Форма атриума

Форма атриума

Выбор принципиальной схемы атриума

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.

Исходные формы атриумных зданий

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.



Рис. 1. Исходные формы атриумных зданий (простые типы):

а - одностенный атриум типа оранжереи;
б - двухстенный атриум (открыт на 2 фасада);
в - трехстенный атриум (открыт 1 фасад);
г - четырехстенный атриум (не имеет открытых боковых фасадов);
д - линейный атриум (открыт только с торцов).

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.

Естественное освещение атриумов


Рис. 2. Формы атриумных крыш, улавливающих солнечную энергию:

а - верхний свет для районов с умеренной облачностью;
б - шедовое покрытие, обращенное на солнечную сторону, для районов с умеренной солнечной радиацией;
в-е - крыша с подвижными солнцезащитными шторками. На схеме показаны 4 основных положения планок жалюзи.

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.

Рассеяние света внутри атриумного пространства

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.



Рис. 3. Распределение естественного света в атриуме:

а - количество света, попадающего на поверхность пола атриума, зависит от его пропорций;
б - пути попадания солнечного света в помещения, примыкающие к атриуму, и количество отраженного света, попадающего в помещения нижнего уровня.

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.

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).



Рис. 4. Естественное освещение помещений.

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.