elima.ru
Вход
СтатьиТеория и практика архитектурного проектирования

Традиции арабской архитектуры в энергоэффективных зданиях

Р. А. Юсфи, Т. Р. Забалуева

Научно-исследовательский Московский Государственный строительный университет, Москва, Россия

Аннотация

В статье проводится поэтапный анализ нескольких энергоэффективных современных зданий, возведенных на Ближнем Востоке. На первом этапе анализируется интерпретация элементов, взятых из традиционной арабской архитектуры. Затем анализ затрагивает традиционные методы проектирования зданий с пассивной энергоэффективностью или энергосберегающей архитектуры, использующей возобновляемые источники энергии такие, как солнце, ветер, температуры грунта. Анализ завершается выявлением энергетически и экономически выгодной активной системы охлаждения в случае ее наличия в выбранных объектах. В результате предлагаются рекомендации, которые способствуют повышению энергоэффективности и оптимизации пассивных методов охлаждения в современной арабской архитектуре с учетом традиционных приемов строительства.


Проблема возможного истощения невозобновляемых энергоресурсов в недалеком будущем общеизвестна. В связи с этим современная архитектура начала постепенно переходить к энергосберегающим способам и энергоэффективным приемам в проектировании и строительстве. В странах арабского мира и Ближнего Востока традиционная архитектура оставила богатейшее наследие приемов и методов проектирования «пассивных» зданий (энергоэффективных, использующих возобновляемые источники энергии такие, как солнце, ветер, термальные температуры и т.п.) в которых наилучшим образом учитывались климатические условия регионов, отличающихся жарким климатом [1]. Традиционные методы способствуют охлаждению и вентиляции здания с использованием исключительно естественных климатических ресурсов и возобновляемых источников энергии.

Существует множество приемов, используемых в традиционной арабской архитектуре, такие как, внутренний двор, машрабия, малькаф, «бадгир», куполообразное завершения зданий, теневые воздухопроницаемые навесы во внутренних дворах и галереях по внешнему периметру, защищающие пешеходов и фасады от избыточной инсоляции, световентиляционные колодцы и т.п. Ограничиваясь форматом журнальной статьи, в ней будут рассмотрены некоторые из традиционных элементов, которые получили наиболее широкое распространение в современной архитектуре и играют наиболее важную роль в защите жилых и общественных зданий от неблагоприятного воздействия сухого жаркого климата.

Для полного понимания традиционных методов проектирования «пассивных» домов в арабском мире предлагается провести сравнительный анализ современных энергоэффективных зданий, возведенных на Ближнем Востоке, где одновременно применяются традиционные элементы арабской архитектуры в современной интерпретации. Анализ включает в себя энергоэффективные здания, находящиеся в одном и том же регионе, где используются общепринятые сегодня методы проектирования, распространенные во многих странах, где присутствует проблема перегрева. К тому же, анализ выявляет возможность совместной работы традиционных методов проектирования «пассивных» домов с общепринятыми современными методами их проектирования с использованием активных систем охлаждения. В результате получены выводы и рекомендации для оптимального проектирования энергоэффективных зданий на Ближнем Востоке и в других регионах со схожими природно-климатическими условиями.

Говоря об этой теме, невозможно не упомянуть египетского архитектора Хассана Фатхи (Hassan Fat’hi, 1900-1989). Он считается первым арабским архитектором XX века, который стремился использовать в своих проектах традиционные методы строительства, взятые из арабской архитектуры для возведения энергоэффективных и экологических зданий. Тем не менее, также ограничиваясь форматом журнальной статьи, мы выбрали более современные сооружения для нашего анализа.

Французская школа имени Шарля де Голля в Дамаске

В качестве первого объекта выбрана Французская школа имени Шарля де Голля в Дамаске, Сирия. Школа была основана в 2008 году указом французского президента Николя Саркози. В ее проектировании приняли участие архитекторы мастерской «Лион» и Немецкая эко-строительная фирма «Транссолар».

Проект школы был рассчитан на 900 учеников разного возраста. Общая площадь зданий составляет 10 000 м2. В школе предусматривается полный цикл образования, от дошкольного до старших классов. Задача архитекторов и строителей заключалась в создании энергоэффективного проекта, который смог бы обеспечить комфортную температуру внутренним помещениям с помощью использования энергосберегающих и экономически выгодных приемов и технологий [2]. В этом объекте использованы приемы и элементы, взятые из традиционной арабской архитектуры.

Внутренний двор. Основная функция внутреннего двора заключается в обеспечении естественной вентиляции и освещения. Двор является эффективным средством для создания движения воздуха путем конвекции. В жарком сухом климате ночью воздух во дворе, который нагрелся в течение дня, поднимается и замещается прохладным ночным воздухом, поступающим снаружи. Накопленный прохладный воздух во дворе проникает и охлаждает окружающие двор комнаты в начале следующего светового дня. Также в течение дня двор самозатеняется окружающими его стенами здания, что помогает внутридворовому воздуху нагреваться медленно и оставаться прохладным до конца дня [3]. Таким образом, внутренний двор обеспечивает относительно комфортные микроклиматические условия.

Школа состоит из отдельных небольших двухэтажных строений, в которых размещаются помещения для проведения занятий. Строения расположены последовательно друг за другом, а между ними образуются внутренние дворы с зелеными насаждениями (рис. 1б,в). Такая планировочная структура позволяет объединять здания дворами, обладающими благоприятным микроклиматом с прохладным воздухом, который обеспечивается затенением и зелеными насаждениями. Свежий воздух поступает в классы через окна, за счет чего в них постоянно поддерживается комфортная температура. Одновременно дворы выполняют и социальную функцию, образуя пространства, которые предоставляют возможность общения студентов друг с другом в комфортных условиях в свободное время между занятиями (рис. 1а) [2].

imageimage

а) б)

image

в)

Рис. 1. Традиционные климатозащитные приемы строительства: а) внутренний двор в традиционном арабском доме; б) интерпретация внутреннего двора в школе; в) последовательный порядок расположения дворов и зданий с классами в школе

Ветровая башня «малькаф» – второй элемент, взятый из традиционной арабской архитектуры. Этот элемент архитектуры активно участвует в создании естественной циркуляции воздуха одновременно двумя разными способами. Во-первых, башня возвышается над зданием и имеет одно или несколько вентиляционных отверстий в верхней части, расположенных со стороны преобладающего направления ветра. Эти отверстия захватывают воздух под напором ветра, движущегося над зданием, который, как правило, бывает прохладным вечером и по ночам, и пропускают его внутрь. Во время жарких суховеев отверстия могут закрываться.

В результате гравитации прохладный, более тяжелый воздух, вошедший через отверстия башни под давлением внешнего ветра с наветренной стороны, опускается вниз и распространяется по помещениям через специальные вентиляционные проемы, вытесняя нагретый в этих помещениях более легкий теплый воздух, вытягиваемый за счет отрицательного давления с подветренной стороны башни. Таким образом создается постоянная циркуляция воздуха с естественным побуждением для проветривания помещений в жаркое время года без дополнительных финансовых затрат на электромеханические устройства (рис. 2) [4].

imageimage


а) б)

Рис. 2. Ветровая башня «малькаф»: а) схема работы; б) внешний вид башни с четырьмя отверстиями

В школе имени Шарля де Голля в Дамаске малькафы присутствуют в каждом строении, которое имеет два этажа. Поверхность малькафов с целью интенсификации нагрева вытягиваемого из помещений воздуха с южной стороны покрыта пластиной черного цвета из поликарбоната (рис. 3а). Такое решение усиливает эффект теплового напора и естественной тяги в башне (рис. 3б) [2].

Использование подвала в охлаждении помещений также является традиционным приемом. Этот прием использовался в арабской архитектуре с древних времен. Его суть заключается в одновременном использовании ветровой башни и заглубленного в грунт подвала здания вентиляционного канала. Воздух охлаждается в подвале за счет теплоотдачи в грунт и затем поступает во внутренние помещения, чтобы охлаждать их. Также воздух мог проникать в отверстие, сделанное в земле, которое шло вглубь в виде туннеля, доходя до подземного канала, где скапливалась грунтовая вода. Такой туннель называется «канат». Воздух, прошедший в туннеле, охлаждался и увлажнялся, после чего поступал в подвал, а затем проникал во внутренние помещения, будучи достаточно прохладным после того, как прошел две стадии охлаждения и увлажнение. Это давало возможность значительно снизить температуру в комнатах и решало проблему недостаточной влажности воздуха в жаркое время года [5].

image

а)

image

б)

Рис. 3. Малькафы в школе имени Шарля де Голля в Дамаске: а) внешний вид; б) схема работы ветровой башни [2]

В школе, кроме основной функции ветровой башни, также к процессу охлаждения подключены маленькие трубы, расположенные под полом в грунте. Их функция заключается в дополнительном охлаждении воздуха перед тем, как он войдет в помещения, благодаря контакту с подстилающим грунтом [2].

Общепринятыми архитектурными приемами для предотвращения перегрева зданий являются элементы затенения. Все внутренние дворы школы оснащены трансформируемыми навесами, которые защищают дворы от избыточной солнечной радиации днем в летнее время, и в то же время открываются ночью для охлаждения дворовых пространств, когда температура наружного воздуха снижается. В зимний период навесы работают наоборот – открываются днем для того, чтобы максимально уловить тепло солнца, а ночью закрываются, чтобы не потерять тепло, полученное в дневные часы [2].

Снижению суточной и сезонной амплитуды колебания температуры во внутренних помещениях способствует усиленная теплоизоляция стен. Наружные стены полые и сделаны из двух слоев шлакобетонных блоков, между которыми находится 5-сантиметровое воздушное пространство, препятствующее поступлению тепловой энергии во внутренние помещения днем. Воздух является одним из самых эффективных теплоизоляторов. В совокупности с эффектом, получаемым благодаря ветровой башне, оболочка здания охлаждается и обеспечивает комфортную температуру для всего следующего дня. Для дополнительной теплоизоляции и защиты помещений от перегрева в школе используется двойное остекление [2].

Дом машрабия в Иерусалиме

Дом машрабия расположен в Палестинской деревне Бейт Сафафа, между Иерусалимом и Вифлеемом. Он построен в 2011 году, его площадь составляет 1700 м². Проект принадлежит архитектору Кинана Абделькадеру, основной идеей которого было создание дома, максимально гармонично вписывающегося в ландшафт окружающей местности и отвечающего социальным требованиям [6].

Концепция проекта заключалась в интерпретации традиционных элементов арабской архитектуры в современном композиционном и пластическом решении, что привело к созданию эстетически привлекательного сооружения с энергоэффективными параметрами. Интерпретация традиционных элементов арабской архитектуры проявляется в применении следующих приёмов:

Так как одной из основных задач проекта было уменьшить потребление электроэнергии, архитекторы приложили большие усилия для создания инновационной активной системы охлаждения. В здании применена высокоэффективная радиационная геотермальная система охлаждения. Она работает за счет геотермального теплового насоса, который качает морскую воду из глубины моря, где вода постоянно остается относительно холодной. Холодная вода поступает через трубы в теплообменник, который, в свою очередь, прохладу воды путем конвенции передает в помещения, охлаждая их. Для этой системы требуется минимальное количество электричества, используемого лишь для работы насоса [11].

Рекомендации по повышению энергоэффективности описанных объектов

Относительно французской школы в Дамаске можно сказать, что, несмотря на то, что архитекторы учли в ней основные принципы традиционной арабской архитектуры, в проекте отсутствует весьма важный и эффективный элемент, который широко использовался арабскими зодчими – это окно-балкон «машрабия». Такое решение, кроме того, что оно значительно повысило бы устойчивость здания к избыточному перегреву солнцем, также придало бы общему облику более колоритный «восточный» облик, который гармоничнее вписывался бы в окружающий ансамбль древнего города Дамаска.

Во внутренних дворах, расположенных между классами школы, отсутствуют водные объекты благоустройства, которые всегда находились в центре дворов арабских традиционных зданий в виде маленьких фонтанов или водоемов, которые являются эффективным элементом охлаждения. Люди в жаркую сухую погоду всегда стараются находиться как можно дольше около источника воды, чтобы сохранить чувство свежести. Вода играет важную роль в увлажнении и охлаждении воздуха, использование этого приема повысило бы комфортность микроклимата внутренних дворов школы.

В проектах французской школы в Дамаске и доме машрабия в Иерусалиме применены исключительно пассивные методы охлаждения, что является их большим достоинством. Тем не менее, применение лишь пассивных методов охлаждения и вентиляции не полностью решает проблему перегрева. Поэтому целесообразно включать в архитектурные проекты активные системы охлаждения для совместной работы с пассивными, но преимущественно те, которые потребляют минимальное количество энергии и являются энергетически и экономически выгодными, как это сделано в остальных проектах, таких как «Масдар-Сити» в Абу-Даби, «студенческом центре» при Американском университете в Бейруте и «энергоэффективном жилом доме» в Акаба.

С другой стороны, в студенческом центре при Американском университете в Бейруте недостаточно применены принципы традиционной арабской архитектуры. Из них присутствует только концепция внутреннего двора. В «энергоэффективном жилом доме» в Акаба полностью отсутствуют эти принципы и используются лишь общепринятые методы пассивного проектирования, которые можно найти в любом регионе с похожими климатическими условиями. В этом проекте полностью пренебрегли принципами традиционной архитектуры, которые могли бы использоваться намного шире.

Выводы

Несмотря на то, что на Ближнем Востоке имеется богатое архитектурное наследие, оставленное древними зодчими, методы которого успешно работают в условиях местного климата, большинство современных архитекторов пренебрегают традиционными подходами при проектировании зданий. Эти методы могли бы способствовать повышению энергоэффективности зданий и уменьшению энергозатрат при их эксплуатации. В настоящее время практически нет зданий или проектов, в которых применяются все основные принципы традиционной арабской архитектуры (внутренний двор, ветровая башня «малькаф» и окно-балкон «машрабия» и др.).

Также очевидно отсутствие примера, в котором использовались бы все вышеизложенные методы и приемы, повышающие энергоэффективность застройки, которые включают в себя основные принципы традиционной арабской архитектуры, общепринятые методы проектирования «пассивных» домов совместно с технологиями возобновляемых источников энергии, в том числе фотоэлектрических элементов на фасадах и крышах зданий [13], а так же экономически и энергетически выгодные активные системы охлаждения. Таким образом, отсутствуют здания, которые выполняют требования энергоэффективности на все 100%.

Следование приведенным выше рекомендациям по более широкому применению как традиционных, так и современных малозатратных архитектурных методов создания комфортных условий пребывания людей в зданиях при проектировании и строительстве в странах Ближнего Востока и других регионах, характеризующихся преобладанием жаркой сухой погоды большую часть года, будет способствовать применению и распространению понимания основных принципов проектирования энергоэффективных зданий для этих регионов. Это поможет значительно уменьшить использование дорогостоящих активных систем охлаждения, например – дорогостоящего кондиционирования, приведет к снижению энергопотребления, и, что также очень важно для архитектуры, обеспечит возможность возрождения архитектурных традиций и их интерпретации в современных технологиях строительства, их полноценному участию в формировании архитектурной среды.

Источники иллюстраций

Рис. 1 а.: http://www.syriaphotoguide.com/home/author/danieldemeter/

Рис. 1б– в.: http://www.atelierslion.com/ projets/ecole-francaise-charles-de-gaulle/

Рис. 2а.: http://www.ecoedility.it/e3news/?p=318

Рис. 2б, Рис. 5, Рис. 8а-в.: https://ru.pinterest.com/

Рис. 3а.: https://archnet.org/sites/6867/media_contents/76932

Литература

  1. Дуничкин И.В. Ветровой режим аравийского полуострова как фактор локального регионализма архитектуры Йеменской республики / И.В. Дуничкин, А.Э. Тоторкулов, Д.А. Жуков // Промышленное и гражданское строительство. – 2014. – № 9. – С. 15-18.

  2. Karim Elgendy. A Damascus school revives traditional cooling techniques // Carboun journal: carboun.com/ sustainable-design/a-damascus-school-revives– traditional-cooling-techniques/

  3. Abdel-moniem El-Shorbagy. Traditional Islamic-Arab House: Vocabulary And Syntax [Традиционный исламско-арабский дом: словарь и синтаксиса] / Abdel-moniem El-Shorbagy// International Journal of Civil & Environmental Engineering IJCEE-IJENS, 2010. – Vol. 10. – № 04. – С. 15-20.

  4. Mahmoud Ahmed Eissa. Ecological aspects of the courtyard house as a passive cooling system. Conference: International Seminar: the Mediterranean medina, Pescara, Francavilla, Museo Michetti, Italy, June 17-19, 2004. – Pescara: Facoltà di Architettura, 2004. – С. 1-12.

  5. A. A'zami Badgir in traditional Iranian architecture // “Passive and Low Energy Cooling for the Built Environment : тезисы докл. International Conference. – Греция, Санторини, май, 2005. – С.1021-1026.

  6. Mashrabiya House: archdaily.com/175582/ the-mashrabiya-house– senan-abdelqader

  7. Забалуева Т.Р. Традиционное арабское жилище и современное жилищное строительство в Сирии / Т.Р. Забалуева, Р. Юсфи // Промышленное и гражданское строительство. – 2016. – № 3. – С. 10-14.

  8. Exploring Masdar City: https://engineering.dartmouth.edu/~d30345d/courses/engs44-old/Masdar_City.pdf

  9. :csbe.org/assets/e-publications/ AREE-Specification-final-versionTE.pdf

  10. Karim Elgendy. The First Low Energy House in Jordan // Carboun journal:carboun.com/sustainable-design/ the-first-low-energy-house-in-jordan/

  11. Karim Elgendy. The American University in Beirut Combines Innovation and Traditional design // Carboun journal: carboun.com/sustainable-design/ the-american-university-in-beirut-combines-innovation-and-traditional-design/

  12. Charles Hostler Center:archdaily.com/36324/ charles-hostler-center-vjaa

  13. Дуничкин И.В., Ковалева А.С. Энергоэффективность в гражданском строительстве при использовании фотоэлектрических элементов / И.В. Дуничкин, А.С. Ковалева // Научное обозрение. – 2016. – № 15. – С. 91-94.

Оригинал статьи
twitter.comfacebook.comvk.comconnect.ok.ru
Если вы являетесь правообладателем данной статьи, и не желаете её нахождения в свободном доступе, вы можете сообщить о свох правах и потребовать её удаления. Для этого вам неоходимо написать письмо по одному из адресов: root@elima.ru, root.elima.ru@gmail.com.