Ограждения атриумов представляют собой, как правило, самостоятельные конструкции с остекленными покрытиями (вертикальными, горизонтальными, наклонными, плоскими или криволинейными), связанными с конструкциями здания.
Ограждения атриумов должны удовлетворять всем требованиям, которые обычно предъявляются к нормальным окнам или к пропускающим свет крышам. Но помимо этого они ставят перед проектировщиком и новые проблемы:
обеспечение наилучшего обозрения и освещения атриума;
придание его облику наилучшей формы.
Техника освещения и вентиляции здания подсказывают выбор формы проемов и возможность использования конструкции для регулирования микроклимата. Следует стремиться к пространственным конструктивным схемам покрытий, так как плоские большепролетные покрытия и стеклянные стены очень дороги. Конструкция покрытия должна также давать возможность размещения на ней устройств для солнцезащиты: отражающих панелей и рассеивателей.
Высокие конструкции остекленных крыш легче всего использовать для создания достаточно большого объема для нагретого воздуха и для дымоудаления.
Проблемы скатных крыш
Многие атриумные здания имеют наклонные крыши или криволинейные покрытия. Такого рода формы оживляют ландшафт, внося разнообразие в чередование вертикальных и горизонтальных плоскостей. Но не следует забывать и о трудностях, которые они вызовут. Для эксплуатации наклонных крыш необходимо устраивать специальные приспособления для их очистки, как внешние, так и внутренние. Особенно трудно обслуживать обратные скаты в нависающих частях перекрытия. Поэтому, прежде чем выбрать ту или иную конфигурацию покрытия, следует тщательно продумать способ его очистки. Такой подход может значительно упростить проблему эксплуатации атриума.
Конденсат, образующийся в холодные ночи на внутренней поверхности стекол, легко удаляется с вертикальных стен, но с трудом — с наклонных поверхностей. В условиях холодного климата следует специально продумать способы удаления конденсата.
Наклонные крыши создают дополнительные неудобства, если они располагаются над дверными проемами. От вертикальных остекленных поверхностей капли дождя обычно отскакивают, а наклонные поверхности собирают осадки, поэтому над дверьми в таких случаях необходимо устраивать водоотводные лотки. В климатических зонах с выпадение большого количества снега следует предусматривать специальные устройства для таяния снега или заслоны, препятствующие образованию снежных мешков.
Обеспечение подвижности конструкций
Большепролетные конструкции, несущие остекление, чрезвычайно подвержены температурным колебаниям. Подвергаясь дневному воздействию солнечных лучей и ночному охлаждению, они не имеют достаточной массы для замедления термических процессов, и вследствие этого температурные деформации в них оказываются более ощутимыми, чем в обычных массивных конструкциях. Наиболее удачными в этом отношении можно считать такие конструктивные системы, в которых конструкции атриума оказываются однотипными с основными конструкциями зданий, так как температурные деформации таких систем однородны.
Одним из источников идеи атриумных зданий была оранжерея. Тем не менее, не следует думать, будто растения способны расти в любом атриумном пространстве.
Растения не так терпимы, как прочие элементы оборудования атриумов. Если искусственный климат, грунты, выбор видов растений и способы ухода за ними задуманы неверно, желаемая среда так и не возникнет. Растения внутри помещения чувствуют себя хуже, чем в местах их естественного обитания. Растения, выращиваемые в помещениях, нуждаются в постоянном уходе, и если с самого начала условия их выращивания подобраны правильно, они могут жить и развиваться вполне нормально. Для правильного ухода за растениями в атриумах нужно пользоваться советами специалистов.
Современный атриум можно рассматривать как своего рода метафору наружного пространства. Вид, открывающийся в атриум из окружающих его помещений, должен отличаться от облика самих помещений, обладать большим пространством и тем самым приносить отдых и психологическую разрядку. Основным элементом, создающим иллюзию природы, при этом остаются растения. Пол атриума является естественным местом для посадки растений, превращаясь в метафорическую почву, землю.
Решающим фактором в подборе растений является уровень освещенности. Для роста растений необходима высокая освещенность. Если растения здоровы и выглядят хорошо, атриум создает прекрасное настроение.
Роскошные атриумные здания могут оказаться весьма выгодными, если их строительство опиралось на соответствующие экономические соображения.
Смысл зданий с атриумами
Атриумные здания обращены к разуму и чувствам человека. Они ставят его в центр среды с помощью средств, давно забытых современной архитектурой. Они дают возможность создать много неглубоких пространств по периметру по сравнению со зданиями, в которых образуются глубокие внутренние пространства.
Экономическая функция атриумов
Здания с атриумами можно строить и эксплуатировать более экономично, чем обычные. В них легче уменьшить потери тепла, создать естественное освещение и использовать солнечную энергию. Это своего рода гигантский вариант двойного остекления. Эффект ограждения становится еще более впечатляющим, когда крыша атриумного пространства обеспечивает не вполне комфортабельные условия интерьера, а служит как бы буферной зоной, посредником между наружным и внутренним пространством.
Функциональное использование атриумов
В зданиях с атриумами обычно главную роль играют помещения, прилегающие к атриуму, а сам он оказывается как бы дополнительным пространством. Будучи использованным для разных нужд, атриум образует своего рода вестибюль и коммуникационное пространство, обеспечивающие доступ ко всем частям здания.
Оранжереи в атриумах
Влияние оранжерей на строительство зданий с атриумами весьма значительно. Комбинация оранжереи и здания проводится в жизнь архитекторами, имеющими опыт ландшафтного проектирования. Все помещения, как правило, открыты в сад, дающий возможность общения с природой в засушливые летние, а также в снежные и холодные зимние месяцы.
Удачный выбор растений и их размещение, яркий свет и насыщенные цветом поверхности превращают скучные пустые пространства в живое сердце здания.
Атриумные здания и проблемы экономии энергии. Идея буфера
Полный экономический эффект буферных пространств достигается при условии, что в них не создаются максимально комфортные условия. Зимой в них, конечно, холоднее, а летом теплее, чем в пространствах с полным кондиционированием воздуха, так как для оптимальных температурных и климатических условий требуются большие затраты.
Во многих зданиях, построенных в последние годы, применяют буферный эффект, или принцип двойного ограждения. Промежуток между стенами используется как вентиляционный канал. В некоторых случаях воздушное пространство атриума летом используется для принудительной циркуляции воздуха. Двойное ограждение максимальный эффект дает с южной стороны, с северной — выгоднее устраивать ландшафтную зону. С экономической стороны оптимален атриум — куб (минимальная площадь поверхности). Летний перегрев можно устранить использованием теневых тентов, встроенных в крышу и южную стену, и устройством вентиляции.
Дневное освещение в атриумах
Рост цен на электроэнергию делает актуальным вопрос о естественном освещении зданий. Здания, освещенные только из внутренних дворов, требуют низких затрат энергии на отопление и освещение.
Жилой дом с атриумом становится все более популярным. Небольшой внутренний дворик, патио, издавна ценился за сочетание таких свойств, как хорошая проветриваемость, инсоляция и изолированность. Двор, окруженный застройкой, повышает уровень использования солнечной энергии и приводит к экономии жилой площади.
Многие атриумные здания являют собой скорее новый визуальный образ, нежели экономичную энергетическую систему. И в настоящее время остается большое поле для усовершенствования атриума в целях экономии энергии. Но для действительного использования потенциальных преимуществ атриумных зданий их следует проектировать исходя из энергетических возможностей, которые должны играть определяющую роль в выборе формы атриумных сооружений.
Преимущества атриумных зданий состоят в увеличении естественного освещения без соответствующих теплопотерь или перегрева, обычных для традиционных сооружений. Уменьшение теплопотерь достигается использованием двойного остекления атриума в качестве дополнительного ограждения, улавливанием или отражением солнечной радиации, требуемых для обеспечения климатического комфорта. Чтобы добиться лучшего освещения, нужно придать атриуму форму уловителя и распределителя дневного света и соответственно организовать пространство вокруг него.
Использование преимуществ атриума для улучшения отопления и вентиляции также требует оптимальной ориентации и придания атриумному зданию формы, способствующей сохранению тени и сохранению солнечного тепла, а также продуманному использованию объемов для создания необходимых вентиляционных потоков. Основная пространственная схема атриума диктуется этими соображениями.
Глубина помещений атриумных зданий
Стремление к естественному освещению являет собой тенденцию, противоположную приемам планировки зданий до начала 70-х годов, когда было принято увеличивать глубину помещений и устраивать маленькие оконные проемы. Даже многие атриумные здания все еще по инерции рассчитываются в основном на искусственное освещение, а атриумное пространство используется скорее как средство для отдыха, нежели как средство естественного освещения интерьеров. Чтобы добиться подлинных преимуществ атриумных сооружений, нужно либо уменьшать ширину, либо увеличивать высоту помещений, примыкающих к атриуму, до тех пор, пока не будет достигнут нормальный требуемый уровень их естественной освещенности.
Повышая высоту этажа и сооружая некоторые специальные отражающие устройства, можно увеличить эти параметры (например, поднимая высоту этажа с 2,7 м до 3,6 м, можно обеспечить удовлетворительное освещение помещений на глубину до 9 м). Между глубиной помещений и высотой этажа в заданном объеме существует определенная зависимость. При неглубоких планах помещения могут легко быть освещены через проемы по периметру и не требуют дополнительных средств освещения глубинных зон. Объем атриума в таких случаях может быть увеличен при уменьшении высоты этажей. Если же, с функциональной точки зрения, требуется устраивать глубокие помещения, то следует внимательно изучить связи этих пространств с атриумом.
Не следует также забывать о том, что атриум может эффективно выполнять функции охлаждения и отопления помещений. Для определения точной пропорции следует решить ряд уравнений и выявить, что выгоднее: использовать атриум в качестве отопительного устройства или как вентилятор для отвода избытка тепла.
Согласно законам термодинамики дополнительное отопление здания более экономично, чем его принудительное охлаждение
.
Организация пространства помещений атриумных зданий
При определенной ширине помещений необходимо расположить их таким образом, чтобы выполнить все функциональные требования. Атриум оказывается пустым стержневым пространством, вокруг которого нанизаны поэтажные планы помещений. Наиболее продуктивным методом определения внешней формы атриумного сооружения является концепция двойного ограждения. Внешняя оболочка здания должна определяться исходя из градостроительных факторов и условий солнечного освещения. Разница между полученным объемом атриума и объемом полезных площадей может служить показателем масштабов использования атриума.
Расположение атриума в большой степени зависит от потребностей обогрева или охлаждения внутренних пространств, а также от климатических условий. Во всех широтах максимум естественного света поступает сверху, поэтому устройство верхнего света оказывается самым выгодным. Верхнее освещение можно всегда спроектировать таким образом, чтобы организовать защиту от прямых солнечных лучей и использовать отраженный и рассеянный свет. В странах с холодным климатом имеет смысл устраивать остекленную стену, ориентированную на экватор.
Западные и восточные остекленные поверхности можно рекомендовать только в том случае, если они создают особенно привлекательный вид. Летом они пропускают лучи низко стоящего солнца и с трудом могут быть затенены. Зимой же теряют тепла намного больше, чем стены, ориентированные на экватор. Стены, ориентированные на полюсы, имеет смысл делать остекленными только в очень жарком климате, так как они дают только свет и совсем не приносят тепла.
Итак, поиски формы и остекления атриума аналогичны соответствующим задачам для обычного помещения, только в большем масштабе: для холодного климата ищут возможности увеличить солнечное освещение, в жарком климате, напротив, стремятся избегать попадания солнечных лучей.
На стадии вызревания основной идеи полезно выбирать форму на основе определенной системы принципов. На рис. 1 схематически показаны 5 простых форм. На основе использования этих схем могут быть получены и гибридные формы.
Одно-, двух-, трех- и четырехсторонние и линейные атриумы могут использоваться для проектирования, как небольших отдельных зданий, так и больших комплексов. Сложные формы наиболее пригодны для плотной застройки. На тесных участках выбор форм атриумных зданий весьма ограничен, в то время как просторные площадки дают возможность использовать множество горизонтальных форм, позволяя организовать компактные малоэтажные комплексы с естественным освещением на каждом ярусе. Неосвещенные помещения могут быть использованы для размещения технических и коммуникационных устройств.
Свобода выбора форм атриумных зданий
Наличие большого числа апробированных на практике стратегий определения формы, опирающихся на ряд внутренних факторов, не должны приводить проектировщика к мысли о жесткой детерминированности выбора формы только этими факторами. В 20-м веке было построено бесконечное множество зданий в форме башен и пластин, продемонстрировавших неспособность создать приятный градостроительный контекст. Поскольку определяющими форму здания обычно считались в основном внутренние функциональные факторы, несоответствие между формами и общим контекстом пытались смягчить с помощью отделочных материалов.
Освещение атриумов
Важнейшим принципом, на котором основано проектирование и строительство атриумных зданий, является принцип возвращения к естественному освещению и максимальной экономии энергетических ресурсов. Затраты на естественное освещение в основном сводятся к устройству ограждений и теневых завес, остекления, а также сопряженных с этим потерь тепла или, наоборот, перегрева помещений. Хорошее естественное освещение предполагает удовлетворительную освещенность в глубине помещений. Речь идет не столько о количестве, сколько о качестве света. Желательны низкая блесткость и контрастность освещения. Считается, что наилучшие условия освещения достигаются при совместном использовании двух типов освещения: общего и локального. Соотношение общего и локального освещения не должно быть чрезмерно контрастным. Полагают, что общее освещение должно составлять 0,5...0,65 локального освещения и находится в пределах 300...500 лк. В хорошо спроектированных зданиях большая часть фонового освещения может быть естественной.
Атриумный дом -
Формы атриумных крыш, улавливающих солнечную энергию
Естественное освещение атриумов
Наиболее существенными факторами, обеспечивающими освещение атриумного пространства, являются климатические условия местности, в которой располагается здание. Различный подход требуется для расчета условий освещенности в местах, где погода обычно облачная, и в местах с преобладающей ясной погодой; в местах с умеренным климатом и небольшими колебаниями погодных условий и в местах, где погода и характер освещения резко изменяются в разные сезоны и в течение дня. Например, для зон с умеренным климатом и частой облачностью расчеты ведутся на стандартный облачный день. Идеальный атриум для этих условий предполагает яркое верхнее освещение с максимальной пропускной способностью остекления, обеспечивающей максимальный световой поток в атриум (рис. 2, а). Такое остекление дает рассеянный свет, улавливая поток света с разных участков неба. В случае солнечной погоды требуются специальные средства для обеспечения естественного освещения помещений на теневой стороне атриума.
В районах с безоблачным небом использование прямого падающего света должно быть ограничено. Солнечный свет обычно слишком ярок, а тени чересчур темны. В таких случаях солнечный свет должен быть специально рассеян (рис. 2, б). При этом могут применяться как пассивные, так и активные средства затенения. Пассивные средства затенения состоят в установке специальных планок для отражения света и рассеивания его в пространстве атриума. Средства активного затенения следует применять в условиях жаркого климата с резкими сезонными перепадами погодных условий. На рис. 2, в-е показано затеняющее устройство с автоматически управляемыми жалюзи. С одной стороны они имеют зеркальную поверхность, а с другой — белую матовую. Эти жалюзи обеспечивают необходимое освещение для каждого времени года, а зимой по ночам образуют покрытие, отражающее свет обратно в помещение.
Поскольку под поверхностью крыши образуется зона повышенного нагрева воздуха, лучше всего делать ее высокой или устраивать особый фонарь, вынесенный за пределы используемых пространств и помещений. Фонарь удобен еще и тем, что использует боковое освещение, и особенно привлекателен в северных областях. Боковое остекление конструктивно менее сложно, чем стеклянная крыша, и даже в областях с пасмурной погодой солнце часто попадает в атриум именно сбоку. Затеняющие устройства лучше располагать в окнах помещений внутри атриума, так как в противном случае будет теряться большая доля солнечной радиации, что особенно нежелательно при облачной погоде.
Атриум можно уподобить световоду. Проемы прилегающих к нему помещений можно уподобить выходам, но общее давление светового потока зависит от характера поверхностей стен, которые играют важную роль в процессе распределения света сверху вниз, вплоть до нижнего яруса.
Первое и стратегически наиболее важное с точки зрения освещенности решение касается размеров и пропорций атриума. Соотношение длины, высоты и ширины его определяет ослабление освещенности на различных уровнях. Чем менее яркое небо в данном климатическом поясе, тем шире должен быть световой двор или атриум, чтобы обеспечить достаточным количеством света нижний уровень.
Не менее важной является отражающая способность внутренних стен. Для нижних уровней и помещений в роли неба выступает, прежде всего, противоположная, отражающая верхний свет сторона атриума. Если стены атриума сплошь стеклянные или целиком раскрываются, то до нижнего уровня сможет дойти очень незначительная часть верхнего света. Напротив, в случае теоретически идеального двора со сплошными стенами, имеющими хорошие отражающие свойства, свет пойдет, как в световоде из стеклянного волокна, и дойдет до нижнего уровня почти столь же интенсивным. Рациональное использование света предполагает такую систему, в которой на каждом участке терялось бы столько света, сколько нужно для освещения этого уровня, а остальная часть света распространялась бы дальше на нижние уровни.
Логическим следствием этого принципа оказывается необходимость различного числа проемов и окон на каждом уровне атриумного пространства, поэтому по мере снижения раскрытость интерьеров должна увеличиваться вплоть до сплошного остекления нижнего уровня. Возможный вариант внутренней стены атриума с нарастающей степенью остекления показан на рис. 3.
Озеленение интерьера атриума может препятствовать распространению света в нем, поэтому для минимизации световых потерь желательно использовать для озеленения только нижнюю поверхность атриума. Сами растения требуют большой освещенности, но в атриумах, которые рассчитаны на освещение прилегающих помещений, света для растений вполне достаточно.
Атриумный дом -
Естественное освещение помещений
Освещение помещений, прилегающих к атриуму
Свет, падающий из обычного окна или через открытый незастекленный проем, быстро теряет свою интенсивность. Уже на расстоянии 4...5 м от окна уровень освещенности ниже нормы (в помещениях средней высоты) независимо от силы светового потока, проходящего через окна. Напротив, слишком ярко освещенные окна создают нежелательный слепящий эффект. В идеальном случае из окна должен открываться приятный вид; в то время как для освещения глубинных зон комнаты максимальное количество света должно попадать на потолок.
Подобное требование, вступающее в противоречие с естественным характером освещения, может быть удовлетворено только путем отражения света. Свет, используемый в атриумных зданиях, многократно подвергается отражению — в процессе прохождения через остекленные крыши и затем по мере отражения от боковых стен, однако существуют специальные средства целенаправленного использования отражения — световые полки.
Идея световых полок используется как в атриумных зданиях, так и в обычных конструкциях наружных стен. Такое устройство представляет собой горизонтальную или слегка наклонную плоскость, вставляемую в оконный проем несколько выше уровня человеческого роста и как можно дальше от поверхности потолка. Солнечный или дневной свет, падающий через окно, отражается этой плоскостью и отбрасывается на потолок. Таким образом, удается значительно лучше осветить глубинную часть помещения и устранить контраст, обычно возникающий при взгляде через окно на наиболее яркую верхнюю часть неба (рис. 4).
Наиболее значимый фактор освещенности — высота помещения. Хорошее освещение вдвое большей площади может быть достигнуто при увеличении высоты потолка с 2,7 до 3,6 м. Высота окна практически не влияет на освещенность удаленной части комнаты. Световая полка лучше работает при прямом солнечном свете, улавливая максимальное его количество, отбрасывая свет в дальние зоны комнаты и рассеивая его. Устройство пола со ступенчатым уровнем обеспечивает каждому этажу прямой верхний свет. Освещенные участки пола в этом случае отбрасывают свет на потолок подобно световой полке.
Форма и отделка световых полок может быть различной. Очень хорошо отражают и рассеивают свет горизонтальные белые матовые полки. Зеркальные отражатели лучше освещают глубинные части интерьера в ясный день, но в пасмурный день дают меньший эффект.
Экономика зданий с атриумами вполне сопоставима с экономикой зданий обычных типов. В определенных ситуациях атриумные здания могут дать более выгодное решение, чем обычный проект, как по капитальным затратам, так и по эксплуатационным расходам и с точки зрения извлечения прибыли.
Это положение может вызвать не только удивление, но и недоверие, так как атриумные здания обычно принято считать расточительными. Тем не менее, роскошные атриумные здания могут оказаться весьма выгодными, если их строительство опиралось на соответствующие экономические соображения.
Экономичность проекта можно оценивать тремя показателями:
капитальными затратами на строительство атриумного здания в сопоставлении с затратами на строительство здания обычного типа;
эксплуатационными расходами в различных условиях на весь период службы здания;
сравнением затрат на строительство и эксплуатацию с точки зрения экономии энергии.
Времена меняются, меняются вместе с ними и требования к произведениям
человеческого труда. Так компьютер пятидесятилетней давности, как и
кремниевое ружье, теперь музейные экспонаты. Особую актуальность это
имеет применительно к современному дому. Сейчас конструкции домов,
медленно менявшиеся на протяжении столетий, претерпевают революционные
трансформации. В мире формируется иной взгляд на характер массового
жилья. Новейшие технологии позволяют строить недорогие, безопасные, и
кардинально снижающие негативное воздействие на окружающую среду,
жилища. Стали появляться дома, которые назвали экологическими, или
экодомами.
