1.4. Архитектурно-климатические основы проектирования зданий

Многие категории архитектуры, такие, как объемно-пространственная композиция, планировочное решение, внешний образ и т.д. вплоть до национальных признаков, во многом предопределяются конкретными климатическими условиями и, прежде всего, спецификой светового климата, температурно-влажностных и акустических характеристик окружающей среды места строительства.

Крупнейшие мастера архитектуры (Витрувий, Корбюзье, Жолтовский и др.) придавали большое значение климатическим условиям в формировании таких категорий, как композиция, стиль, образ, пластика и т.п. при проектировании зданий.

Знание взаимосвязи климатических условий с архитектурным проектированием позволяет архитекторам избежать ошибок в эстетическом, функциональном и технико-экономическом отношении, ибо такие компоненты естественной и искусственной среды, как солнечная радиация, цвет, воздушная среда (температура, влажность, скорость и направление движения), осадки и звук нередко играют главную роль в формировании архитектурно-композиционных или конструктивных решений при проектировании зданий и сооружений.

Наиболее рациональные решения достигаются при комплексном учете всех выше перечисленных физических параметров среды (светотехнических, теплотехнических и акустических) уже на ранних этапах проектирования.

Особенно большое влияние физических параметров среды необходимо учитывать в современную эпоху, когда на первое место поставлена задача энергосбережений и всемерной экономии не восполняемых энергетических ресурсов.

Композиционные приемы, плотность застройки, ориентация зданий по сторонам горизонта, размеры и заполнение световых проемов, пластика фасадов, а также тепло - и звукоизоляция ограждающих конструкций - факторы, от которых в значительной степени зависят комфортность и выразительность зданий, а также стоимость их энергетической эксплуатации.

Среди физико-технических факторов окружающей среды специфика светового климата (количество, спектр и контрастность освещения, яркость ясного и облачного неба, продолжительность солнечного воздействия, количество и спектр ультрафиолетовой радиации) оказывает существенную роль на плотность застройки и ее планировочное решение, размеры и пропорции световых проемов, пластику и масштабность фасадов зданий.

Световые параметры климата являются нормативными значениями (коэффициент естественного освещения, инсоляция и солнцезащита), которые необходимо строго учитывать при проектировании зданий. Нормативные значения светового климата для различных регионов страны приведены в СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение».

Актуальнейшей проблемой световой среды в современной архитектуре является выбор оптимальных размеров световых проемов и видов солнцезащитных устройств. В последние годы вновь распространилась тенденция к увеличению большими площадями остекления фасадов и солнцезащитной пластикой (балконы, лоджии, веранды, галереи и т.п.), не связанная с функциональным назначением здания и условиями светового климата. Однако такой подход к проектированию зданий и сооружений не способствует формированию архитектурного образа и приводит к значительному дискомфорту и огромным тепловым потерям.

На этих примерах видно, насколько важно при разработке проектов зданий и сооружений правильно учитывать архитектурно-светотехнические факторы.

Наряду со световым климатом при проектировании зданий важно учитывать влияние теплового климата, как совокупность природных характеристик радиационного, температурно-влажностного состояния окружающей среды. Тепловая солнечная радиация, температура наружного и внутреннего воздуха, влажность, скорость и направление движения воздуха имеют нормативные значения и их необходимо учитывать при проектировании тепловой защиты зданий, выборе материала и конструктивного решения ограждающих конструкций.

Нормативные требования, заложенные в климатическом районировании, не позволяют учесть продолжительность тех или иных погодных условий в течение года и определить необходимые климозащитные средства. В связи с этим институтом ЦНИИЭП жилища разработана классификация погодных условий и даны подробные их характеристики. В классификации приведены климатические характеристики семи типов погоды и рекомендуемые режимы эксплуатации зданий (табл. 1.4).

При классификации типов погоды основное внимание уделено сочетанию климатических факторов. Для жаркой, теплой и комфортной типов погоды к этим сочетаниям относятся температура воздуха и относительная влажность, а для погоды прохладной, холодной и суровой - сочетание температуры с ветром.

Согласно классификации, для жаркого типа погоды (тип 1) температуры наружного воздуха находятся в пределах от 30 до 35^оС при влажности 60-25% (Черноморское побережье Кавказа). При этих климатических условиях здания должны защищать человека от сильного перегрева, гиперинсоляции и духоты. Для обеспечения комфортных условий проживания необходимо организовать изолированный режим эксплуатации здания и полное кондиционирование воздушной среды (охлаждение и искусственное уменьшение влагосодержания воздуха). Рекомендуются компактные объемно-планировочные решения, открытые помещения для вечернего и ночного отдыха, использование охлаждающего действия грунта. Для снижения духоты и перегрева помещений следует предусмотреть плотное закрытые и затенение окон, проводить активную аэрацию и обеспечить защиту помещений от солнца.

При жаркой сухой погоде (тип 2), характеризующейся типичной температурой 33-36^оС и влажностью менее 24% (Средняя Азия), жилые помещения должны защищать человека от сильного перегрева, гиперинсоляции, а нередко и от пыли. Одно из простейших и эффективных средств борьбы с перегревом зданий - правильная ориентация их по странам света и по отношению к направлению господствующих ветров. Необходимо помнить, что восточные и западные стены под воздействием солнечной радиации получают в 3-4 раза больше тепла, чем южные, так как последние облучаются только высоко стоящим солнцем, лучи которого полого скользят по плоскости стен. Поэтому лучшей считается ориентация зданий с двухсторонним остеклением длинной осью в направлении восток-запад. Для обеспечения более интенсивного проветривания территории и лучшего охлаждения зданий последние следует располагать длинной осью параллельно направлению господствующих ветров или под углом не более 45 . Рекомендуется закрытый режим эксплуатации помещений с компактным объемно - планировочным решением, обеспечивающим минимальные теплопоступления извне. При проектировании необходимо предусмотреть: увеличение кубатуры внутренних пространств; открытые помещения для вечернего и ночного отдыха; защищенные от солнца световые проемы; искусственное охлаждение и вентиляторы-фены; использование охлаждающего действия грунта. Следует использовать активное затенение помещений, защиту от горячих пыльных ветров пустынь, улавливание ночных ветров с гор и устройство фонтанов. Значительно улучшают микроклимат высаживаемые на территории зеленые насаждения, листва которых поглощает (нейтрализует) большую часть солнечной радиации и образует защитный экран. Вместе с тем насаждения не должны быть слишком густыми и частыми, так как в противном случае они будут мешать циркуляции воздуха около зданий. Для охлаждения территории целесообразно устраивать бассейны, пруды, фонтаны и частые поливки. Водоемы, расположенные непосредственно около зданий, способствуют охлаждению воздуха в помещениях. Пешеходные дорожки рекомендуется затенять зелеными насаждениями.

Для теплого типа погоды (тип 3) характерны температуры 24-32^оС при влажности воздуха от 25 до 75%. Жилые здания при такой погоде должно защищать человека от незначительного перегрева. Режим эксплуатации зданий - полуоткрытый с двухсторонней планировкой квартир при активном проветривании помещений. При проектировании зданий необходимо предусматривать открытые приквартирные пространства, дворики, трансформирующие пространства и ограждения в течение суток, открытые окна при наличии солнцезащитных устройств, вентиляторы-фены. В степных районах при влажности 25-50% необходимо предусматривать типичные средства защиты в виде затенения окон и ночное проветривание для аккумуляции ночной прохлады. Таблица 1.4

Классификация типов погоды и режимы эксплуатации жилища

Тип погоды	Режим эксплуатации жилища	Средне месячная температура воздуха, 0С	Средне месячная относительная влажность воздуха, %	Средне месячная скорость ветра, м/с
Жаркая (сильный перегрев при нормальной и высокой влажности)	Изолированный.Характерны затенение и аэрация, компактное объемно-планировочное решение зданий, полное кондиционирование воздуха, побудительная вытяжная вентиляция, воздухонепроницаемость и теплозащита ограждений	40 и выше 32 и выше 25 и выше	24 и менее 25-49 50 и более	- - -
Сухая жаркая (сильный перегрев при низкой влажности)	Закрытый. Характерны затенение, защита от пыльных ветров, искусственное охлаждение помещений без снижения влагосодержания, воздухонепроницаемость и теплозащита ограждений	32-40	24 и менее	-
Теплая (перегрев)	Полуоткрытый. Характерны затенение и аэрация, сквозное (угловое, вертикальное) проветривание квартир, лоджий и веранды, механические вентиляторы-фены, трансформация ограждений	24-28 20-25 24-32 28-32	50-74 75 и более 24 и менее 25 и 49	- - - -
Комфортная (тепловой комфорт)	Открытый. Климатозащитная функция архитектуры не требуется, типичны лоджии и веранды	12-24 12-24 12-28 12-20	24 и менее 50-74 25-49 75 и более	- - - -
Прохладная	Полуоткрытый. Защита от ветра, ориентация на солнце, отопление малой мощности, трансформация и необходимая воздухонепроницаемость ограждений	4-12	-	0 и более
Холодная (охлаждение)	Закрытый. Защита от ветра, ориентация на солнце, компактное объемно-планировочное решение, закрытые лестницы, шкафы для верхней одежды, центральное отопление средней мощности, вытяжная канальная вентиляция, воздухонепроницаемость и теплозащита ограждений	-36...+4 -28...+4 -20...+4 -12...+4	- - - -	2 и ниже 2-5 5-10 Более 10
Суровая (сильное охлаждение	Изолированный. Желательны переходы между жилищем и сетью первичного обслуживания, максимальная компактность зданий, отопление большой мощности, искусственная приточная вентиляция с обогревом и увлажнением воздуха, высокие воздухонепроницаемость и теплозащита зданий, двойные тамбуры, шкафы для верхней одежды	-36 и ниже -28 и ниже -20 и ниже -12 и ниже	- - - -	2 и менее 2-5 5-10 Более 10

В приморских районах с влажностью 60% и более рекомендуется затенение окон и аэрация пространств, которые обеспечивают комфортные или близкие к ним условия.

Комфортный тип погоды (тип 4) почти не несет климатозащитных функций. Для него характерны температуры наружного воздуха от 18 до 25^оС, относительная влажность от 30 до 60%, скорость движения воздуха в помещении от 0,1 до 0,2 м/с и от 1 до 3 м/с снаружи. Для помещений рекомендуется открытый режим эксплуатации, связанный с внешней средой. Воздухообмен не ограничен. Для зданий не требуются ограждающие конструкции с высокими теплозащитными характеристиками, а также отопительное и охлаждающее оборудование. Рекомендуются приквартирные открытые пространства. При высоких температурах (более 21^оС) требуется затенение, а при низких (12^оС) - инсоляция помещений.

При прохладной погоде с типичной температурой 6-10^оС (тип 5) жилище должно защищать человека от незначительного охлаждения. Для квартир рекомендуется полуоткрытый режим эксплуатации с обращением комнат на солнечные стороны горизонта. Объемно-планировочное решение квартир - умерено компактное с ограждающими конструкциями, обладающими теплозащитными свойствами. В квартирах необходимо предусмотреть места для хранения верхней одежды. Воздухообмен через форточки или фрамуги, использование отопительных устройств малой мощности. В городской среде защита помещений от ветра и инсоляция создают условия, близкие к комфортным.

Холодный тип погоды (тип 6) характеризуется типичной температурой до -25^оС и скоростью ветра 3-10 м/с. Холодная погода типична зимой на европейской территории страны, в Западной и на юге Восточной Сибири. Здания при холодной погоде должны защищать человека от сильного охлаждения, что обеспечивается закрытым режимом эксплуатации помещений, компактным объемно-планировочным решением, высокими теплоизоляционными качествами ограждений, уплотненными окнами, закрытыми отапливаемыми лестницами и центральным отоплением средней мощности. В квартирах необходимо предусматривать шкафы для верхней одежды. В отдельных районах снегозаносы требуют защиты территории и входов в здания.

При суровой (сильно охлажденной) погоде (тип 7), характеризующейся типичной температурой наружного воздуха до минус 36^оС (зима в Якутии) или до минус 20 ^оС при повышенных (5-12 м/с) скоростях ветра (зима на побережье Северного Ледовитого океана) жилище должно защищать человека от сильного охлаждения и ветрового напора. Планировочный режим жилища изолированный, требующий для создания комфорта побудительной приточно-вытяжной вентиляции с подогревом и увлажнением воздуха. Для зданий рекомендуются компактные объемно-планировочные решения, закрытые отапливаемые лестницы, минимальное количество входов в здания с обязательным двойным отапливаемым тамбуром. Необходимы хранилища для верхней одежды и кладовые увеличенной площади. Наружные ограждения должны обладать очень высокими теплозащитными качествами и воздухонепроницаемостью. Оконные конструкции должны иметь тройное остекление. Для зданий должно применяться центральное отопление большой мощности. Для повышения комфортности рекомендуется устройство теплых переходов-галерей между квартирами и предприятиями повседневного обслуживания, а также зимние сады и рекреации. В городской среде пребывание человека на улице резко ограничено из-за возможности обморожения открытых участков тела. Эффективна ветрозащита зданий.

С характером погодных условий связаны категории архитектурной композиции, такие как, архитектурное пространство, пластика объемного решения (масса) и пластика поверхности стен.

Для «комфортной» и «теплой» типов погоды рекомендуется:

- открытый характер архитектурных пространств при свободной застройке микрорайонов и площадей; планировка внутренних помещений, обеспечивающих аэрацию и раскрытие во внешнюю среду;

- расчлененная масса здания, характеризующаяся разделением здания на блоки и присутствием двориков и курдонеров;

- расчлененная пластика поверхности, украшенная лоджиями, балконами, окнами значительных размеров, затеняющими козырьками, навесами и перфорированными стенами.

Для «суровой», «холодной» и «засушливой» типов погоды типичными являются:

- замкнутый и полузамкнутый характер архитектурных пространств, включающий плотную, ячеистую и периметральную застройку кварталов; закрытый тип площадей и закрытые связи-галереи между зданиями; одностороннюю планировку кварталов;

- нерасчлененная или малорасчлененная масса здания, характеризующаяся компактной планировкой, простой конфигурацией, а также внутренними закрытыми атриумами;

- нерасчлененная пластика поверхности с преобладанием гладких поверхностей стен, небольших окон и отсутствием лоджий.