11061

и на визуальные условия. В основном речь идет об альбедо и теплоемкости – характеристиках, определяющих способность материала накапливать тепло. С целью снижения радиационного баланса рекомендуются использовать для поверхностей светлые и отражающие цвета (с высоким альбедо). К показателям также относятся растительные элементы, играющие роль пассивных кондиционеров, потому как одновременно образуют тень, поглощают радиационное излучение и избыточное тепло воздуха в процессе испарения воды, содержащейся в их листьях. Вода имеет те же испарительные функции, но ее количество не является лимитирующим фактором. Выделяют также терморадиационные показатели (степень открытости небосвода, соотношение В/Ш, поверхностная плотность застройки и альбедо поверхностей) во взаимодействии с солнечным излучением и температурой поверхностей и аэродинамические показатели (плотность, пористость и вертикальная неоднородность (шероховатость) городской ткани и расположение застройки) во взаимодействии со скоростью ветра.

Комплексные данные по острову тепла, данные микроклимата и естественной вентиляции подтверждают воздействие температуры воздуха. В центральной части города из-за явления острова тепла и форм улиц тепловая нагрузка может увеличиваться вдвое, что приводит к нарушению внешнего теплового комфорта в открытых общественных пространствах и к сбоям в работе систем кондиционирования.

Явление острова тепла влияет на изменение энергетического баланса, влекущего за собой рост температуры воздуха внешних открытых общественных пространств и энергозатрат зданий. Сокращение островов тепла достигается за счет используемых материалов и озеленения центра города. Внешний тепловой дискомфорт как следствие явления острова тепла и антропогенной деятельности может быть снижен посредством разработки альтернативных решений (естественное вентилирование, управление воздушными потоками).

Типоморфологический анализ городской застройки позволил выделить основные этапы развития архитектурных форм в городах, установить связь между историческим контекстом и архитектурой. Морфологически и посредством изучения развития тканей городов с течением времени выявлены основные формы городской застройки и их подтипы, такие как:

- компактная застройка (традиционный остров, османовский и колониальный остров). Является результатом работы барона Османа

9

вАлжире (1830-1962 гг.);

-пригородная застройка (город-сад). Примером могут служить работа

во Франции и Алжире с 1951 года по середину 1970-х годов; - сквозная застройка (эко-районы и новые города) – проекты

архитекторов Портзампарка во Франции (1994-2009 гг.) и Рикардо Бофилла

вАлжире (2002 г.).

Сточки зрения внешнего теплового комфорта такие формы городской

застройки создают особые тепловые и аэродинамические условия, что подтверждает наличие тесной связи между архитектурной морфологией застройки и комфортом открытых общественных пространств.

Климатическая оценка городской среды сложна из-за взаимовлияния инсоляции, преобладающих ветров, естественной конвекции, загрязнения и антропогенной деятельности. Необходимо также учитывать взаимодействие факторов внутренней и внешней окружающей среды – перекрестные соотношения между тепловым комфортом открытых общественных пространств и энергозатратами зданий.

Вторая глава«Методология оценки отношений архитектурной

морфологии, микроклимата и теплового комфорта открытых общественных пространств» раскрывает различные методологические подходы, которые позволяют определить влияние архитектурной морфологии городской среды на микроклимат и тепловой комфорт в общественных открытых пространствах городов жаркого и засушливого климата Алжира.

Сцелью продемонстрировать изменчивость тепловой окружающей среды

вгородских районах и оценки условий теплового комфорта в открытых общественных пространствах используются три методологические стратегии: типоморфологический анализ, микроклиматические измерения с натурными наблюдениями и компьютерное моделирование с помощью программного модуля «TownScope 2.0». Существуют также методы расчета основных морфологических показателей в масштабе городской застройки (коэффициент формы зданий, плотность застройки, вертикальная неоднородность застройки (городская шероховатость), проницаемость застройки, плотность растений) и в

10

масштабе общественного открытого пространства (соотношение В/Ш, степень открытости небосвода, среднее альбедо поверхности, продолжительность инсоляции, степень замкнутости пространства).

Доказана взаимосвязь между историческим и климатическим контекстом городов жаркого сухого климата Алжира. Развитие городских архитектурных форм влияет на формирование микроклимата и на создание условий внешнего теплового комфорта в открытых общественных пространствах. Часто применяются биоклиматические градостроительные решения, такие как компактность и плотность застройки, тень и солнечное освещение, городское кондиционирование, растительность и вода, традиционные местные материалы.

Алжирские города состоят из двух частей – исторического центра и современных периферийных районов. Для них характерны три основные архитектурные формы: 1) традиционная городская ткань (ксар), 2) колониальная городская ткань и 3) современная городская ткань, которые, соответственно, отражают три разных типа открытых общественных пространств.

Для открытых общественных пространств ксаров (XI век) характерны традиционные улицы и площади, проходы, аркады, узкие улочки и крытые улицы, созданные неизвестными мастерами на основе народных архитектурно- строительных традиций. Колониальная городская ткань (1840-1962 гг.) включает торговые улицы, аркады и площади, площади общественных зданий, проходы и общественные сады, спроектированные французскими архитекторами под руководством колониальной администрации в Алжире. Под современными открытыми общественными пространствами (с 90-х годов прошлого века и до сегодняшнего дня) подразумеваются широкие улицы, площади, места для прогулок, аллеи, игровые площадки, торговые аркады, парки и дворы, созданные в большинстве случаев алжирскими архитекторами под руководством министерств или вилай (административная единица Алжира).

Для проведения экспериментальной части нашего исследования был выбран город Лагуат, расположенный в засушливой климатической зоне Алжира. Практическая часть базируется на сравнительном анализе влияния типов архитектурной морфологии городской среды (традиционная городская ткань – Ксар Згаг Эль-Хаджадж, построенный самими жителями (XI век – 1865 г.), колониальная – микрорайон Эль-Гарбия, созданный французскими военными архитекторами (1853-1962 гг.), и современная – микрорайон

11

Аль Мустакбаль – проект, реализованный алжирским государственным подрядчиком O.P.G.I. «Национальная служба по строительству и управлению недвижимостью» в 2004-2009 гг.) на микроклимат и тепловой комфорт пешеходов в открытых общественных пространствах.

Результаты расчетов морфологических показателей позволяют сделать выводы о различиях между типами архитектурной морфологии городской среды города Лагуат в масштабе городской застройки (для Ксара характерны наибольшие значения плотности застройки (компактная городская ткань) и однородная городская шероховатость, но более низкие значения проницаемости застройки и коэффициента формы зданий) и в масштабе открытого общественного пространства (степень замкнутости пространства и соотношение В/Ш) имеют большее значение в Ксаре и в микрорайоне Эль- Гарбия; степень открытости небосвода, среднее альбедо поверхности и продолжительность инсоляции имеют наибольшие значения в микрорайонах Аль Мустакбаль и Эль-Гарбия).

Микроклиматические параметры определяют условия теплового комфорта в городской среде (такие как температура воздуха, радиационная температура, относительная влажность и движение ветра). Их измерение было проведено в типичный летний день (31 июля) на городском пешеходном маршруте (маршрут анкеты) в городе Лагуат с помощью портативного прибора (термогигрометр и термоанемометр с черным шаром). На основании результатов измерений сделаны выводы о том, что типы городской ткани характеризуются разной температурой воздуха (окружающей температурой). Более высокая температура зафиксирована в микрорайонах Аль Мустакбаль и Эль-Гарбия. В Ксаре наблюдается сформированный «городской остров прохлады»: некоторые точки измерений имеют значения температур меньше, чем температуры, зарегистрированные на метеорологической станции города. Различия типов городских тканей выражаются и в показателях радиационной температуры. Так, для микрорайона Аль Мустакбаль характерны наибольшие значения в течение периода измерения. В зависимости от типа ткани меняется

относительная влажность воздуха; общественный сад микрорайона Аль Мустакбаль имеет самые высокие показатели. Результат измерения скорости ветра показывает слабые свежие потоки воздуха утром и ночью, средние жаркие потоки воздуха днем во всех городских тканях. Общественный сад микрорайона Аль Мустакбаль дает значения скорости ветра отличные от тех, что получены внутри трех городских тканей.

12

Существует обратная корреляция между значениями относительной влажности и температуры, т.е. увеличение температуры приводит к снижению относительной влажности, и наоборот. Влажность воздуха повышается за счет тени, растительности и биоклиматического эффекта воды.

По результатам компьютерного моделирования и вычисления, Ксар всегда представляет меньшие значения, чем микрорайоны Аль Мустакбаль и Эль-Гарбия по показателям: суммарной солнечной радиации, степени открытости небосвода и продолжительности инсоляции, и, наоборот, по показателю продолжительности тени Ксар представляет большие значения.

Выделяется два вида отношений между тепловой средой (локальная оперативная температура пешеходной зоны, индекс комфортности «ЛОТ») и архитектурной морфологией городской среды (морфологические показатели). В масштабе городской застройки различают прямую (положительную) и обратную (отрицательную) корреляцию. Плотностью застройки и наличием растений обусловлен эффект охлаждения, вертикальной неоднородностью застройки (городской шероховатостью), проницаемостью застройки и коэффициентом формы зданий – эффект потепления.

В масштабе открытого общественного пространства выделяют прямую (положительную) корреляцию между степенью открытости небосвода, средним альбедо поверхности и средней продолжительностью инсоляции с локальной оперативной температурой и обратную (отрицательную) корреляцию между соотношением В/Ш и степенью замкнутости пространства с локальной оперативной температурой.

Выводы о динамике окружающей среды и ее влиянии на субъективное восприятие пешехода основаны на графике физического перехода и ощущениях автора во время проведения микроклиматических измерений. При переходе человека с одного места на другое меняется ощущение пространственного комфорта. Возможность пешехода самостоятельно менять солнечные и затененные места на маршруте – важная составная условий теплового комфорта в открытых общественных пространствах города.

Анализ условий теплового комфорта в открытых общественных пространствах был проведен на основе биоклиматического индекса локальной оперативной температуры пешеходной зоны«ЛОТ» с помощью графика теплового комфорта. Большее число пространств с комфортными условиями было найдено в Ксаре. График теплового комфорта показывает, что при движении пешеходов из Ксара к микрорайону Аль Мустакбаль повышается

13

локальная оперативная температура «ЛОТ» и ощущение теплового дискомфорта.

Компьютерное моделирование и вычисление с целью оценки условий теплового комфорта с помощью программы «TownScope 2.0» подтверждает обоснованность полученных ранее результатов. Сравнительный анализ показывает, что для каждого типа застройки характерны различные условия теплового комфорта (традиционная застройка «Ксар» обеспечивает наиболее удовлетворительный уровень теплового комфорта).

В третьей главе«Способы влияния морфологических показателей на

микроклимат и тепловой комфорт открытых общественных пространств»

приводится анализ результатов данного исследования. Взаимодействие климатических параметров и морфологических показателей – сложный феномен, связанный с большим количеством переменных. Морфологические (морфо-климатические или морфофизические)показатели ощутимым образом влияют на атмосферные условия открытых общественных пространств, которые наиболее уязвимы к колебаниям степени теплового комфорта, особенно в жарком и засушливом климате.

Для обеспечения комфортных условий необходимо найти способы защиты от прямой и рассеянной солнечной радиации, от вихревых потоков пыли и песка, наилучшие режимы вентиляции. Температура и влажность воздуха, радиационная температура, движение воздуха меняются от одного типа городской ткани к другому в зависимости от степени воздействия морфологических показателей. Оптимальная архитектурная морфология в жарком и засушливом климате – та, которая сохраняет минимум тепла летом и максимум зимой. Первая адаптация к климату была реализована за счет плотности застройки и внешних очертаний зданий, которые помогают защитить от экстремальных температур. Традиционный квартал имеет форму горизонтальных скоплений индивидуальных домов с глухими фасадами (за исключением наличия нескольких маленьких проемов, роль которых ограничивается аэрацией); части такого квартала рассматриваются как «интровертированная» архитектурная морфология. Общие стены домов с патио, характерные для жаркого и засушливого климата, уменьшают количество поверхностей, обращенных к солнцу. Поскольку вентиляция, освещение и инсоляция обеспечиваются с помощью дворов и патио, то расстояние, разделяющее группы домов, сокращается до минимально возможного. Таким образом, уменьшение накапливающегося тепла и тепловых

14

потерь, ослабление излучения позволяют создать термическую регуляцию микроклимата.

Плотная и компактная городская ткань (жилые дома в ксарах) в основном узкая и проникающая вглубь. Такая морфология создает теневые зоны и не дает солнечным лучам достигать общественных пространств, при ориентации улиц параллельно или под углом к направлению ветра обеспечивает хорошую ночную вентиляцию (улицы отдают накопленное за день тепло воздуху). Так формируются условия комфорта и уменьшается эффект острова тепла.

Современная городская ткань алжирских городов засушливого климата – в основном проницаемая и неплотная, с очень открытыми и незащищенными внешними пространствами – представляет собой вертикальные жилые кварталы. Ей свойственны раздробленность, перепад высот, смешанный характер генерального плана. Это напрямую влияет на степень экспозиции солнечным лучам в течение дня, что ведет к повышению температуры воздуха и средней радиационной температуры и пертурбации воздушных потоков. Такой тип архитектурной морфологии городской среды может, в частности, вызвать термическую деструкцию как внешних, так и внутренних пространств, где здания играют роль приемника солнечных лучей.

Сравнение различных городских и архитектурных типологий позволяет предпочесть некоторые типы открытых общественных пространств,

вчастности, затененные пространства, другим. Тепловой комфорт ощутим

вкрытых переходах, галереях, под балконами или в тени деревьев. При низких значениях степени открытости небосвода, когда соотношение В/Ш высокое, обеспечивается более длительное затенение открытых общественных пространств. Так происходит понижение дневной температуры в городе, но при отсутствии ночной вентиляции это создает проблемы. Подобные узкие общественные пространства охлаждаются медленнее из-за их слабой способности излучать тепло с поверхностей. С другой стороны, чем выше

степень открытости небосводу, когда соотношение В/Ш незначительное, тем выше тепловая разница между ночью и днем.

Доминантной является роль солнечной экспозиции, точнее, радиационных потоков, определяемых средней радиационной температурой летом. Пешеход поглощает энергию напрямую от поверхностей построек, поэтому минимальное расстояние между зданиями (В/Ш) имеет первостепенное значение в регулировании температуры окружающей среды. Тепловой комфорт внешних и внутренних пространств находится также

15

в тесной связи с геометрией улиц. При соотношении В/Ш ≤ 1.0 улицы становятся некомфортными при любой ориентации, но по сравнению с ориентацией запад-восток, улицы ориентированные на север и юг, имеют короткую продолжительность перегрева. На примере города Лагуат можно сделать вывод, что для высоких значений соотношения В/Ш (В/Ш ≥ 4) температура на улице становится комфортной независимо от ее ориентации. Наиболее благоприятной является ориентация на север и юг. При ориентации на северо-восток – юго-запад или юго-восток – северо-запад степень проникновения солнца значительно ниже, чем при ориентации восток-запад или север-юг. Исключается ориентация восток-запад с низкими значениями соотношения В/Ш (В/Ш ≤ 1.0).

Тип строительных материалов зданий, покрытий улиц и малых архитектурных форм влияет на локальное тепловое равновесие пешеходов; альбедо материалов влияет только на температуру поверхностей, открытых солнцу и, как следствие, на среднюю радиационную температуру. Светлый цвет является оптимальным для поверхности стен, так как обеспечивает отражение солнечных лучей (высокое альбедо). Однако такое решение не подходит для защиты открытого пространства (особенно двугранного пространства). Отраженная энергия соединяется с радиационной энергией пользователя открытого общественного пространства, что вызывает тепловой дискомфорт. Для защиты внешних общественных пространств городов с жарким климатом предлагается использовать дерево.

Тепловая инерция материалов характеризуется их способностью аккумулировать тепло и отдавать его обратно со сдвигом во времени. Для создания комфортных условий человека в общественных открытых пространствах необходимо прямое накопление тепла. С этой целью можно размещать большое количество материалов с высокой тепловой инерцией там, куда непосредственно светит солнце, главным образом это южные фасады и перекрытия. Тепловая инерция в жарком и засушливом климате выгодна при выборе материалов, интегрированных с климатическими условиями (саман «аттуб», камень, адоб, бетон и т.д.), а также при выборе формы поверхности (например, волнистая поверхность имеет более высокую способность аккумулировать тепло, чем прямая). Основные объекты для обдуманного выбора материалов – покрытия парковок, дорог, крыши. Чем выше их отражательная и излучательная способность, тем меньше они задерживают тепло. Для снижения эффекта городского острова тепла и обеспечения

16

теплового комфорта открытых общественных пространств рекомендуется выбирать проницаемые (экологичные) покрытия поверхности улиц (например, земляной пол «Ксар», растительное покрытие, растительный гравий, газон, растительный камень). Город благоприятствует использованию элементов природы в любом виде. Большие пространства с растительностью и водоемы локально снижают температуру воздуха. Объекты озеленения (парки, сады, газоны, деревья, озелененные фасады и крыши и т.п.) служат для улучшения теплового комфорта открытых общественных пространств и сокращения энергопотребления зданий. Потребление энергии для кондиционирования зданий сокращается, так как кроме прямого эффекта затенения здания получают более прохладный воздух с улицы. Стратегия пассивного кондиционирования извне развивает создание оборудования, способствующего испарению влаги. То же самое относится к оборудованию водных пространств (фонтаны, каскады, распылители, охлаждающие башни), привносящих комфорт

ирегулирующих тепловой баланс открытых общественных пространств.

Вжарких странах точное микроклиматическое проектирование микрорайона способно уравновешивать эффект городского острова тепла и даже создавать эффект оазиса (воздух в городе прохладнее, чем за его пределами). Такой эффект достигается при помощи архитектурного и городского проектирования, адаптированного к климату (например, традиционные кварталы (ксур) с очень узкими улицами, материалы с высокой тепловой инерцией, светлые цвета), или при помощи растительности и воды.

Заключение и основные выводы

В результате настоящего исследования решена важная для архитектурной науки задача –на примере Алжира выявлено влияние архитектурной морфологии на тепловой комфорт открытых общественных пространств в условиях засушливого климата, что позволило сделать следующие выводы:

1. В ходе типоморфологического анализа городов засушливого климата Алжира на примере города Лагуат были выявлены основные типы архитектурной морфологии городской среды: традиционная (ксар), колониальная и современная. Помимо исторического контекста, в типо- морфологическй анализ введен климатический контекст – для изучения отношения между развитием архитектурной морфологии городской среды и климатом в ходе истории.

17

2.Взаимосвязь между архитектурной морфологией городской среды, микроклиматом и комфортом пешехода базируется на выявлении различных тепло-излучающих и аэродинамических морфологических показателей: объём зданий и шероховатость городской застройки, плотность застройки и неоднородность высоты зданий, альбедо поверхностей и инерция строительных материалов зданий, соотношение В/Ш, степень открытости небосвода, морфология открытых общественных пространств, проницаемость застройки, архитектурно-планировочные решения и ориентации городской застройки.

3.Тепловой комфорт пешехода зависит от отношения между архитектурной морфологией городской среды и физическими параметрами микроклимата, а изменение ситуации комфорта в городах – от исторического контекста (исторической эволюции городской среды).Для изученияэтих отношений введенотри класса показателей: морфологические показатели; микроклиматические параметры; индекс комфортности. Морфологические показатели классифицированы в зависимости от степени влияния морфологии архитектурных объектов на физические параметры (микроклимат) и тепловой комфорт в открытых общественных пространствах и разделены на две группы: показатели в масштабе городской застройки и показатели в масштабе открытого общественного пространства.Расчет морфологических показателей может быть проведен с помощью соединения метода картографии, компьютерного вычисления и моделирования, натурных наблюдений.

4.Классифицированы результаты измерений микроклиматических параметров при оценке внешнего теплового комфорта в течение летнего периода. В Ксаре зафиксировано понижение окружающей температуры и средней радиационной температуры (Tmr) в силу плотности и компактности городской застройки. Мощный энергетический захват на уровне колониальной

исовременной городской ткани говорит о том, что улица по типу каньон (В/Ш ≤ 1.5) накапливает большое количество энергии за счет солнечного излучения и характеристик строительных материалов. Накопление энергии может продолжаться ночью при отсутствии сильной естественной вентиляции. Перекрытые и затесненные пространства способствуют значительному понижению окружающей и средней радиационной температуры (Tmr). Зеленые насаждения и поверхности с проницаемым покрытием (клумбы, газоны, голая земля) играют роль защиты от солнечных потоков и легкого жаркого ветра, охлаждают атмосферу за счет увлажнения. Для охлаждения открытых общественных пространств и борьбы с городским островом тепла свойства

18