Солнечный свет и архитектура. Строим правильный дом

В том, чтобы щадить окружающую среду и экономить энергию, заинтересованы и заказчик, и архитектор. Но поскольку потребности заказчиков и архитекторов различны по характеру, отличаются друг от друга и построенные ими здания. Вот почему мы будем говорить не о шаблонах, которым следует подражать, а о принципах, применение которых позволит сделать строение более экономичным без ущерба его функциональности и эстетическому облику. Ведь рационально спроектированное здание красиво так же, как красива природа, которая в процессе развития по своим собственным законам обрела оптимальную форму. Экономичность не может служить оправданием некрасивого дома.

Учитывая условия среды в узком смысле слова, проектируя дом. которому необходим солнечный свет, архитекторы сделают или смогут сделать значительный шаг вперед при разработке биологического пространства, которое служит квартирой, т. е. при создании солнечного дома. Чем меньше энергии требуется дому, тем более солнечными должны быть внутренние помещения и более эффективной система регулирования, в противном случае все то, что было создано ценой больших затрат, теряет смысл.

Прежде чем перейти к подробному изложению. давайте кратко проанализируем суть круга этих проблем. Солнце как самый важный источник энергии подобно термоядерному реактору. Запасов водорода, необходимого для его действия, будет достаточно на необозримый период времени, поэтому наша звезда практически является неистощимым источником энергии. Ископаемые виды энергии и большая часть ее возобновляемых видов связаны с энергией солнца. Солнечное излучение — это электромагнитное излучение, спектр которого охватывает все виды лучей, начиная с ультрафиолетовых, включая видимые и заканчивая инфракрасными лучами. В архитектуре видимую часть этого спектра мы используем в виде естественного освещения. Чем полнее используется естественное освещение, тем больше энергии мы экономим, а при соответствующем обустройстве здания получаем также возможность использовать тепловой эффект инфракрасного диапазона.

В процессе использования солнечного излучения первостепенное значение играет соответствующее ориентирование здания. Это касается как освещения, так и использования тепловой энергии. Выбирая местоположение дома, его ориентацию, мы в первую очередь ориентируемся на географические стороны света, т. е. на положение эклиптики. К числу прочих факторов ориентирования относятся господствующее направление ветра, условия рельефа и урбанистические условия. При выборе ориентации трудно определить приоритетность факторов по степени важности. Ориентирование — это повод для серьезного размышления, ведь, например, прекрасная панорама может перевернуть всю логически выстроенную концепцию ориентирования.

Продолжительность инсоляции — это период времени, в течение которого поверхность, которую мы подвергаем анализу, будет освещаться солнцем. Инсоляция может быть как благоприятной, так и неблагоприятной. При наличии активных систем-соляриев, таких, как термический коллектор солнечного тепла и солнечная батарея, инсоляция всегда носит положительный характер. Эти элементы необходимо сориентировать так, чтобы солнечные лучи попадали на них в течение максимально длительного времени и с наибольшей интенсивностью. С осени до весны инсоляция будет носить положительный характер даже в случае наличия пассивных систем-соляриев. В этот период солнечное излучение положительно влияет на энергетический баланс здания. А вот летом повышенная инсоляция носит неблагоприятный характер. В это время нам необходим диапазон видимых лучей спектра (т. е. свет), а диапазон инфракрасного излучения мы предпочитаем избегать, поскольку -прежде всего из-за парникового эффекта -он оказывает неблагоприятное воздействие на внутренний микроклимат помещения. В летний период инсоляцию можно снижать при помощи затеняющих конструкций и посредством соответствующего ориентирования, ведь утренние солнечные лучи, когда температура окружающей среды еще невысока, оказывают более благоприятное воздействие, чем полуденные. Уровень инсоляции и время ее протекания зависят от окружающего рельефа, от застройки местности и от имеющейся растительности.

Когда речь идет о естественном освещении, главное требование будет заключаться в том, чтобы солнце не ослепляло. Солнечный свет, приникающий непосредственно через проемы 8 стене, ослепляет человека, искажает восприятие света, что мешает осуществлять многие виды деятельности. В отличие от инсоляции цель в данном случае заключается в том, чтобы солнечный свет не проникал 8 здание непосредственно; в этом случае источником света является небосвод.

Рассчитать уровень естественного освещения того или иного помещения нетрудно, для этого необходимо определить степень адекватной освещенности, необходимой для различных видов деятельности, которые осуществляются в данном помещении.

Свет в помещение может проникать не только через световые проемы, но и через прочие прозрачные конструкции здания, поэтому в дальнейшем мы будем вести речь именно о светопроемах. Светопроемы бывают двух видов: боковые и верхние, они отличаются друг от друга не только своим расположением. Боковые светопроемы большей частью получают рассеянный свет, в то время как при наличии верхних светопроемов, как правило, приходится позаботиться о защите от прямых лучей. При наличии боковых светопроемов глубина освещенности бывает сильно ограниченной. Не везде имеется возможность применять верхние светопроемы. С помощью зеркальных конструкций можно «увеличить глубину» освещенности и сделать ее более равномерной. Тепло распространяется путем теплопроводности, конвекции и излучения. Тепло Солнца передается Земпе посредством излучения. Конвекцией (передачей тепла в жидкостях и газах) во многих случаях можно пренебречь. На практике это означает, что воздух, находящийся между источником излучения и предметом, практически не нагревается, а нагревается только освещенный предмет.

Например, летом, когда мы едем на поезде, особенно перед его отправлением, мы часто замечаем, что через металлический корпус и через окна пассажирские вагоны сильно прогреваются, температура внутри них кажется просто невыносимой. Это явление вызывает т. н. парниковый эффект, который, по сути дела, представляет собой ловушку для тепла; это один из важнейших инструментов использования пассивной солнечной энергии и проектирования с учетом энергетического фактора. Суть его состоит в том, что излучаемая энергия проходит через застекленное окно, а выйти обратно она уже не может. Причина этого в разнице между спектрами входящего и направленного наружу излучения, а также в специфической пропускной способности стекла.

Стены и прочие конструкции, обладающие высокой теплоаккумулирующей способностью, широко применяют в экологической архитектуре. При применении варианта т. н. прямого обогрева проникающие через окно солнечные лучи непосредственно обогревают помещение и теплоаккумулирующие конструкции. При использовании косвенногообогрева солнечные лучи обогревают помещение косвенно, через теплоаккумулирующую стену. Самое простое решение — т. н. «массивная стена», в этом случае уровень использования тепла повышают с помощью специального слоя, который вызывает парниковый эффект, иными словами, фактически мы используем парник или зимний сад. В большинстве случаев такие системы используют 8 период зимнего излучения. Летом от солнечного излучения защищаются с помощью экранирующих конструкций.

Стену с большой массой можно использовать не только для обогрева, но и для охлаждения. Запатентованное Ф. Тромбом и X. Мишелем изобретение — т. н. «стена Тромба» — с помощью простой конструкции позволяет летом охлаждать, а зимой согревать стены. В прохладную, солнечную погоду «-улучшенная» парником стена с большой массой вбирает в себя солнечное тепло. Когда жалюзи в стенных проемах открыты, помещение обогревается в результате воздушной конвекции. К вечеру жалюзи закрывают, при этом накопленное за день тепло стена излучает в наружное пространство. В теплую погоду днем помещение проветривают, вентилирующий воздушный поток прогоняют через «теплицу», таким образом, конвекция удерживает солнечное тепло, а поток воздуха не дает стене перегреться. Ночью стену охлаждают, проветривая ее наружную сторону, которая находится под стеклом.

Технология, унаследованная народной архитектурой на протяжении столетий, представляет собой более «древнюю» разновидность вышеописанного процесса; в ней применяли тяжелые стены с большой массой. Поскольку такие стены обладают высокой способностью аккумулировать тепло, им не страшны даже сезонные колебания температуры: летом в доме прохладно. а зимой стены «излучают в дом тепло». Последнее утверждение, с профессиональной точки зрения, конечно, преувеличено, хотя и приемлемо с точки зрения психологии обитания.

В народной архитектуре часто встречается так называемый дом с верандой. Исходя из соображений функциональности, веранду обычно делают так, чтобы она примыкала к длинной стороне жилого дома с южной стороны.

Частично застекленная крыша облегчает использование чердака, однако это в определенной мере усложняет строительство и затрудняет поддержание чистоты наружной части крыши.

Окно и вертикальная стеклянная боковая стена обеспечивают безупречное естественное освещение жилого дома, т. е. инсоляцию

стороны либо ближе к южной ориентации; стену и проемы жилого пространства защищают от палящего летнего солнца, а в период с осени до весны, когда лучи солнца направлены под меньшим углом, они не встречают преград на своем пути. Это решение унаследовали и архитекторы третьего тысячелетия, потому что отдельные фрагменты новых современных домов способны выполнять те же функции.

Дома и окна

История дома имеет более глубокие корни, чем история окна. После того как человек покинул пещеру, строительство дома превратилось в социальную потребность, однако помимо двери в нем имелся еще лишь один проем — наверху, посередине (он служил прежде всего выходом для дыма горящего очага и, естественно, обеспечивал минимальное освещение внутреннего пространства).

Хотя окно как средство освещения существует уже два-три тысячелетия, но его величина и застекление зависели от определенных факторов. Сначала это был простой проем, который на ночь и в холодную погоду закрывался такой же створкой, как и дверь. Позже его стали затягивать пузырем животных, а в Китае применяли раму с бумажным покрытием. И хотя история стекла насчитывает более тысячелетия, но окно, застекленное по всему проему, а также рамы с открывающимися створками появились позже, сначала застекленные окна составляли из небольших, скрепленных друг с другом элементов, располагавшихся на свинцовой решетке. С течением времени окна становились все совершеннее и все больше.