Анализ кинетической архитектуры в кампусе Колдинг Университета Южной Дании



В статье автор подробно рассматривает кинетические фасады, как способ адаптации здания к окружающей его среде на примере кампусного университета Колдинга, Дания.

Ключевые слова: кинетическая архитектура, кинетические фасады, трансформируемые конструкции .

Кинетическая архитектура

На здания всегда влияла окружающая среда, а точнее ее внешние силы, такие как ветер, солнечная радиация, дождь, снег и т. д., следовательно, возникла необходимость в разработке зданий, которые могут приспосабливаться к окружающей среде. С самого начала индустриализации и инноваций новых технологий архитекторы и инженеры изменяли искусственную среду для того, чтобы создать в зданиях движение либо механически, либо с помощью естественных средств, таких как воздух и вода. Таким образом, в последнее десятилетие стала популярна новая типология архитектуры «кинетическая архитектура».

Кинетическая архитектура опирается на проектирование зданий, в которых преобразующие и механизированные конструкции направлены на изменение формы зданий, чтобы они соответствовали потребностям людей внутри и адаптировались к элементам снаружи [6]. Таким образом, кинетическая архитектура приводит к созданию пространств, которые могут физически перестраиваться, чтобы обеспечить максимальный комфорт для их обитателей. В то время как отдельные части могут перемещаться, общая структурная целостность здания сохраняется.

Кинетические фасады

В отличие от обычного статического фасада, кинетический фасад позволяет двигаться по поверхности здания. Это помогает создать то, что архитектор Бакминстер Фуллер назвал эффектом «кожной артикуляции», и является продолжением идеи о том, что оболочка здания является активной системой, а не просто контейнером [7].

Оснащенный специальными датчиками, кинетический фасад может измерять погодные условия внешней среды и тем самым контролировать поступление в здание дневного света, энергии ветра и солнца за счет механизмов.

Кампус Колдинг, Университет Южной Дании

Кампус Колдинг является частью Университета Южной Дании, который предлагает курсы по коммуникациям, дизайну, культуре и языкам. Он расположен в центре города Колдинг и находится в непосредственной близости от реки Колдинг. Построен компанией Henning Larsen Architects из Копенгагена в 2014 году.

Пятиэтажное здание университета имеет треугольную форму в плане, которая направлена на создание динамичных учебных пространств, отличающихся от обычных классных комнат (рис. 1).

Проект учебного учреждения с триангулярной сеткой на фасаде сочетает внешнюю эстетику и внутреннюю эргономику. Привлекательный дизайн здания высоко оценен как студентами, так и преподавателями, которые считают, что кампус в Колдинге может проложить путь к будущему учебным заведениям по всему миру. (рис.2).

Рис. 1. Внутри (слева) и снаружи (справа) Кампуса Колдинг. [8]

Климатические данные — Колдинг, Дания

Температура и осадки

Проанализируем климат в Колдинге с помощью климатического графика, представленного в таблице 1.

Таблица 1

Климатический график Колдинг. [ 3 ]

	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Средняя темп (°C)	1,6	1,6	3,5	7,6	11,9	14,8	17,3	16,9	14,1	10	6	3
Min темп(°C)	-0,4	-0,6	0,5	3,6	7,6	10,8	13,3	13,4	7,6	6.1	4	1,2
Max темп (°C)	3,5	3,9	6,7	11,7	15,8	18,4	20,9	20,3	17,2	12,4	7,8	4,8
Осадки (мм)	63	52	54	48	60	73	77	82	71	68	59	63

Из приведенной выше таблицы можно сделать вывод, что в Келдинге теплый климат с частыми осадками в течение всего года. Средняя температура в Колдинге составляет 9 ° C. Ежегодно здесь выпадает около 770 мм осадков. Июль и август являются самыми теплыми месяцами, когда максимальная температура может достигать 20,9 °C. Точно так же январь и февраль самые прохладные месяцы, когда минимальная температура может опускаться до -0,6°C. В июле и августе выпадает наибольшее количество осадков, которые могут варьироваться от 77 мм до 82 мм соответственно.

Солнечная радиация

Проанализируем диаграмму солнечных часов (рис. 2):

Рис. 2. Диаграмма среднесуточного количества солнечных часов в Колдинге [3]

Из диаграммы видно, что месяц с наибольшим количеством солнечных часов — июль, в среднем 9,56 солнечных часов. Всего в июле 296,4 часа солнечного сияния.

Месяц с наименьшим количеством солнечных часов в день в Колдинге — январь, в среднем 2,45 часа солнечного света в день. Всего в январе 75,97 часов солнечного сияния.

В течение года в Колдинге насчитывается около 2187,38 солнечных часов. В среднем в месяц светит 71,73 часа солнечного света.

Требования к зданиям на основе климатических данных

— Здания в этом регионе должны быть спроектированы таким образом, чтобы в зимние месяцы в них попадало максимальное количество солнечного света.

— В то же время следует избегать попадания в здание избыточного солнечного света в летние месяцы.

— В зимние месяцы в здании может потребоваться дополнительное устройство искусственного обогрева. Потребности в этих искусственных механизмах также можно избежать, используя пассивную солнечную конструкцию здания.

Устойчивые особенности и их совместимость с местным климатом

Особенности пассивного дизайна

Ориентация здания была сделана таким образом, чтобы обеспечить максимальное проникновение дневного света в здание. Передний (главный) фасад, выходящий на дорогу, ориентирован в северо-западном направлении. Остальные два фасада обращены соответственно на юг и северо-восток (рис.3)

Рис. 3. План территории Колдинского университета [1]

Фасады со всех сторон здания оснащены вертикальным кинетическим затеняющим устройством для регулирования количества дневного света и тепла, поступающего в здание. Треугольная геометрия здания обеспечивает максимально эффективное использование каждого квадратного метра. В здании, непосредственно примыкающем к переднему фасаду, выделен атриум, пропускающий дневной свет и сводящий к минимуму потребность в системах искусственного освещения в дневное время.

Ландшафтный дизайн в здании также выполнен с учетом климатических потребностей региона. Деревья высажены вдали от фасадов, чтобы не было препятствий для прохода дневного света. Зеленые зоны перед домом невысокие и объединены в экологическую инфраструктуру.

Особенности кинетического фасада

Фасады в кампусе Колдинг покрыты кинетическими вертикальными затеняющими устройствами, изготовленными из 1600 перфорированных алюминиевых панелей, которые также выполняют роль жалюзи. Когда эти ставни не используются, они лежат вдоль фасада. В открытом состоянии они выступают из фасада под определенными углами в зависимости от потребности здания в дневном свете и тепле. Эти панели смонтированы на раме из оцинкованной стали, которая выступает наружу на расстояние 600 мм от здания. Двухслойная композиция, состоящая из стального каркаса и панелей, также обеспечивает гибкость для добавления труб и воздуховодов в будущем, не влияя на внешний вид здания [2].

Механизм кинетических фасадов

Устройства кинетического затенения управляются датчиками, которые измеряют уровень света и тепла в течение дня и регулируют механизм открывания жалюзи. Эти датчики контролируют и отправляют данные в центральную систему управления зданием. Система управления зданием запускает небольшие двигатели, которые либо спрятаны у основания каждой ставни, либо между парой соседних ставней. Затем моторы заставляют жалюзи двигаться и приспосабливаться к различным сценариям дневного света, тем самым оптимизируя баланс между естественным и искусственным освещением в здании. Эти жалюзи могут также управляться вручную в зависимости от потребностей пользователей в здании. Хотя их работа управляется электродвигателями, их вклад в общее энергопотребление здания значительно меньше, поскольку они перемещаются постепенно, оставаясь в одном фиксированном положении в течение нескольких часов [4].

Дизайн жалюзи .

Алюминиевые жалюзи изготовлены примерно из 4500 м2 перфорированных алюминиевых листов. Перфорация на фасаде дополнительно спроектирована и адаптирована к углу раскрытия примерно 30 %. Инженеры и архитекторы провели анализ и расчеты, чтобы установить это как оптимальный угол раскрытия по отношению к количеству света и энергии, впускаемых и выходящих из здания, и в то же время предоставляя пользователям оптимальные виды на городское пространство снаружи [5].

Даже когда ставни полностью закрыты, перфорация позволяет контролируемому количеству света проникать в здание. Кроме того, ставни также визуально подчеркивают кинетическую природу фасадов здания. Ставни также являются частью произведения искусства, созданного немецким художником Тобиасом Ребергером. Различные регулировки жалюзи в зависимости от различных погодных условий каждый день дополнительно придают зданию уникальный внешний вид.

Рис. 4. Цветные ставни на фасаде. [1]

Выводы

Для того, чтобы здание не прогревалось, было достаточно освещено и продуваемо, необходимо сделать его «гибким», то есть внедрить дополнительные элементы, которые могли бы контролировать микроклимат, ориентируясь на внешний среду. Таким образом, Кампус в Кольдинге оснащен системой для солнечного затенения, которая приспосабливается к конкретным климатическим условиям, а также способна обеспечить оптимальный дневной свет и комфортные внутренние климатическое пространство. Гармоничное сочетание кинетических механизмов фасада и общего дизайна придает зданию исключительный вид. Кроме того, совместимость экологически чистых элементов дизайна с местным климатом значительно снижает потребление энергии. Эта превосходная интеграция инновационных технологий в архитектуре демонстрирует истинный потенциал кинетической архитектуры в зданиях настоящего и будущего.

Литература:

1. Arcdog. (2017, April 5). SDU University of Southern Denmark Campus Kolding. Retrieved from Arcdog: http://arcdog.com/portfolio/sdu-university-of-southern-denmark-campus-kolding/

2. Asefi, F. F. (2019). Environmentally responsive kinetic faÇade for educational buildings. Journal of Green Building, 167–185.

3. Climate-Data.Org. (2015, August 9). KOLDING CLIMATE (DENMARK). Retrieved from Climate-Data.Org: https://en-climate--data-org.translate.goog/europe/denmark/region-of-southern-denmark/kolding-300/?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=ru&_x_tr_hl=ru&_x_tr_pto=sc

4. Cousins, S. (2015, December 7). Perforated triangular sun screens move throughout the day to control light and heat at Henning Larsen Architects’ highly energy efficient university building. Retrieved from RIJAB JOURNAL: https://www.ribaj.com/products/campus-kolding-university-of-southern-denmark

5. McManus, D. Kolding Campus University of Southern Denmark. Retrieved from E-Architect: https://www.e-architect.com/denmark/kolding-campus-university-southern-denmark

6. Razaz, Z. E. Sustainable vision of kinetic architecture. Journal of Building Appraisal, 341–356.

7. Design Building the construction wiki. Kinetic Facade: https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Kinetic_facade.

8. SDU campus Kolding — университетский кампус с кинетическим фасадом: https://architime.ru/specarch/henning_larsen_architects/sdu_campus_kolding.htm