В условиях острой нехватки ресурсов, борьбы за выживание и место под солнцем люди всегда стремились к достижению лучших результатов наименьшими силами. Только благодаря этому умению, укреплявшемуся в ходе эволюции, человечество смогло дожить до сегодняшнего дня. В век научно–технической революции вопросы выживания отошли для человека на второй план, а с ними и стремление обращать законы природы в свою пользу.
Нелишне будет вспомнить о принципах, на которых основывались древние зодчие. Конечно, далеко не все идеи применимы сегодня – выявить самые ценные и актуальные из них помогут здравый смысл и принцип экономической эффективности.
Уроки дикой природы
Животный мир может стать источником вдохновения для человека – взращенные эволюцией приемы с успехом могут применяться в современных условиях. «В природе всё рационально, можно сказать, природа сама выбирает форму сообразно местному климату, – говорит Павел Казанцев, архитектор, профессор кафедры дизайна ДВГТУ, лауреат Национальной экологической премии «ЭкоМир». – Недавно один из моих студентов, разрабатывая проект экологичес кого небоскреба для жаркого климата, использовал как прообраз пример башни термитника, в плане вытянутой с севера на юг: южный «фасад» термитника его «зодчие» урезали по площади примерно в три раза относительно восточного и западного фасадов, чтобы снизить полуденный перегрев».
Термиты вообще считаются величайшими природными архитекторами – величина «строителей» по отношению к размерам возводимых ими построек поражает воображение. Сооружения африканских термитов при переводе в «человеческий» масштаб составили бы небоскребы высотой в пару-тройку километров! Кроме грамотной ориентации в пространстве, термиты снабжают постройки грибовидной крышей, чтобы уберечься от дождя. Родственники термитов – муравьи в наших средних широтах, где перегрев не является основной проблемой, напротив, длинную сторону муравейника ориентируют на юг, чтобы получить максимальное количество солнечного тепла.
Интересны и примеры адаптации самих животных к климату. К примеру, млекопитающие обитатели пустынь снабжены длинными конечностями, которые служат защитой от теплового излучения с поверхности земли. Технологии, запатентованные природой, часто служат основой человеческих изобретений. «К примеру, черная кожа под шерстью белых медведей согревает хозяина полярных морей, совсем как термальный массив экодома – черная стена за стек лом – отапливает накопленным солнечным теплом жилье человека», – отмечает Павел Казанцев.
Сделать больше меньшими силами
Основной принцип энергосбережения – избегать лишних усилий. В нынешний век грузовых перевозок строительные материалы нередко привозятся издалека. «Один из способов экономить усилия, а значит, и энергию, широко применяемый древними людьми, – это использование для строительства материалов, которые их окружали, – говорит строитель экодомов Дэмиан Маст, Damian Mast & Co, Миссула, штат Монтана, США. – Если они находились в сухой местности, небогатой деревьями, большинство домов строилось из земли, глины, с добавлением соломы или навоза. Во времена основания западных штатов Америки в ходу были рубленые избы, потому что дерево было доступно. Не требовалось привозить или производить материалы вдалеке от участка строительства». Сегодня такой подход пропагандируется концепцией «зеленого» строительства, соответствующие критерии есть в системах оценки LEED, BREEAM и др. Однако экономическая целесообразность не всегда позволяет использовать местные материалы. Одна из причин – дефицит строительных материалов в данной местности и, соответственно, их высокая стоимость. «Кроме того, применение традиционных строительных материалов нередко весьма трудоемко, а труд людей – одна из наиболее дорогих вещей в современном обществе», – отмечает Дэмиан Маст.
Однако лучший способ экономить энергию при строительстве – это избегать нового строительства. Ведь энергозатраты на снос старого здания и возведение нового таковы, что даже самое энергоэффективное здание, построенное на месте снесенного, не окупит всей затраченной энергии за время своего существования. Именно поэтому самыми экологичными зданиями можно считать те, что служат людям многие и многие годы.
Буквально – «устойчивость», долговременность здания делает его экологически устойчивым. «Для Москвы наиболее ярким воплощением этой идеи являются впечатляющие сталинские высотки в стиле ампир, – говорит Эрик ван Эгераат, архитектор-директор Designed by Erick van Egeraat. – Нравится нам это или нет, но эти строения доказали свою способность верой и правдой служить городу и его жителям. И в благодарность у нас не возникает соблазна разрушать их, несмот ря на то что они являются воплощением спорной идеологии». В чем же экологичность этих зданий, ведь при их строительстве никто не думал о сохранности окружающей среды? «Нам нравятся эти здания, и благодаря этому они, бесспорно, отвечают концепции устойчивости. Их способность оставаться и сохраняться еще долгие годы делает их чрезвычайно эффективными, – объясняет Эрик. – И это несмотря на огромные деньги, затраченные на их строительство».
Что русскому хорошо – эскимосу жарко
Во все времена человечество приспосабливало свои жилища к климату местности, прибегая порой к весьма остроумным методам. Очень яркий пример – иглу эскимосов. Жилище ледяное, поэтому отапливать его нельзя. Воздух внутри обогревается телами людей и поднимается к куполу, а углекислый газ, будучи более тяжелым, чем воздух, покидает убежище через вход-подкоп, для сохранения тепла расположенный ниже уровня пола. Для любого строительства в холодном климате важна ориентация строения, выбор прогреваемого солнцем и защищенного от ветра участка.
Обитатели стран с теплым климатом выработали за сотни и тысячи лет свои интересные приемы для сохранения комфортного теплового режима своих поселений. «В жарких странах для аэрации помещений использовался ветер: сквозное проветривание, ветровые башни, решетчатые конструкции стенок при избирательном регулировании скорости ветра, – рассказывает Павел Казанцев. – При штиле вертикальное движение воздуха создается за счет солнечного прогрева коньковых окон и куполов, также хороший пример – движение воздуха в воздушной прослойке «двойных» стен шатров кочевников – так называемый эффект "солнечной трубы"».
Еще один пример – поселения в жаркой местности с тесно расположенными домами. «Этот прием использовался, чтобы гарантировать тень внутри дома, – объясняет Юрген Вилен, Willen Associates Architecten. – Также естественной вентиляции способствовали атриумы и ветровые башни. А в холодной местности конструировались вентилируемые лабиринты, служившие для охлаждения летом и для обогрева зимой. Строения накрывались зеленой кровлей, чтобы улучшить теплоизоляцию».
Для всех климатов характерно использование массивных конструкций из глины или камня, способных накапливать тепло солнца для обогрева ночью в прохладной местности, сохраняющих ночную прохладу днем – в жаркой. «В регионах, где зимой солнца не так много, использовалась массивная конструкция печей – например, русская печь в центре сруба, – говорит Казанцев. – И конечно, обязательный атрибут построек в районах с влажным климатом – глубокие козырьки и навесы, защищающие от муссонных осадков».
«Уникальная человеческая способность приспосабливаться к любому климату и условиям лучше всего видна на примере различий между иглу на Аляске и домами на сваях на юге острова Ява, – говорит Эрик Ван Эгераат. – Каждая из этих построек была создана в соответствии с конкретными требованиями различных климатов, с использованием доступных в этих местах ресурсов. Поэтому они построены по различным принципам из различных материалов и выглядят совершенно по-разному».
Как правило, доступные в конкретной местности материалы хорошо работали (и работают) для обеспечения терморегуляции в данном климате. «Постройки из глины или с использованием земли имеют толстые стены с большой термальной массой, которая помогает бороться с перепадами температуры в разное время суток, характерными для резко континентального климата, в котором распространены такие жилища, – приводит пример Дэмиан Маст. – Но, конечно, это не подходит для настоящих тропиков, где всегда жарко и такой дом будет просто действовать как печь». Еще один пример – монгольские юрты, выполненные из гибких ветвей и покрытые войлоком из шерсти яка – эти материалы были всегда под рукой у монгольских кочевников. «Шерсть хорошо пропускала воздух в сухое время, обеспечивая вентиляцию, а в сырую погоду набухала и делала крышу более или менее водонепроницаемой, то есть приспосабливалась к любым погодным условиям», – объясняет Дэмиан Маст.
Ориентация на местности
Отдельная тема – древняя китайская философия фэн-шуй. Например, существует рекомендация размещать жилище в долине амфитеатрального типа, раскрытой на юг (по терминологии фэн-шуй –«логово дракона»), при этом с юга должна быть река. Если отвлечься от древнекитайских терминов, то понятно, что холмы с севера и северо-запада укроют дом от холодных ветров зимой, сопка с востока – от сырого юго-восточного ветра, низкое зимнее солнце прогреет долину с юга, вода сохранит тепло. «Фэн-шуй – «школа компаса» – по содержанию не что иное, как рекомендации по учету муссонного климата восточной Азии при выборе места размещения и планировки дома, изложенные несколько тысяч лет назад, – констатирует Павел Казанцев. – Эти рекомендации очень подходят для холмистого ландшафта юга Дальнего Востока России, но в Европе малоприменимы».
Тем не менее ориентация дома крайне важна для экономии усилий по поддержанию оптимальной температуры, и древние зодчие инстинктивно располагали дома наилучшим образом. «В большинстве случаев оптимальна юго-восточная ориентация дома, – считает Дэмиан Маст. – Она позволяет использовать утреннее солнце для пассивного обогрева дома, а небольшой поворот на восток дает частичную защиту от полуденной жары. При этом максимально используется естественное освещение, что в современных условиях, и это немаловажно, позволяет использовать солнечную энергию для генерации элект ричества».
«В начале 80-х я работал над проектом дома на острове Антигуа в Карибском бассейне. Целью этого проекта с небольшим бюджетом было не просто построить простой недорогой дом, но извлечь пользу из постоянных местных ветров, – рассказывает Эрик ван Эгераат. – В результате всего лишь за счет естественной вентиляции дом эффективно охлаждался с 29о до 24оС. Этому способствовали двойные крыши, подпольная вентиляция, большие навесы и т. д.»
Древнейший прием, к которому прибегали еще люди в прошлом, – «закапывание» жилища в землю и в толщу скалы, как это делали древние жители скальных поселений. Индейцы Анасази, или древние пуэбло, известны своими каменными и глинобитными постройками вдоль утесов, которые лучше всего сохранились в национальных парках США Чако-Каньон, Меса-Верде, Ховенуип и Каньон-де-Челли. «Температура земли круглый год сохраняется на уровне около 10оС, в результате обеспечивается охлаждение жилища летом и обогрев зимой, – говорит Дэмиан Маст. – В современной практике этот принцип используется в технологии применения тепловых насосов».
Стоимость применения всех этих методов различна. Расположение здания в правильном направлении не должно заметно увеличивать его стоимость, однако это не всегда возможно, особенно в больших городах.
«Я стараюсь как можно больше использовать традиционные технологии при строительстве домов, – рассказывает Дамиан Маст. – Например, мой собственный дом имеет юго-восточную ориентацию, немного углублен «спиной» в глубь холма. Мы построили его из прессованных соломенных брикетов, которые формируют значительную термальную массу, при этом большая часть сырья поступила с местных мельниц, так что не было лишних транспортных расходов и энергозатрат. К тому же мы используем много материалов, пригодных для повторного использования – балки, стальные профили и многое другое».
Ловушки технологий
Создавая новый проект, необходимо учитывать особенности региона и использовать опыт зданий, существующих в данной местности. При этом не стоит пренебрегать применением новейших технологий энергосбережения, если это несет экономическую выгоду. «С одной стороны, можно использовать возобновляемые источники энергии, например тепло земли и энергию солнца, – говорит Юрген Вилен. – С другой стороны, не менее важно избегать энергопотерь, правильно расположив здание, придав ему оптимальную форму и обеспечив теплоизоляцию». «Можно сказать, что современная экологическая архитектура – это возврат к хорошо забытому опыту традиционного зодчества, но на новом технологическом уровне, – подтверждает Павел Казанцев. – Особенно это касается малоэтажной жилой застройки».
Сегодня в погоне за новыми технологиями очевидные принципы устойчивого строительства нередко забываются. «Не секрет, что технологический прогресс разрушает среду обитания человека. Кроме того, этот эффект усиливается глобализацией, отражающейся и на методах строительства, – говорит Эрик ван Эгераат. – Поэтому наша основная задача – не плыть по общему глобальному течению, но извлечь пользу из доступного сегодня ноу-хау, выбирая подходящие методы для конкретного климата».
Архитектурная концепция «солнечного дома» (архитектор – Павел Казанцев, Владивосток)
Все начинается с исходной архитектурной формы: развернувшись «глухой спиной» к зимнему ветру и раскрыв витражи на солнце, уже сможно экономить на отоплении 30–50% энергии. Использование пассивных и активных солнечных систем также накладывает ограничения на архитектуру здания.
Пространство, защищенное от ветра и раскрытое солнцу, формируется развернутой к югу радиальной в плане ветрозащитной стенкой, собирающей солнечные лучи, и козырьком-кровлей, дающим тень от высокого летнего солнца. Форма и отделочные материалы внутренней поверхности стены должны способствовать концентрации солнечных лучей или их поглощению для прогрева термальных массивов при низком зимнем солнцестоянии. Отсекая внутреннее пространство «подковы» с юга от внешней среды витражом, мы используем парниковый эффект: при нанесении на поверхность стекла тончайшего металлического покрытия или теплоотражающей пленки лучистая составляющая тепловых потерь направляется обратно, внутрь помещения. Термальный массив (каменная стена за стеклом, пол из керамогранита или массивный камин под зенитным фонарем), сохраняя солнечное тепло, должен обеспечить комфортные температуры в помещении ночью. С наветренной стороны стена и кровля «солнечного дома» могут быть превращены в зеленый холм, что не только защитит от холодного северного муссона, уведя ветер вверх, но и будет способствовать дополнительному сбережению накопленного массивными конструкциями солнечного тепла.
