Экологические исследования, проведённые в последние десятилетия во многих странах мира, показали, что всё возрастающее разрушительное воздействие антропогенных фактов на окружающую среду привело её на грань кризиса. Это стало не следствием научно-технического прогресса самого по себе, но, как отмечается [1], избыточной рационализации жизни, отчуждением и обездушиванием межличностных контактов, безоглядной эксплуатации природы, породившей глобальный экологический кризис, господства агрессивно-деятельной парадигмы. В этом смысле кризис экологический — следствие кризиса духа. Авторы известного учебникаакадемики Российской экологической академии И. И. Мазур и О. И. Молдованов — с сожалением отмечают, что люди чаще всего сами не ведают, что творят. Математики выводят уравнения и предлагают модели, не заботясь об их применении, инженеры, используя методологический инструментарий, не задумываются над последствиями своих проектов и технологий, а хозяйственные руководители продолжают отслеживать свои прибыли, закрывая глаза на возможные экологические последствия. Поэтому один из главных парадоксов развития научно-технического прогресса сегодня состоит в том, что «приходится развертывать деятельность по ликвидации результатов деятельности». Иными словами, экологически несостоятельный проект, отрицая естественный природный баланс в геотехнической системе, обусловливает необходимость отрицания его последствий через целенаправленную деятельность по восстановлению нарушенного равновесия.
Решение, как указывал Н. Н. Моисеев, лежит на пути поиска компромисса между «невмешательством» и «покорением» природы.
Архитектура, проектирование и строительство не лежат в стороне от научно-технического прогресса, сами вносят немалый «вклад» в антропогенную деятельность, поэтому все сказанное выше относится и к нам. И в архитектуре требуется учёт своей специфики сосуществования и поддержания устойчивого динамического равновесия естественного и искусственного.
Развивая известные принципы экологизации современного научно-технического прогресса [1] в отношении архитектуры скажем, что она, как всякие науки, техника и производство должна оцениваться и развиваться только в ключе экологической состоятельности на текущий момент и перспективу.
Конечно, экология решает другие, более значимые задачи: обеспечение безопасности человека и природы в условиях глобальных антропогенных изменений, происходящих в reoи биосфереобеспечение экологической безопасности при чрезвычайных ситуациях технического характераподчинение стратегии научно-технического прогресса в области природопользования высокому уровню экологической безопасностиэкологизации хозяйственной деятельности в процессе экономического роста и решения социальных проблем и многие другие столь же крупные задачи.
В этом отношении задачи экологии, решаемые в архитектуре, являются лишь небольшой частью указанных выше крупных задач, носят подчинённый характер. Поэтому и мы в настоящем исследовании ставим лишь ограниченный, соразмеренный объёму диссертационной работы, круг задач по подчинению архитектурных решений проблемам экологии. То есть, будем руководствоваться известным принципом «мыслить глобально, действовать локально».
Следует отметить, что намечая для исследования область «экология — архитектура» мы не вступаем на новый путь. Осознание необходимости экологического подхода в архитектуре уже имеет место. Примером могут служить работы Б. Эдвардса в поддержку «эко-дизайна» [2], где приводятся данные о быстром развитии экологической архитектуры и утверждается, что архитектура, вступающая в новый век, более не является принадлежностью стиля, но экологической необходимостью. Указывается, что если «зелёная» архитектура, как природный тип при всех её достоинствах остается рациональным, социально ориентированным, высокотехнологичным методом строительства, то экологическое движение даёт миру новые моральные устои, а в архитектуре — новую цель и этические основы.
Д.Вайнс формулирует некоторые направления «экологической архитектуры» [3] такие как снижение этажности, использование перерабатываемых и возобновляемых материалов, энергосберегающих материалов, дренажных систем, низкие эксплуатационные расходы, переработка зданий, сокращение использования озоно-разрушающих химикатов, охрана естественного ландшафта, солнечная ориентация. Указывается на необходимость становления экологического сознания, влияющего на образ мыслей. Выражается надежда на положительное проявление новых концептуальных идей в архитектуре и градостроительстве.
В материалах А. Г. Шмаля отмечается, что всё больше урбанизированных территорий превращается в зоны экологического бедствия, делается вывод о необходимости создания комфортной искусственной среды обитания, отвечающей биологическим, социальным, медицинским, эстетическим, то есть, утверждает автор, экологическим требованиям. Вместе с тем, указывается на необходимость регламентации понятия «экология» и других, связанных с ним понятий.
Итак, экологический подход к проблемам архитектуры (проектированию, конструированию, строительству и эксплуатации) является необходимым, осознанным и в некоторой степени опробованным. Остаётся позаботиться о регламентации понятий, уяснить основополагающие определения, чтобы не допустить ошибок упрощения экологического подхода. Хорошую возможность в этом направлении открывают нам труды ученых ГУЗа А. А. Варламова и А. В. Хабарова [5]. Данные ими определения мы принимаем за исходные и на их основе строим эколого-архитектурные модели, проверяем закономерность построений и уясняем характер связей между элементами систем.
Начиная с общеизвестного определения Э. Геккеля, данного им ещё в 1869 г. современные учёные указывают [6] на наличие около ста разных определений экологии. Мы в своём исследовании опираемся на следующую формулировку: экология — это наука, изучающая условия существования и взаимосвязи между живыми организмами и средой их обитания [5]. Это определение отличается простотой и строгостью изложения и содержит все необходимые элементы для наших дальнейших построений. Со структурной точки зрения мы будем работать в области аутэкологии, изучающей взаимодействие одного организма, а именно человека, с окружающей средой (внутренней, внешней, естественной и искусственной). Среди множества целей, на достижение которых направлена экология, для архитектуры наиболее близка цель сохранения благоприятной среды для жизни человека.
5].
Под окружающей средой в широком смысле понимают всё, что окружает человека, включая природную среду, искусственно созданные человеком материальные компоненты, явления и процессы. С экологических позиций окружающая среда — это все тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. При этом среда может быть природной, включающей естественные материальные тела, природные физические, химические, физико-химические и биологические явления и процессы, так и антропогенный, измененный человеком [5]. Относя приведенные выше определения к архитектуре, отметим, что её элементы могут воздействовать на окружающую среду как антропогенная нагрузка. В то же время они могут и сами испытывать на себе воздействие окружающей среды, как природной, так и антропогенной. И то и другое воздействие имеет место. Поэтому для исследования их характера нужно надлежащим образом построить экосистему и выбрать интересующее нас направление взаимодействий в ней.
Следует уделить внимание и масштабным уровням. В общей экологии различают три масштабных уровня экосистем (микросистемы, мезосистемы и макросистемы), составляющие иерархию систем разных порядков. Аналогично и в архитектуре с экологической точки зрения мы можем рассматривать несколько масштабных уровней, соответствующих помещению, зданию и улице. Можно было бы выделить и другие уровни, но для целей нашей работы достаточно указанных трёх масштабных уровней, которые по аналогии можно будет назвать микро-, мезои макроуровнями.
Средствами воздействия внутри экосистем являются экологические факторы. Они определяются как любой элемент среды, способный оказывать влияние на живые организмы. Различают абиотические или физико-химические факторы (например климатические), биотические (живая природа) и антропогенные. Наиболее существенными в наземных экосистемах являются факторы температуры и влажности воздуха, интенсивности солнечной радиации, интенсивности атмосферных осадков и воздушных потоков, антропогенные воздействия [5], например шум [1]. Архитектурные объекты защищают человека от перечисленных воздействий либо полностью (от атмосферных осадков и воздушных потоков), либо частично (от температуры и влажности воздуха, солнечной радиации и шума). С экологической точки зрения, в случаях частичной защиты, важно установить верхние и нижние границы допустимых колебаний экологических факторов. Такие границы могут быть указаны в строительных нормах и правилах, например, допустимые границы инсоляции помещений и уровень звукозащиты, в санитарных нормах — температура и влажность, или определены экспериментально — например этажность зданий.
Необходимо сказать и о связи архитектуры с загрязнением окружающей среды. По общему определению [5] под загрязнением окружающей среды понимают нежелательные изменения физических, физико-климатических и биологических характеристик воздуха, почв, вод, которые могут неблагоприятно влиять на жизнь человека, необходимых ему животных и растений, культурное достояние. Среди всех типов загрязнения и вредных воздействий к архитектуре имеют отношение физическое загрязнение (тепловое, шум), эстетический вред (нарушение ландшафтов, примечательных мест малопривлекательными постройками. Была выявлена связь психики человека и зрительного восприятия. В литературе даже появилось понятие «экология зрительного восприятия», выражающее угнетение нервной системы человека видом больших площадей однообразных стен зданий, унылой застройки улиц. Человек испытывает порой безотчётное безпокойство и быструю утомляемость, если его взгляд не встречает ничего, на чём бы ончмог остановиться, кроме однообразной застройки, ровных нечленённых поверхностей бетона или стекла.
На макроуровне застройки (уровне улицы) имеет место и световое загрязнение, возникающее от отражения большими площадями стен яркого солнечного света. В городах Персидского залива оно бывает настолько сильным, что вызывает слепящий эффект. То есть имеет место прямое изменение окружающей среды с неблагоприятными последствиями для человека.
Об этом же пишет и Ю. Одум [7], указывая, что урбанизация продолжает оставаться в центре внимания экологов. При этом отмечается, что главная беда заключается не в снабжении городов энергией или ресурсами, а в ухудшении качества жизненного пространства. Ю. Одум указывает на снижение качества среды в городах, во-первых, в результате творческой архитектуры отвлечёнными нововведениями и, во-вторых, чрезмерного внимания общественности к экономике в ущерб планированию городов. Подчеркивается, что в городе — этом венце творения человеческой цивилизации, где человек укрывается от неприятных воздействий физической среды, происходит ухудшение качества жизненного пространства. То есть город на макроуровне рассматривается как элемент экосистемы «жизненное пространство — человек» или «жилище — человек», и указывается на ухудшение качества жизненного пространства.
Таким образом, в отношении указанной экосистемы возникает необходимость контроля за качеством окружающей среды и управления им [5]. По нашему мнению это может быть достигнуто как планировочными, так и техническими средствами, улучшающими качество окружающей среды в экосистеме «жизненное пространство — человек».
Разумеется здесь не найдется много универсальных решений, пригодных во всех случаях, независимо от местных условий. На характер урбанизации в каждом отдельном случае накладывает отпечатки множество факторов, каждый из которых в разных местах проявляется по-разному, а их сумма создает совершенно специфические условия.
Рассматривая условия урбанизации с точки зрения экологии на примере района Персидского залива мы убеждаемся в его совершенном своеобразии и делаем вывод о специфичности средств, направленных на улучшение качества окружающей среды. Без сомнения на специфику архитектуры и экологии района в их взаимосвязи накладывают отпечаток исторические, природно-климатические и социальные аспекты. Мы можем говорить о взаимном влиянии природной экосистемы и социоэкономической [8] экологической системы, одним из элементов которой является архитектура среды проживания.
Изучаемый в диссертационной работе арабский район Персидского залива расположен на северо-востоке Аравийского полуострова. Обширная территория полуострова занимает 3 млн. кв. км. Своеобразие его истории, демографии, культуры и экономики продиктовано в значительной мере изолированностью района. Около 80% его природных рубежей приходится на побережье, которое окаймлено горными цепями. Берега слабо изрезаны и мало извилисты, так что удобных стоянок для морских судов мало. И только 20% границ, приходится на сушу, но и она представляет собой труднопроходимые пустыни. Естественно, что такие географические и топографические особенности затрудняли контакты с другими странами и районами. Полуостров был обособленным на протяжении многих веков, что сказалось на своеобразии развития арабской цивилизации и культуры. Здесь получили свое начало арабский язык, богатая арабская литература и своеобразная арабская архитектура.
С экологической точки зрения можно отметить благоприятные черты древней арабской архитектуры которая в основном развивалась под влиянием исторических, природно-климатических, социальных и культурных факторов, приспосабливаясь к ним и не вступая с ними в противоречие. Этому способствовали в основном два обстоятельства: климатические и экономические.
Жёсткие природные факторы, резко-континентальный климат требовали от архитектуры решений, защищающих человека от вредных физических факторов внешней среды. А слабая материально-техническая база диктовала умеренность, защиты и изобретательности в использовании подсказанной природой форм и применении местных материалов.
На Аравийском полуострове господствует жаркий и засушливый климат пустынь. Средняя годовая температура воздуха выше 20 °C. Во внутренних районах Аравийского полуострова температура воздуха летом доходит до 50 °C и более. Амплитуды суточных колебаний температуры воздуха весьма значительны. Большая часть прибрежного района Персидского залива — Эль Хаса представляет собой однообразную песчаную равнину с дюнами. Вдоль побережья тянутся солончаки «себхи», образовавшиеся в результате заполнения песком мелководных морских заливов. Вследствие испарения на поверхности «себхов» откладывается соль, которая цементирует песок, образуя твёрдую корку толщиной несколько сантиметров.
Описанные выше черты природной экосистемы характеризуют Аравийский полуостров в большей его части (за исключением гор и оазисов) как территорию с жёсткими природными факторами: резко-континентальный климатвысокая среднесуточная температура с неблагоприятными с физиологической точки зрения абсолютными значениями максимума температурывысокая солнечная радиация (более 350 вт/м2) — преимущественно плоскогорный характер внутреннего пространства полуостроваскудная невысокая растительность.
В таких условиях постоянные поселения традиционно размещались лишь в районах с относительно мягкими климатическими условиями — в прибрежных горных местностях, а также в немногочисленных оазисах. Остальные пространства осваивались лишь кочевниками-скотоводами (бедуинами).
Сравнительно небольшое городское население, отсутствие современных транспортных средств, территориальная изолированность в границах оазиса или, самое многое, полуострова, позволяли создавать архитектуру, наиболее согласованную с природными факторами региона. Известное своеобразие арабской архитектуры никогда не являлось самоцелью. Традиционная архитектура изучаемого района представляет собой пример выработанного на протяжении многих веков согласованного сочетания архитектуры жилища с названными факторами природной экосистемы. Древняя арабская архитектура не была вызовом окружающей природе, но всегда смягчала до приемлемого уровня воздействие неблагоприятных климатических условий, не нарушая природного равновесия, не оказывая вредного воздействия на окружающую среду как природную, так и социально-экономическую.
Что касается мезои микроуровня, то малоэтажные здания, узкие тенистые улицы, внутренние дворики, особое устройство кухни, возможность по выбору использовать верхний или нижний этажи в зависимости от времени года, подбор местных природных строительных материалов благоприятно сказывались на экологии жилища.
Архитектура Персидского залива сохраняла традиционные черты арабской архитектуры вплоть до середины XX века. Но в настоящее время страны Арабского Востока не остаются в стороне от глобализационных процессов, одной из черт которого является ускоренная динамика урбанизации жизни.
Наличие больших запасов месторождений нефти, которые составляют на Аравийском полуострове свыше 23 млрд. тонн (25,5% мировых запасов), способствовало ускорению темпов урбанизации, усилению влияния экономических факторов на архитектуру и экологию всего Аравийского полуострова и особенно стран Персидского залива. Быстрый рост населения городов, социальное расслоение, появление большого количества транспортных средств и другие социально-экономические факторы резко меняют облик арабских городов с изменениями в худшую сторону экологии жилища и экологии окружающей среды в целом.
В настоящее время прибрежные города Персидского залива заполняют европейские здания со всеми негативными последствиями несогласованности с окружающей средой на всех трёх масштабных уровнях экосистемы. В то же время прежняя традиционная архитектура уже не удовлетворяет современным темпам урбанизации жизни. Перед архитекторами стоит сложная задача найти удовлетворительные средства совмещения современной архитектуры города с социально-экономическими и природно-экологическими условиями стран Аравийского полуострова и особенно прибрежной полосы Персидского залива.
Обоснование актуальности темы исследования. Из изложенного выше вводного анализа мы можем сделать однозначный вывод об актуальности проблемы взаимосвязи архитектурного проектирования и строительства с эффективной заботой о человеке и окружающей среде. Приведённым выше анализом установлено, что мы вплотную подошли к рубежу, чётко определяющему необходимость экологического подхода в решении большой части архитектурных задач. Или мы будем множить вредное воздействие современной урбанизации на человека и окружающую среду, или мы твёрдо станем на научные позиции, учитывающие взаимное влияние архитектуры и экологии жилища. Сказанное особенно актуально, по нашему мнению, для бурно развивающихся районов Персидского залива на фоне жёстких природно-климатических факторов.
Проблема заключается в том, что под влиянием экономических и социальных факторов архитектура района Персидского залива всё более быстро отрывается от древней арабской архитектуры, традиционно присущей этому району. Бурное развитие строительства, с внедрением европейской архитектуры, несогласованной с природно-климатическими условиями района, неизбежно ухудшает состояние экосистемы «человек — окружающая среда». Необходимо вырабатывать архитектурные решения различные по масштабу или по значимости, но в строгом экологическом подчинении.
Целью диссертационной работы является исследование взаимосвязи архитектуры и экологии, разработка и опробования методики экологической оценки архитектурно-строительных решений на примере светопрозрачных ограждений зданий в отношении факторов высокой солнечной радияции, шума, ветровых потоков и состояния визуальной среды, как наиболее характерных в условиях стран Персидского залива и разработка предложений, улучшающих экологию жилища.
Для достижения указанной цели мы ставим следующие задачи: -исследовать природно-климатические, историко-экономические и социальные условия района Персидского залива, как элемента экологических систем;
— исследовать взаимосвязь экологии и архитектуры жилища на различных масштабных уровнях в условиях Персидского залива;
— разработать архитектурно-строительные решения, улучшающие экологию жилища;
— исследовать эффективность новых технических решений по экологии жилища;
— разработать предложения по практическому использованию новых технических решений, улучшающих экологию жилища в районе Персидского залива.
Научная новизна работы состоит в следующем:
— исследованы природно-климатические, историко-экономические и социальные факторы района Персидского залива как элемента экологических систем;
— исследована взаимосвязь экологии и архитектуры жилища на разных масштабных уровнях в условиях Персидского залива;
— разработаны новые архитектурно-строительные решения, улучшающие экологию жилища;
— выполнены теоретические и экспериментальные сравнительные исследования новых технических решений в области экологии жилища.
Практическое значение диссертационной работы заключается в том, что она может быть использована при проектировании зданий в условиях Персидского залива с целью улучшения экологии жилища на разных масштабных уровнях.
Результаты диссертационной работы позволяют:
— улучшить экологию жилища в отношении вредного воздействия солнечной радиации;
— улучшить экологию улицы в отношении солнечных бликов- -улучшить экологию улицы в отношении шума- -улучшить экологию улицы в отношении воздушных потоков- -улучшить экологию жилищной застройки в отношении зрительного восприятия.
На защиту выносятся:
— результаты исследования природно-климатических, историко-экономических и социальных факторов района Персидского залива как элементов экологических систем;
— результаты исследования взаимосвязи экологии и архитектуры жилища на различных масштабных уровнях;
— новые архитектурно-строительные решения, улучшающие экологию жилища;
— результаты теоретических и экспериментальных исследований новых архитектурно-строительных решений в отношении солнечной радиации, шума и воздушных потоков;
— предложения по практическому использованию новых архитектурно-строительных решений в связи с улучшением экологии жилища в районе Персидского залива.
Апробация результатов исследований.
Результаты исследований доложены и обсуждены на расширенном заседании кафедры почвоведения и экологии в присутствии специалистов международного телевизионного канала АльАлам.
По материалам диссертации опубликовано 7 работ и получен патент Российской Федерации на изобретение № 2 226 599, выданный 10.04.2004 г.
Подана заявка на изобретение в патентное ведомство Великобритании № 404 653.8 от 3.03.2004 г., по которому выдано положительное решение.
Признание одного из результатов исследований изобретением с выдачей патента на базе патентно-технических исследований на предмет мировой новизны, полезности и существенных отличий свидетельствуют об их достоверности и практической ценности.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
1. В работе проанализирована уникальность района Персидского залива в отношении природной и социоэкономической экосистем, накладывающих отпечаток на развитие культуры населяющих его народов, экономики и архитектуры прибрежных стран.
2. Выявлена динамика развития экосистем района Персидского залива, выразившаяся в бурном развитии нефтедобывающей промышленности, увеличении потребности в жилье и масштабов городского строительства, в усиливающемся техногенном воздействии на природную экосистему и их влиянии на архитектуру и экологию жилища.
3. Построена логическая схема, связывающая понятия архитектуры, архитектурных конструкций и геоэкологии с целью выработки механизма геоэкологической оценки архитектуры и архитектурных конструкций.
4. Дано определение, построено обоснование и выполнено исследование понятия «экология жилища» как элемента в геоэкологической системе «окружающая среда — архитектура — человек». Проанализированы возможные направления развития такой экосистемы. Определены масштабные уровни и факторы воздействия в экологии жилища.
5. Построено распределение факторов воздействия, наиболее характерных для района Персидского залива, по масштабным уровням экологии жилища. Выявлены конструктивные элементы зданий, непосредственно взаимодействующие с указанными геоэкологическими факторами, ослабляя или усиливая их воздействие. В этой связи, в диссертационной работе наиболее подробно рассмотрены такие геоэкологические факторы как солнечная радиация, звуковое воздействие (шум), воздушные потоки (ветер), состояние визуальной среды (видеоэкология). Определено особое место светопрозрачных ограждающих конструкций во взаимодействии с указанными геоэкологическими факторами.
6. Впервые предложены светопрозрачные ограждающие конструкции зданий, улучшающие защиту помещений от солнечных лучей путём повышения однородности инсоляции независимо от положения солнца на небосводе, улучшающие теплои звукоизоляцию помещений, уменьшающие вредные воздействия запыления светопрозрчной панели, улучшающие экологию улицы в отношении солнечных бликов, шума и ветра, улучшающих видеоэкологию помещения и улицы.
7. Разработан, сконструирован и изготовлен ряд моделей светопрозрачных ограждающих конструкций для экспериментальных исследований их сравнительной геоэкологической эффективности. Получен патент Российской Федерации на изобретение № 2 226 599, выданный 10.04.2004 г.
8. Выполнены теоретические исследования геоэкологической эффективности разработанных светопрозрачных ограждающих конструкций на базе физических законов преломления и отражения. Расчеты показали предпочтительность сферических светопрозрачных элементов перед плоскими.
9. Разработаны методики и схемы для экспериментальных исследований геоэкологических факторов и выполнены экспериментальные работы по влиянию формы светопрозрачной поверхности на яркость отражённого от неё света. Доказано, что стеклянные сферы уменьшают интегральную яркость отражённого света до 4 — 6 раз. Уменьшение уровня звукового давления составляет для сравниваемых форм 3 — 6 дб (7 — 8%), а уменьшение скорости отражённого воздушного потока — до 20%.
