.

Схожесть проблем, стоящих при освоении южных и северных районов, часто наталкивает на похожие способы их решения. Это прежде всего предельная изоляция от неблагоприятных внешних воздействий, компактность в плане, широкий корпус, толстые наружние стены, внутренние дворы, защищающие от ветров, несущих воздух со слишком высокой или низкой температурой.

Перегретый воздух, избыток солнечной радиации, ультрафиолетовое перенасыщение и другое, характерное для большинства южных районов, требуют соответствующих подходов к ориентации и объемно-планировочным решениям зданий, открытым прохладным ветрам и защищающим от солнца.

Главное же принципиальное отличие проектных решений для южных районов от решений для других климатических районов заключается в том, что житель юга большую часть времени проводит в открытом пространстве(двора, веранды, помещений со сквозным проветриванием и т.п.) Уже на ранних стадиях развития человечества возникли две различные архитектурные концепции строительства связанные как с социальными и культурно-историческими особенностями общества, так и со спецификой климата: одна- в жарко-сухих районах, другая – в жарко влажных.

В жарко-сухих районах сложились своеобразные типы жилищ и их комплексов, по своему замыслу напоминающие архитектурную концепцию замкнутых объемно-пространственных структур. Это связано с необходимостью обеспечения защиты от солнца и знойных, несущих с собой пыль и песок, раскаленных ветров, а так же стремлением к созданию хорошо затененных и прохладных пространств. Для городов и населенных пунктов жарко-сухого климата характерны узкие затененные улицы(обычно обсаженные по краям деревьями), высокая плотность застройки и замкнутые композиции жилых и общественных зданий с внутренними двориками, выходящими на улицы глухими оградами.

В целях использования благоприятных прохладных ветров для проветривания кварталов города разбивка главных улиц, как правило, производилась по направлению их действия.

Приспособление к воздействию ветров нашло наиболее яркое выражение в планировке города Вавилона. План города учитывал вхождение в город благоприятных северных и северо-западных ветров.

В Месопотамии города и дворцовые комплексы строились на высоких искусственных платформах, что диктовалось требованиями защиты от низовых бурь и наводнений.

Специфическую функцию выполняли светопроемы. Пропуская свет, они задерживали проникновение прямых солнечных лучей, горячих и пыльных воздушных потоков.

Например, в храмах Древнего Египта применялись алебастровые светопрозрачные плиты, защищающие от ветров пустынь. Древние греки для строительства своих городов выбирали наиболее благоприятную местность. Эллинистические перистильные жилые дома греков и атриумные жилища римлян служат примером продуманной планировки, приспособленной к климату. В гражданской архитектуре Аравии под влиянием жаркого засушливого климата сложился башенный тип дома с массивными стенами, с уступами и терассами плоских крыш и большим числом этажей.

В городах Средней Азии в жилых комплексах практиковались большие дворики с двумя айванами, оси которых строго ориентировались с юга на север. Окнами на север располагали летнюю комнату а на юг – зимнюю. Большой айван в знойное время улавливал прохладные потоки воздуха и направлял их вниз.

Для климата южных районов защита архитектурной среды от перегрева является одной из важнейших проблем. Решение ее связано с постоянным поиском характерных и оригинальных объемно – планировочных и конструктивных структур, обеспечивающих комфортные условия жизни людей и выразительность зданиям и застройке.

Используются солнцезащитные средства:

· Архитектурно-планировочные и конструктивные приемы, к которым относится ориентация здания по сторонам света, озеленение и обводнение(бассейны, фонтаны,) территории, планировка застройки и зданий и т.п.

· Затеняющие и светорегулирующие устройства: козырьки (сплошные и решетчатые), жалюзи (горизонтальные и вертикальные), экраны, ставни, карнизы, шторы и др.

· Солнцезащитные изделия из стекла(светозащитные, светорассеивающие, теплопоглощающие)

 

 

В современных проектах архитектурных зданий и при их реализации стремятся сохранить преемственную связь и достижения народного зодчества прошлых эпох с новыми достижениями в области науки и строительства. В жарко сухом климате внешний объем здания чаще всего имеет форму параллелепипеда, Для более благоприятного внутреннего микроклимата целесообразно в таких формах создавать замкнутые или полузамкнутые дворовые пространства. При необходимости пространство можно затенить(стенами, деревьями), и наполнить прохладным воздухом, используя охлаждающий эффект водоемов, фонтанов, газонов, принцип охлаждения испарением. Для снижения теплопоступлений через крышу в помещение одноэтажных зданий стоит делать узкими, с выходом во внутренний двор.

В жарко – влажном районе жилище защищает человека от сильного перегрева и духоты. Требует охлаждения и уменьшения влагосодержания воздуха. Недопустимы испарительное(повышает влажность) и радиационное (выпадает конденсат) охлаждение. Характерны крытые помещения для вечернего и ночного отдыха, использование охлаждающего действия грунта.

Характерны затенения и аэрация, необходимые для снижения температуры, духоты и перегрева. Окна при работе кондиционеров закрыты, защищены от солнца. В жарко – влажных районах для обеспечения естественной вентиляции помещений необходимы большие оконные проемы. В одноэтажных зданиях выполняют большие отвесы крыш. В многоэтажных – жалюзи и светозащитные экраны. Проемы с двух противоположных фасадов.

В многоэтажном строительстве южных районов применяют те же типы домов, что и в умеренном климате: секционные, башенные, галерейные. И коридорные. В жарко – сухих районах территории должна быть защищена от пыльных песчаных бурь, за счет правильно выбранного участка, ориентации здания, характера озеленения и благоустройства территории.

Схожесть проблем, стоящих при освоении этих районов, часто наталкивает специалистов на способы их решения. В обоих случаях мы имеем дело с крайними значениями: переохлажденный и перегретый воздух, недостаток и избыток солнечной радиации, ультрафиолетовое голодание и перенасыщение, ориентация объемно-планировочных решений на пик зимнего или летнего дискомфорта. Застройка для Севера развернута к солнцу и максимально укрыта от холодных ветров, а для юга – открыта прохладным ветрам и защищена от солнца. Житель юга существует в открытом пространстве (двора, веранды, помещений со сквозным проветриванием), житель севера большую часть времени проводит в закрытом помещении. Следовательно разная организация внутреннего пространства дома.

Строительство в сейсмических районах так же имеет свои особенности.

Строительство в горных районах.

 

· Возведение колонн каркаса из вибростойких сталей в виде замкнутых бесшовных тонкостенных квадратных профилей, заполненных внутри специальным бетоном;

· Возведение на крыше или в верхних этажах специальных механизмов-устройств;

· Контроль за поведением конструкций при землетрясениях с помощью специальных датчиков;

· Устройство аварийных вертолетных площадок на крыше для экстренной эвакуации людей.

Вывод: В архитектурном проектировании учет климатической специфики остается большой научно- технической проблемой. Решение связано с поиском форм расселения, структуры планирования и застройки жилого образования, объемно-пространственных приемов композиции зданий, их конструктивных решений, а так же использования новых строительных материалов, повышающих изоляционно-защитные качества ограждающих структур.