По мере глобального повышения температуры, все больше людей устанавливают себе кондиционеры. Ожидается, что к 2050 году количество кондиционеров во всем мире увеличится более чем втрое.
Помимо огромного расхода электричества, кондиционеры воздуха содержат хладагенты, которые являются сильнодействующими парниковыми газами. Фактически, эти хладагенты являются самым быстрорастущим источником выбросов парниковых газов в каждой стране мира. Но есть альтернативы и их много. От старинных конструкций зданий, испытанных более 7000 лет назад, до самых современных технологий Калифорнийской академии наук.
Часть крыши Калифорнийской академии наук в Сан-Франциско выполнена в виде холма. Волнистая зеленая крыша является одной из инженерных и проектных особенностей, которые делают академию одним из самых больших пассивно вентилируемых помещений в США. Такие крыши – это один из способов, с помощью которого архитекторы, инженеры и дизайнеры переосмысливают здания, чтобы найти способ охладить их без кондиционирования воздуха. Крыша в академии направляет естественный поток воздуха внутрь здания. При дуновении ветра с одной стороны холма создается отрицательное давление, что позволяет всасывать воздух через автоматически управляемые мансардные окна в здание. Тот факт, что крыша покрыта растительностью, также помогает понизить температуру.
«Мы начинаем с размышления, как далеко мы можем продвинуться в проектировании здания, если у нас не будет кондиционера», – говорит Алисдаир МакГрегор, проектировщик зданий. «Но редко можно контролировать микроклимат всего здания с помощью такого подхода. Могут существовать ограничения, например шумная автомагистраль рядом со зданием, из-за чего невозможно будет открыть окна. Или в здании может быть много горячего оборудования или людей с особыми потребностями, например, в больнице. В этом случае использование кондиционеров, наряду с затратами и выбросами, снижается до минимума».
Калифорнийская академия наук – это почти полумиллиардный проект с лучшими инженерами и архитекторами в области устойчивого развития. Что насчет обычных зданий, в которых большинство из нас проводит большую часть своего времени – может ли пассивное охлаждение сделать их устойчивыми к жаре?
Вода
Одна из самых простых форм пассивного охлаждения заключается в изменении температуры воздуха при испарении воды. Вода требует энергии для перехода из жидкого состояния в пар, и она берет эту энергию из воздуха в виде тепла.
«Испарительное охлаждение – это природное явление», – говорит Ана Техеро Гонсалес, инженер Вальядолидского университета на севере Испании. «Мы видим много примеров в природе, как это происходит. Например, кожа охлаждается, когда вы потеете».
В архитектуре использование испарительного охлаждения восходит к древнему Египту и римлянам. Но некоторые из более сложных примеров относятся к арабской архитектуре и сооружению под названием машрабия. Машрабия – это декоративная, обычно деревянная решетка, вырезанная сложными узорами и находящаяся снаружи или внутри здания. Помимо обеспечения тени, летом у машрабии располагаются пористые глиняные горшки, наполненные водой, что помогает охладить помещение.
Но есть и более простые способы использования испарительного охлаждения в здании или за его пределами. Водоем во внутреннем дворе, пруд или фонтан, выполняет эту же работу. А внутри комнаты глиняный горшок с водой возле окна или сквозняка поможет охладить помещение.
Земля
Манит Растоги, партнер-основатель индийской архитектурной компании Morphogenesis, говорит, что если в настоящее время умеренные регионы Севера все чаще будут сталкиваться с проблемами, связанными с экстремальной жарой, то им будет чему поучиться у южных народов, например индусов. «Эта часть света всегда была горячей», – говорит Растоги. «Пассивные системы охлаждения были необходимы тут на протяжении тысячелетий. Большая часть архитектуры, которую мы традиционно здесь делали, является феноменальным примером достижения прохлады без использования электричества».
В Джайпуре, столице штата Раджастан на севере Индии, дневная температура воздуха в летние месяцы регулярно поднимается до 40°C. Но всего лишь на несколько метров ниже уровня земли, температура остается гораздо мягче – 25°C, даже в самую сильную летнюю жару.
Решение заключается в том, чтобы углубиться в землю, говорит Растоги, который построил Академию моды в Джайпуре, используя этот принцип. Растоги и его коллеги использовали традиционный индийский колодец, или баоли, во внутреннем тенистом дворе академии. Cерые каменные ступени плавно спускаются к краю большого бассейна для собранных дождевых вод и очищенных сточных вод из здания. Бассейн, охлаждаемый подземными температурами, поглощает значительное количество тепла из внутреннего двора, создавая свежий воздух.
Но копать огромный колодец не обязательно, чтобы использовать этот принцип. Коммерческие наземные системы отопления и охлаждения также используют более или менее стабильную круглогодичную температуру земли, перекачивая жидкость по подземным трубам наружу. Температура жидкости падает до температуры земли, а затем откачивается обратно внутрь, где она может проходить по напольным трубам для охлаждения дома. Эти системы могут использоваться как для отопления зданий зимой, так и для их охлаждения летом. Они становятся все более популярными для охлаждения, особенно в летний период в северных китайских городах.
Ветер
Город Йезд в Иране известен как «город ветроловов». Ловцы ветра – это башни с арочными безстеклянными окнами, расположенные на плоских крышах зданий, обращенными в сторону преобладающих ветров. На протяжении столетий эти башни ловили ветер и направляли его вниз к жилым помещениям, разделяя его на каналы с помощью ряда лопаток внутри башни. Арочная крыша ветроуловителя способствует циркуляции воздуха даже при отсутствии сильного ветра. Иногда воздух течет по бассейну с водой или даже по глубокому резервуару в купольной камере, чтобы стимулировать дальнейшее охлаждение. Анализ ветроуловителей Йезда показал, что наиболее эффективные модели понизили температуру воздуха в помещении с 40 до 29,3 градусов Цельсия.
«У обычных зданий, которым не повезло иметь ветроловушку, также есть варианты», – говорит Арупс МакГрегор. «Открытие окон с разных сторон здания на разной высоте поможет помочь двигаться воздуху».
Бетонные джунгли
Понимание того, как здания взаимодействуют с природой, очень важно.
Лондонский небоскреб, известный как «рация», имеет одну вогнутую сторону. Перед завершением строительства было обнаружено, что огромная блестящая вогнутая поверхность здания выполняет функцию увеличительного стекла, фокусируя солнечные лучи на одной небольшой области. В ее центре оказались несколько метров тротуара. В результате температура в этом месте становилась настолько высокой, что краска плавилась и деформировались автомобильные детали.
Проблема была решена благодаря добавлению гигантского солнцезащитного козырька из алюминиевых планок. Но это показывает, насколько глубоко дизайн может изменить температуру городского ландшафта. Даже без увеличительных стекол размером с небоскреб, палящих над тротуарами, возникает проблема эффекта городского теплового острова, где тусклый серый бетон поглощает солнечное тепло и отдает его обратно пешеходам.
Для сокращения этого эффекта может быть использована растительность. В Медельине, Колумбия, городские власти экспериментируют с «зелеными коридорами», проходящими через город. Они создали 30 зеленых коридоров, на границах 18 дорог и 12 водных путей. Это помогло понизить температуру в этих местах на 2 градуса. Исследование Моники Тернер, эколога из Университета Висконсин-Мэдисон, показало, что еще более широкий лесной покров может снизить городскую температуру до 5 градусов Цельсия.
Многие города предпринимают аналогичные шаги. Миланские муниципальные власти планируют посадить в городе к 2030 году три миллиона деревьев. Мельбурн, Австралия, также начал программу посадки деревьев, чтобы сохранить город пригодным для жизни во время жары.
Конечно, даже в пассивно охлаждаемом здании в хорошо спроектированном городе иногда этих мер будет недостаточно. В больнице, полной теплогенерирующего оборудования и уязвимых людей, требования к охлаждению будут выходить за рамки того, чего могут достичь пассивные системы. Но суть в том, что обычные кондиционеры воздуха должны быть последним средством. Возможно, самым главным в пассивном охлаждении, добавляет МакГрегор, является то, что оно предлагает выход из порочного круга, в котором мы сейчас застряли с кондиционированием воздуха: использование технологии для поддержания охлаждения, которая фактически способствует перегреву мира.
Яна Доценко
Источник: BBC Future