ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА ФОРМООБРАЗОВАНИЕ В АРХИТЕКТУРЕ

THE INFLUENCE OF CLIMATE ON SHAPING IN ARCHITECTURE

Anna Vinogradova

Student, Faculty of Architecture, State University of Land Use Planning,

Russia, Moscow

Anastasia Efremova

Student, Faculty of Architecture, State University of Land Use Planning,

Russia, Moscow

Svetlana Marakulina

Scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Construction, State University of Land Use Planning,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Архитектурная климатология изучает взаимосвязь климатических условий с формообразованием в архитектуре зданий и градостроительстве. Смысл проектирования заключается не только в следовании правилам пропорций и использовании модулей, но и в создании комфортных и гармоничных условий для нахождения в пространстве здания, целого района или города.

ABSTRACT

Architectural climatology studies the relationship of climatic conditions with shaping in the architecture of buildings and urban planning. The meaning of the design is not only to follow the rules of proportions and the use of modules, but also to create comfortable and harmonious conditions for being in the space of a building, an entire district or a city.

Ключевые слова: архитектура, климат, формообразование, городская планировка, динамическая конвекция, климатопы.

Keywords: architecture, climate, shaping, urban planning, dynamic convection, climatopes.

Архитектура – это искусство и наука проектирования и строительства зданий и сооружений, которые отвечают функциональным, эстетическим и техническим требованиям. В процессе развития архитектуры климатические условия всегда играли важную роль в формировании архитектурных стилей и решений. Климат определяет такие параметры, как температура, влажность, осадки, ветровые нагрузки и инсоляция.

Актуальность темы заключается в том, что возрастает необходимость сокращения негативного антропогенного воздействие на окружающую среду и снижения энергетических затрат в эксплуатации зданий.  Классификация климатических зон и характеристика типов архитектурного проектирования для них, представленная далее, помогает углубиться в суть рассматриваемых проблем.

Можно выделить четыре основных климатических пояса в каждом полушарии: экваториальный, тропический, умеренный и полярный. Между этими зонами находятся промежуточные пояса: субэкваториальный, субтропический и субполярный. В зависимости от климата архитектура имеет свои особенности (рисунок 1).

Рисунок 1. Карта климатических поясов мира

В районах с жарким и сухим климатом здания имеют углубленную и закрытую форму. Они ориентированы в противоположную сторону от солнца и имеют компактный план, который раскрывается во внутренний двор, защищенный от солнца. Особенностью таких зданий является разделение на теплую и холодную зоны, наличие естественной вентиляции и сбор дождевой воды. Также такие здания имеют минимальное количество окон и их стены возводятся с большей толщиной для обеспечения теплоизоляции. Крыша обычно плоская и эксплуатируемая.

В зонах с жарким влажным климатом здания, как правило, открыты и приподняты над землей. Они имеют многослойную изоляцию от солнечного излучения и простую систему вентиляции. Для сохранения комфорта человека важно учитывать влажность воздуха и наличие тени.

В холодном климате используется компактная планировка с небольшим периметром наружных стен. Хозяйственная и жилая зоны соединяются закрытыми переходами, а на входной группе устанавливается тамбур. В качестве ограждающей конструкции используются многослойные системы с высокой теплоизоляцией. Если снеговая нагрузка велика, необходимо учитывать несущую способность кровли, угол наклона скатов и тип кровельного покрытия.

Природно-климатические условия сильно различаются в разных регионах, поэтому необходим комплексный подход к оценке влияния окружающей среды на архитектуру. Архитектурное проектирование должно быть направлено на обеспечение комфортного проживания человека в среде его обитания.

Даже с древних времен люди строили жилища с учетом особенностей климата.

Например, иглу, традиционное жилище канадских эскимосов, построено из снега и имеет форму, обусловленную суровыми северными ветрами и метелями. Климат повлиял как на материал, используемый для строительства, так и на расположение домов — куполообразные строения часто располагаются близко друг к другу или рядом со скалами для дополнительной защиты [1].

Двигаясь на юг, к землям североамериканских индейцев, можно увидеть те же принципы строительства, но с использованием других материалов. Вигвамы, покрытые корой или циновками, у северных племен имеют обтекаемую куполообразную форму. Часто вход в них обращен на восток, не из-за мистических соображений, а из-за преобладающих западных ветров в районах их проживания.

По мере приближения к экватору земли можно заметить, как ветер превращается из врага в союзника. Здесь конические или пирамидальные формы домов позволяют ветру легко проходить сквозь них, не создавая завихрений и обеспечивая естественную вентиляцию.

На севере с его влажным климатом и наличием хорошего леса, подземное жилище преобразовалось в надземное быстрее. Воздействие климата сказывалось не только на формировании облика зданий, но и на выборе используемых материалов. Каменные стены в холодном климате становятся постоянным источником холода и влаги. Обогрев каменного дома значительно сложнее, чем деревянного. Тепловой инерции бревенчатого дома с толстыми бревнами достаточно для смягчения летней жары. Кроме того, дерево в России всегда было дешевле камня. Вследствие этого большинство жилых построек в стране были деревянными. Уже в конце первого тысячелетия нашей эры появился устойчивый вид бревенчатого срубного жилища - изба, в то время как на юге преобладали землянки. С древних времен люди утепляли избы методом, называемым “конопатка”. Для этого они использовали доступные материалы, например, мох. Он укладывался между бревнами, заполняя щели, чтобы предотвратить проникновение холода и влажности внутрь. Актуальность такого строительного материала как дерево не утратилась и в наши дни. «В последнее десятилетие все большее применение в строительстве находят древесно-цементные материалы — это фибролит, арболит, цементно-стружечные и стружечно-цементные плиты. Для их производства используют древесную щепу, стружку, дробленку, опилки. Строительные изделия из арболита производятся в виде мелкоштучных блоков и крупноразмерных стеновых панелей и используются, главным образом, в малоэтажном и сельском строительстве» [2, с. 258].

Влияние жаркого климата на принципы проектирования домов особенно заметно в архитектуре стран Азии — Японии, Китае, Индии. Большие дверные проемы в японских домах обеспечивали циркуляцию воздуха в жилище, что было спасением от жары во влажном климате. Однако, этот метод вентиляции имел свои недостатки, так как через открытые двери в здание легко проникал палящий солнечный свет. Решение было найдено в широких карнизах и навесах, которые стали визитной карточкой азиатской архитектуры.

Климат влияет не только на внешний вид отдельных построек, но и на планировку города в целом. В III веке н. э. первый человек определил основные принципы городского планирования, положив начало развитию архитектурной климатологии. Им был греческий архитектор Марк Витрувий Поллион, известный создатель триады качеств, которыми должно обладать здание – польза, прочность и красота. Витрувий стал одним из первых, кто осознал принципы движения ветра в городе. Он рекомендовал располагать здания и улицы так, чтобы “разбивать” потоки воздуха об углы строений, потому что понял, что в длинных и узких коридорах зданий ветер усиливается. Витрувий первым изложил идеи об ориентации зданий в пространстве - окна кухонь должны быть освещены вечерним закатным солнцем, а окна кабинетов и библиотек - утренним восходящим солнцем. Наконец, знаменитый архитектор понимал, что правила и принципы строительства значительно меняются в зависимости от географической широты.

Многие мысли, записанные Витрувием в его “Архитектуре”, были верны на протяжении всей истории человечества и остаются актуальными до сих пор. Старые здания на заснеженных и ветреных склонах норвежских фьордов обычно низкие и имеют маленькие окна. В швейцарских Альпах высокие остроконечные крыши зданий позволяют им выдерживать вес снега, а в пустынях дома с белыми стенами и плоскими крышами помогают людям лучше переносить солнечный свет и температурные колебания. Даже улицы пустынных городов становятся уже из-за солнечного света - благодаря этому тень от одних зданий падает на другие. Со времен Витрувия множество мудрецов, строителей, архитекторов и профессионалов дополняли и развивали знания об архитектурной климатологии.

Может показаться, что современные технологии позволяют нам забыть о холоде и жаре, и поэтому облик домов не должен зависеть от места, он должен быть унифицирован на всей планете. Однако влияние климата сохраняется в планировке улиц, толщине стен и цвете крыш. Достаточно просто присмотреться. Прогуливаясь по улицам любого современного российского города, легко увидеть, как климат влияет на его облик. Необходимость в центральном отоплении привела к тому, что наши дома стоят близко друг к другу, а холодные ветры сжимают окна и балконы. Мы также обязаны климату большими многоквартирными зданиями. «В условиях многоэтажной жилой застройки формирование горизонтальных конвективных воздушных потоков происходит за счет разности облучения вертикальных поверхностей противоположных фасадов» [3, с. 27].

Важное значение для обеспечения благоприятных условий проветривания и снижения скорости ветра внутри застройки имеет грамотная ориентация уличной дорожной сети. По высоте зданий города можно разделить на следующие типы: “город-чаша”, где высотность зданий увеличивается от центра города к его окраине; “город-холм”, где высотные здания находятся в центре города, а по мере удаления от центра высота зданий уменьшается; “город-равнина”, где примерно одинаковая высотность застройки наблюдается на всей его территории.

Типу “город-чаша” свойственна низкая плотность застройки в центре с увеличением высоты зданий по мере приближения к окраине (рисунок 2) [4, с. 277]. К этому типу относятся современные города с небольшим по площади охраняемым историческим архитектурным ландшафтом в центре и развитой высотной застройкой на окраине, а также многие древние города среднего и крупного размера, имеющие среднюю и низкую этажность и расположенные на пониженных участках рельефа (например, Душанбе, Бишкек, Иерусалим).

Рисунок 2. Вертикальный разрез поля скорости ветра (продольный) при динамической конвекции для типа «город-чаша» [5]

Также в регионе Джебель Даар на юге Туниса (рисунок 3) люди веками жили в подземных домах, которые летом защищают от жары, а зимой - от суровых ветров. В настоящее время некоторые местные жители построили на своих участках современные дома, однако традиционные подземные жилища они по-прежнему используют в качестве складов или мастерских.

Рисунок 3. Подземные жилища в регионе Джебель Даар на юге Туниса

Тип “город-холм” отличается высокой плотностью застройки в центре с уменьшением высотности зданий по мере удаления от него. Такие города характерны для США, Канады и других постиндустриальных стран. В центре этих городов, где земля наиболее дорогая, располагаются высотные здания коммерческого и административного назначения. По мере удаления от центра плотность застройки уменьшается, а на окраине и в пригородах расположены малоэтажные здания смешанного использования (рисунок 4).

Рисунок 4. Вертикальный разрез поля скорости ветра (продольный) при динамической конвекции для типа «город-холм» [5]

Ещё одним примером данного типа является строительство городов на холмах, например, город Стамбул в Турции (рисунок 5). На формирование архитектуры жилищ на склонах влияют два климатических фактора: горно-долинные воздушные течения и естественное стекание дождевой влаги по поверхности. В течение дня верхние участки склонов сильнее и быстрее нагреваются, чем нижние, что вызывает термическую конвекцию, при которой теплый воздух поднимается по склону. Такой воздушный поток носит название анабатического ветра. Ночью же верхние области склонов охлаждаются быстрее и сильнее, чем нижние области, что приводит к возникновению движения воздуха в обратном направлении: более холодный, а, следовательно, и более плотный воздух начинает двигаться вниз по склону, создавая катабатический ветер.

Рисунок 5. Стамбул, Турция

В “городе-равнине” все здания имеют примерно одинаковую высоту (рисунок 6). Такой тип застройки характерен для современных и позднесредневековых городов на относительно ровной местности с большой площадью охраняемых архитектурных объектов в центре и регулируемой по высоте застройкой на окраинах. Примерами таких городов могут служить многие столицы европейских стран. В России таким городом является Санкт-Петербург.

Рисунок 6. Вертикальный разрез поля скорости ветра (продольный) при динамической конвекции для типа «город-равнина» [5]

В области градостроительной климатологии важным направлением науки считается разделение микроклиматических типов застройки – климатопов (рисунок 7) [6].

Рисунок 7. Микроклиматические типы застроек (климатопы)

Подводя итог вышесказанному, можно отметить, что климат всегда играл важную роль в развитии архитектуры, влияя на основные принципы проектирования и строительства. Учёт климатических условий позволяет создавать здания, гармонично сочетающиеся с окружающей средой и обеспечивающие комфорт для жителей. Современные архитекторы, принимая во внимание изменение климата и развитие технологий, продолжают искать новые решения для создания устойчивых и удобных зданий и городов. Изучение климата, а также анализ его процессов может выявить основные формообразующие принципы и закономерности, способные определить и структурировать процесс проектирования, делая его более осознанным и логичным.

Список литературы:

1. Аронин Дж.Э. Климат и архитектура. // Пер. с англ. М.: Госстройиздат — 1959. [электронный ресурс] — URL: https://scientificrussia.ru/ (дата обращения 12.11.2023)
2. Кошкин А.К., Лазарева Т.Л. Арболит – эффективный ресурсосберегающий материал для мало этажного строительства. // Новые идеи нового века: материалы международной научной конференции ФАД ТОГУ — 2017 — Том 3 — 257-262 с.
3. Шукуров И.С. Исследование процессов формирования конвективных потоков воздуха многоэтажной жилой застройки / И.С. Шукуров, С.П. Маракулина, И.Р. Халилов // Недвижимость: экономика, управление. —  2015 — № 4. — 27-31 с.
4.  Маракулина, С.П. Экологические основы застройки горно-котловинных городов // Цифровизация землепользования и кадастров: тенденции и перспективы: Материалы международной научно-практической конференции 25 сентября 2020 года, Москва, 25 сентября 2020 года — Москва: ГУЗ, 2020 — 276-279 с.
5. Мягков М.С., Алексеева Л.И. Особенности ветрового режима типовых форм городской застройки // Научная статья по специальности «Строительство и архитектура» — 2014.
6. Халлаф А. Влияние климата на формообразование в архитектуре // Научная статья по специальности «Строительство и архитектура» — 2019 — №3.