Принципы и методы проектирования эколого-ориентированной и энергосберегающей архитектурной среды

УДК 728.1.012

Знание архитекторами экологических законов, принципов формирования экологичной архитектуры, применение еще на предпроектной стадии и в процессе разработки проектов научно-обоснованных методов эколого-архитек­турного проектирования будет способствовать повышению экологических характеристик архитектурной среды.

Введение

В принятой на Всемирном конгрессе архитекторов в 1993 году «Декларации взаимозависимости для устойчи­вого будущего» было признано, что архитектурная среда в целом, и здания в частности, играют существенную роль в отрицательном воздействии человека на естественную окружающую среду [1]. Экологические попытки в орга­низации искусственной среды в последние десятилетия сводились преимущественно к озеленению территории и зданий, усовершенствованию инженерно-технических систем зданий, уменьшению влияния загрязнений на внутреннюю и окружающую среду. Не умаляя роли от­дельных эффективных мер, следует заметить, что идея ор­ганизации полноценного здорового архитектурного про­странства предполагает осуществление целого комплекса взаимосвязанных мероприятий.

Основная часть

Многие из проблем, которые поднимает современная экологическая архитектура: взаимодействие архитектуры с климатом и природным окружением, гигиенические ка­чества зданий, удобство проживания, красота восприятия форм и др., были подняты в теоретических трудах и осу­ществлялись в конкретных объектах наших исторических предшественников. Методом проб и ошибок в многовеко­вой практике отрабатывались рациональные приемы стро­ительства зданий. Традиционное строительство развива­лось в ответ на адаптацию объекта к внешним условиям, и весь археологический и этнографический материал подтверждает это. Примеры тому могут служить «иглу» эскимосов, «вигвамы» - хижины американских индейцев, «юрта» кочевников в пустыне, белорусская избы, глино­битные купольные дома арабов.

Можно ли сказать, что белорусский деревенский дом является экологичным? Безусловно. Он выполнен из «здоровых» материалов, его функциональная структу­ра - пример организации сообщества людей и домашних животных, пример реализации экологического цикла по­требления энергии и материальных ресурсов, отточенный до совершенства. Система отопления здания основана на использовании теплоизлучения печи и дымоходов; на энергосберегающих свойствах планировочной схемы, где дом климатически зонируется на зимнюю и летнюю части.

Экологичность традиционного сельского жилища лег­ко проследить и на примере жилища йеменцев, которое от­ражает различие природных условий горных районов Дже- беля и приморской пустынной Тихамы. Дома в поселениях горной части Йемена построены из камня с комнатой-пави­льоном на плоской крыше, а климатические особенности заставляют заботиться о защите от холода. Напротив, зной­ный климат Тихамы позволяет жить в легких постройках из пальмовых ветвей, циновок, глины в течение всего года.

Проблема взаимодействия архитектуры с природой находит отражение и в теоретических работах архитек­торов. На основе знаменитой аналлемы Солнца римского архитектора Марка Поллиона Витрувия построены все со­временные графики для расчета инсоляции и солнцезащи­ты застройки. Леон Баттиста Альберти, Андре Палладио дают конкретные рекомендации по строительству домов с учетом природы и климата. В начале прошлого века Франк Ллойд Райт акцентировал свойство «органической архитек­туры» соответствовать определенному региону места стро­ительства. Нет равных Ле Корбюзье по разносторонности анализа кризиса окружающей среды и множеству предло­женных решений по выходу из него: новых форм отноше­ния жилища к природе (сад под домом, крыша - сад); связи архитектуры с человеком («модулор»), с освещением («ар­хитектура - это четкая и изумительная игра освещенных форм»), с солнечным облучением («солнцерезы»).

Архитектура, как область деятельности, - это наука и искусство пространственной организации различных про­цессов жизнедеятельности человека. Если они организова­ны в соответствии с законами и приоритетами экологии, то и архитектура удовлетворяет понятию «экологиче­ская». Приставка «экологическая» («зеленая», устойчивая) к понятию «архитектура» означает, прежде всего, рацио­нальное архитектурное решение, основанное на принципах оптимального взаимодействия с внешней средой, отвечаю­щее физиологическими, психологическими и социальны­ми потребностями человека, гармонирующее с природной средой. Понятие «экологичность» включает как одну из составляющих характеристик и энергоэффективность. В экологичных зданиях стремятся использовать системы инженерного оборудования - отопления, вентиляции, ос­вещения, водоснабжения, канализации - с минимальными затратами на их функционирование, а также использовать преимущественно возобновляемые источники энергии.

Методологической основой экологической деятельно­сти архитектора является осуществление комплекса меро­приятий по созданию архитектурными средствами среды, благоприятной для жизнедеятельности и безопасной для здоровья человека, обеспечивающей сохранение природных и историко-культурных ценностей. Архитектор должен представлять, каким образом оно будет влиять на окружа­ющую среду и живые организмы, как будут взаимодейство­вать искусственная и естественная природная среда.

Теоретической базой формирования экологичной ар­хитектурной среды - архитектурного объекта, его инте­рьера, прилегающей территории - являются принципы, согласующиеся с основными законами экологии.

Основные законы экологии, подлежащие учету при организации архитектурной среды [2]:

Закон единства организм - среда - организмы (в том числе человек) находятся в диалектическом единстве со средой их обитания.

Законы» экологии Б. Коммонера: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром.

Закон оптимальности - с наибольшей эффективностью любая система функционирует в некоторых пространственно-временных пределах.

Закон внутреннего экологического равновесия - вещества, энергия, информация и динамические качества отдельных природных экологических систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные перемены, сохраняющие общую сумму качеств экосистем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.

Закон снижения энергетической эффективности природопользования - с ходом исторического времени при получении полезной продукции из природных систем на ее единицу в среднем затрачивается все большее коли­чество энергии.

Закон толерантности (В. Шелфорда) - лимитирую­щим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которым определяет величину выносливо­сти (толерантности) организма к данному фактору.

Эффект бумеранга — обратное воздействие из­мененной человеком природы на его хозяйство и здоровье людей, причем тем сильнее, чем выше нарушенность природных систем.

Основные принципы формирования экологической архитектуры:

Принцип целостности и единства человека, простран­ства и окружающей среды, их органического взаимодей­ствия и согласованности. Это требование рассматривать объект с учетом доминанты целого над частью.

Принцип экологической устойчивости - обеспечение архитектурно-строительными средствами динамического экологического равновесия в допустимых пределах из­менений взаимодействия между человеком (обществом), природой и архитектурным объектом.

Принцип экологической безопасности - требование обеспечить охрану человека и природных комплексов от любых природных и антропогенных экологически небла­гоприятных воздействий.

Принцип феноменологичности - подчеркивает уни­кальность экологического пространства, которое форми­руется в конкретной ситуации места-времени.

Принцип целостности, автономности и простран­ственной взаимосвязи. Для каждого иерархического уров­ня характерен свой круг задач. Однако оптимальная эко­лого-архитектурная организация всего комплекса может быть достигнута только в результате взаимодействия всех ее составляющих элементов.

Принцип биопозитивности - определяет приоритет природосберегающих и природовосстанавливающих ме­роприятий.

Принцип экологической комфортности - интеграль­ный показатель экологической комфортности включа­ет: функциональную целесообразность, гигиеничность среды, оптимальные параметры микроклимата, чистоту компонентов воздушной среды, звуковой и шумовой ком­форт, радиационную безопасность, зрительный комфорт, благоприятный инсоляционный режим, связь с внешней средой, гибкость решения.

Принцип гармонизации архитектурной и природной сред - этот принцип согласуется с устоявшимися класси­ческими закономерностями формирования композиции.

Принцип адаптивности - возможность преобразова­ния архитектурных объектов во времени должна рассма­триваться как экологический аспект, способствующий улучшению процессов жизнедеятельности людей.

Приведенные принципы формирования экологически сбалансированной среды в жилых зданиях дополняются конкретными методами, обеспечивающими их реализацию.

Методы проектирования экологичных зданий:

Метод комплексного архитектурно-экологического подхода - методологической основой такого подхода дол­жен явиться системный анализ, поскольку он позволяет комплексно рассмотреть разнородные и разнонаправлен­ные взаимодействия. Комплексная оценка среды должна придти на смену принятой до сих пор методике оценки среды по отдельным параметрам ее качества. Изучение здания как единой экологической системы «человек-зда- ние-внешняя среда» имеет своей целью определение наи­более целесообразного, сбалансированного сочетания оп­тимальных показателей всех элементов системы [3].

В качестве факторов внешней среды, оказывающих влияние на экологические качества объекта следует рассматривать: градостроительную ситуацию его места расположения; климатические условия; природные фак­торы; неблагоприятные антропогенные и природные факторы; антропологические жизнеобеспечивающие параметры.

Метод ориентрованного проектирования - принятие архитектурных решений, адекватных конкретным мест­ным природно-климатическим условиям и особенностям градостроительной ситуации [4].

Метод моделирования дает возможность предвидеть «поведение» архитектурного объекта в реальной есте­ственной среде и приблизить на проектной стадии реше­ние комплекса к его оптимальному состоянию.

Метод аналогий - сопоставление планировочной и объемно-пространственной структуры с образцами (мор­фотипами), которые сопровождаются устойчивыми эколо­гическими характеристиками: например, жилищ-оранже­рей (по А. В. Сикачевой и И. И. Лучковой), оптимальной функциональной структуры (по ГА.Бачинскому), озеле­ненных пространств (по А.П. Вергунову, Н. Чхартишви- ли), «солнечных» домов (по Дэвису А, Маркусу Т. и др.), бионических форм (по Лебедеву) и т.д..

Метод биоклиматичной архитектуры ориентирует на поиск проектных решений, обеспечивающих комфортные условия при наименьших затратах на устройство инженер­но-технических систем, потребляющих энергию от невоз­обновляемых источников энергии. Следует особо упомя­нуть концепцию пассивного дома.

Методика архитектурного проектирования энер­госберегающих зданий. Для достижения необходимых энергоэффективных характеристик проектируемых зда­ний рекомендовано проводить поэтапные предпроектные исследование и проектные разработки, включающие по предложению Прокопенко К. И [5] 14 этапов:

Таблица 1 Размер видимого пятна в зависимости от угла зрения и расстояния до наблюдателя

Угол зрения, градусы

Размер объекта при восприятии с расстояния, м

10

20

30

40

50

100

200

1

0,18

0,36

0,54

0,72

0,90

1,8

2,7

2,5

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

4,0

6,0

5

0,8

1,6

2,4

3,2

4,0

8,0

10,0

15

2,6

5,2

7,8

9,4

13,0

26,0

39,0

1. Определение класса жилого здания по потреблению энергии.
2. Анализ участка строительства.
3. Анализ градостроительной ситуации.
4. Анализ климатических воздействий.
5. Определение рациональной ориентации здания по сторонам света.
6. Выбор конфигурации плана и размещение здания на участке.
7. Определение наиболее выгодных для остекления фа­садов.
8. Разработка объемно-планировочных решений.
9. Разработка эскиза художественного решения в трех­мерной графике.
10. Определение требований к наружной оболочке здания.
11. Определение требований к интерьерным решениям.
12. Определение требований к инженерному оборудованию.
13. Контрольный расчет энергопотребления.
14. Корректировка художественных и объемно-планиро­вочных.

Метод проектирования архитектурной композиции здания на основе оптимизации условий его визуального восприятия (по Филину В. А. [6]). Условия зрительного восприятия объекта должны стать предметом архитек­турного проектирования в такой же степени, как и сами архитектурные сооружения. Рекомендуемая последова­тельность проведения предпроекных исследований и про­ектных разработок [7]:

1. Установление исходных характеристик градострои­тельных пространств, в которых размещается проек­тируемый объект.
2. Выявление точек наиболее вероятностного визуально­го восприятия объекта потенциальными зрителями.
3. Определение размеров композиционных пятен, разме­ров элементов, степени контрастности, масштаба, насы­щенности цветом и других композиционных приемов.
4. Разработка теоретических композиционных моделей, инвариантных для конкретной ситуации.
5. Анализ «видового кадра» как композиционного эле­мента здания:
   наличие и соотношение в видовом кадре ближ­них, средних и дальних планов архитектурной застройки;
   соотношение и взаимодействие в видовом кадре архитектурного объема и природного окружения;
   выбор композиционных приемов в зависимости от плана восприятия.
6. Определение по чертежам генплана и фасада здания размеров “сетки видимости” с учетами наблюдения из фиксированных точек восприятия, углов зрения и на­ложение ее на масштабное изображение фасадов (та­блица 1).
7. Определение количества элементов фасада, находя­щихся в визуальной картине, расстояние между ними и их размеров.
8. Проверка восприятия ритмического построения композиции в зависимости от направления восприятия (фронтальное или в ракурсе), расстояния между зрителем и объектом и угла наблюдения по Середюку И. И. [8].
9. Разработка пластического решения фасада в зависи­мости от реальных условий освещения фасада солн­цем в конкретной градостроительной ситуации.

Заключение

Обоснованная архитектура может оказать значитель­ное влияние на восстановление экологического равнове­сия и обеспечение высокого качества жизни человечества, в то же время, сохраняя и даже улучшая состояние приро­ды. Однако в настоящее время экологический подход еще не стал общепринятым в процессе архитектурного про­ектирования. Одной из наиболее острых проблем, суще­ствующих на сегодняшний день в отечественной практике формирования архитектурной среды, является отсутствие комплексного подхода к решению, что в целом снижает комфорт проживания. Один из главных путей преодоле­ния инерции внеэкологического мышления архитекторов - изучение принципов и методов создания экологически обоснованной и энергосберегающей архитектурной сре­ды, а затем активное внедрение их в практику реального проектирования.

Литература

1. Union Internationale des Architectes / Declaration of Interdependence for a Sustainable Future. UIA/AIA World Congress of Architects, Chicago, June 18—21. 1993. Ре­жим достпа: ]]>http://server.uia-architectes.org/texte/]]> html. Дата обращения: 26.11.2015/
2.  Реймерс, Н. Ф. Экология: Теории, законы правила, принципы и гипотезы / Н.Ф. Реймерс. - М. : Мысль, 1994. - 366 с.
3. Реутская, И. П. Многоквартирное жилище как эко­система. / И. П. Реутская, // «Архитектура и строи­тельные науки». - 2010 - № 1. - С. 4-6.
4.  Реутская, И. П. Климатизация многоквартирных жилых зданий. / И. П. Реутская, К. И. Прокопенко К. И. «Архитектура и строительные науки». - 2011- № - С. 9-12.
5. Прокопенко, К .И. Методика архитектурного проек­тирования энергосберегающих жилых зданий / К. И. Прокопенко. // «Архитектура и строительные нау­ки». - 2014 - № 1,2 - С. 13-16.
6.  Филин, В.. Видеоэкология. Что для глаза хорошо, а что плохо / В. А. Филин. - М. : МЦ «Видеоэкология», 1997. - 320 с.
7. Реутская, И .П. Визуальное восприятие как фактор формирования архитектурной композиции жилых зданий /И. П. Реутская, Ариф Мухамед Алави, Йемен, А. А. Перминова, // Вестник Полоцкого государствен­ного университета. Строительство. Прикладные на­уки. - 2009. - № 12. - С. 7-11.
8. Середюк, И. И. Восприятие архитектурной среды /И. И. Середюк. - Львов : Вища школа. 1979. - 202 с.