Архитектурная физика: Архитектурная физика : Учебник для вузов. — М., 2007
Архитектурная физика. Оболенский Н.В. 2007 | Библиотека: книги по архитектуре и строительству
| Архитектурная физика |
| Серия: Специальность «Архитектура» |
| Редактор: Оболенский Н.В. Авторы: Лицкевич В.К., Макриненко Л.И., Мигалина И.В., Оболенский Н.В., Осипов А.Г., Щепетков Н.И. |
| Архитектура-С. Москва. 2007 |
| 442 страницы |
| ISBN 978-5-9647-0034-0 |
Содержание:
Рассматриваются теоретические основы формирования комфортной светоцветовой, тепловой и акустической среды в городах и зданиях. Излагаются методы нормирования, расчета и проектирования ограждающих конструкций, освещения, инсоляции, солнцезащиты, цветового решения, акустики, звукоизоляции зданий и борьбы с городскими и производственными шумами. Для студентов архитектурных вузов и факультетов.
Предисловие
Введение. Предмет и место архитектурной физики в творческом методе архитектора
Часть I. Архитектурная климатология
Глава 1. Климат и архитектура
Глава 2. Климатический анализ
Часть II. Архитектурная светология
Глава 3. Светоцветовая среда — основа-восприятия архитектуры
3.1. Свет, зрение и архитектура
3.2. Основные величины, единицы и законы
Глава 4. Архитектурное освещение
4.1. Системы естественного освещения помещений
4.2. Световой климат
4.3. Количественные и качественные характеристики освещения
4.4. Нормирование естественного освещения помещений
4.5. Расчет естественного освещения помещений
4.6. Оптическая теория естественного светового поля
4.7. Источники искусственного света и осветительные приборы
4.8. Нормирование и проектирование искусственного освещения
4.9. Совмещенное освещение помещений
4.
4.11. Моделирование архитектурного освещения
Глава 5. Инсоляция и солнцезащита в архитектуре
5.1. Основные понятия
5.2. Нормирование и проектирование инсоляции застройки
5.3. Солнцезащита и светорегулирование в городах и зданиях
5.4. Моделирование инсоляции
5.5. Экономическая эффективность нормирования инсоляции и солнцезащиты
Глава 6. Архитектурное цветоведение
6.1. Основные понятия
6.2. Систематизация цветов. Колориметрическая система МКО
6.3. Воспроизведение цвета
6.4. Нормирование и проектирование цвета
Часть III. Архитектурная акустика
Глава 7. Звуковая среда в городах изданиях
7.1. Основные понятия
7.2. Звук и слух
7.3. Основные закономерности распространения звука и шума
Глава 8. Шумозащита и звукоизоляция в городах и зданиях
8.1. Источники шума и их характеристики
8.
2. Нормирование шума и звукоизоляции ограждений8.3. Проектирование шумозащиты и звукоизоляции
8.4. Моделирование шумозащиты и звукоизоляции
8.5. Технико-экономическая эффективность мероприятий по шумозащите и звукоизоляции
Глава 9. Акустика залов
9.1. Основные акустические характеристики залов
9.2. Оценка акустического качества залов
9.3. Общие принципы акустического проектирования залов
9.4. Залы для речевых программ
9.5. Залы для музыкальных программ
9.6. Залы с совмещением речевых и музыкальных программ
9.7. Моделирование акустики залов
9.8. Системы озвучания залов
Приложения
Предметно-именной указатель
Строительная физика и химия
Акустика и звукофикация
Свет и цвет в архитектуре и дизайне
Лицкевич В.К.
Макриненко Л.И.
Мигалина И.В.
Оболенский Н.В.
Осипов А.Г.
Щепетков Н.И.
Скачать книгу: Архитектурная физика. Оболенский Н.В. 2007
Архитектурная физика
Строительная физика представляет собой отдельную дисциплину, в которой рассматриваются многие вопросы, связанные с созданием комфортного микроклимата внутри зданий.
Внутри этой большой дисциплины можно выделить отдельное направление — архитектурная физика.
Задачи архитектурной физики
При проектировании здания архитектор стремится создать объект, в котором будут обеспечены оптимальные условия для выполнения заданной функции. Например, при проектировании здания филармонии, необходимо не только оценить количество посадочных мест, продумать пути эвакуации и скомпоновать группу подсобных и технических помещений, но и сделать акустический расчет, оценить инсоляцию, разработать решения по утеплению здания.
Все эти вопросы лежат в плоскости архитектурной физики, которая ставит перед собой следующие задачи:
- анализ климатических факторов среды, а также их влияние на архитектуру и градостроительные образования;
- создание комфортных городских пространств и интерьеров;
- создание выразительной городской застройки;
- создание экономически эффективной застройки;
- акустическое проектирование и беспрепятственная видимость зрительных залов.
Главной задачей является создание комфортных условий для проживания и жизнедеятельности. Объектом анализа являются различные здания и сооружения, в которых в зависимости от их назначения могут быть применены различные разделы архитектурной физики. К примеру, для каждого здания необходимо будет выполнить теплотехнический расчет, но акустический расчет необходим только для общественных мест, где будут организованы выступления, к примеру зрительные залы, лекционные залы и т.п. Требования по инсоляции к различным типам помещений также будут отличаться.
Определение 1
Инсоляция – это временной отрезок, в течение которого в помещение попадают солнечные прямые лучи. В задач архитектора при проектировании зданий входит оценка инсоляции проектируемых помещений, а также исключение нарушений в части инсоляции существующей застройки
Рисунок 1. Архитектурная физика рассматривает не только объемно-пространственные решения, но и инсоляцию, акустику, теплозащиту.
Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Разделы архитектурной физики
Рассматривая архитектурную физику как части строительной физики достаточно сложить выделить исключительно ее разделы, поскольку во многом они пересекаются. Часть исследователей использует для разделения использует принцип выделения задач, решаемых и выполняемых архитектором, для других архитектурная физика отличается от строительной необходимостью применения творческого подхода, поиска и вариантного проектирования.
Выделим основные разделы архитектурной физики:
- составление климатического паспорта местности;
- изучение типологических особенностей проектируемого объекта;
- оценка и использование климатических факторов местности;
- расчет инсоляции зданий и застройки;
- создание микроклимата в помещениях (теплотехнические требования и конструктивные решения ограждающих конструкций)
- выполнение акустически расчетов.
Рисунок 2.
Лувр Абу-Даби, архитектор Жан Нувель
В современных условиях составление климатического паспорта местности и анализ использования климатических факторов местности при проектировании зданий стало очень значимым. Снижение энергопотребления зданий, которого можно добиться этим простым, не требующим дополнительных затрат способом, очень существенно.
Для архитектурной физики важно месторасположения здания, из чего оно состоит и как будет работать. Изучая ту роль, которую имеют климатические факторы при проектировании зданий могут быть достигнуты значительные результаты. Точные расчеты теплопередачи через ограждающие конструкции, создание надежной тепловой защиты здания и определение санитарно-гигиенических показателей тепловой защиты позволяет создать комфортный микроклимат и избежать значительных потерь. При выполнении расчетов площади световых проемов, естественного освещения помещений, проектировании искусственного освещения будут выполнены все требования для организации комфортной зрительной работы и достигнуто соответствие требованиям СанПиН.
Применение физики для проектирования энергоэффективных зданий | MIT News
Создать идеально энергоэффективное здание относительно легко, если вы не даете обитателям здания никакого контроля над окружающей средой. Поскольку никому не нужны такие здания, профессор Кристоф Рейнхарт сфокусировал свою карьеру на поиске способов сделать здания более энергоэффективными, не забывая при этом о потребностях пользователей.
«На данном этапе проектирования зданий самая большая неопределенность связана с поведением пользователей», — говорит Рейнхарт, возглавляющий лабораторию устойчивого проектирования в архитектурном отделе Массачусетского технологического института.
«Как только вы поймете тепловой поток, станет очень точной наукой определить, сколько тепла добавить или убрать из пространства».
Получив образование в области физики, Рейнхарт перешел в архитектуру, потому что хотел применить полученные им научные концепции, чтобы сделать здания более удобными и энергоэффективными. Сегодня он всемирно известен своей работой в области того, что архитекторы называют «дневным освещением» — использованием естественного света для освещения интерьеров зданий — и анализом характеристик зданий на городском уровне. Инструменты дизайна, созданные в его лаборатории, используются архитекторами и градостроителями более чем в 90 странах.
Лаборатория устойчивого дизайна также создала две дополнительные компании: Mapdwell, которая предоставляет индивидуальный анализ затрат и выгод для установки солнечных панелей; и Solemma, которая предоставляет инструменты для анализа окружающей среды, такие как DIVA-for-Rhino, высокооптимизированный программный компонент для моделирования естественного освещения и энергопотребления.
Рейнхарт является соучредителем и советником по стратегическому развитию Mapdwell, а также генеральным директором Solemma.
Несмотря на все это, физика оставалась центральной опорой. «Все, что разрабатывается в нашей лаборатории, в первую очередь основано на физике», — говорит Рейнхарт, получивший степень магистра физики в Университете Альберта Людвига во Фрайбурге, Германия, и Университете Саймона Фрейзера в Ванкувере, Канада.
Информационный дизайн
Защитник окружающей среды Рейнхарт говорит, что на изучение архитектуры его вдохновила работа Фраунгоферовского института систем солнечной энергии, который в начале 1990-х годов построил во Фрайбурге полностью автономный солнечный дом.
Заканчивая магистерскую диссертацию, Рейнхарт также прочитал статью, в которой утверждалось, что для архитекторов, выбирающих солнечную систему, такие характеристики, как цвет, могут быть важнее производительности. Эта идея побудила его найти способы дать архитекторам возможность учитывать эстетику.
и экологические характеристики их проектов в то же время. Он начал эту работу с исследования дневного света в Техническом университете Карлсруэ, Германия.
Свет невероятно важен с точки зрения дизайна — архитекторы говорят о «рисовании светом», — но существуют и серьезные технические проблемы, связанные с освещением, например, как управлять теплом и бликами, говорит Рейнхарт.
«Вам нужны хорошие модели неба и хорошие инструменты визуализации для моделирования света. Вам также нужны компьютерные науки, чтобы сделать это быстрее, но это только основы», — говорит Рейнхарт, отмечая, что следующим шагом будет рассмотрение того, как люди воспринимают и используют естественный свет. «Это действительно тонкое мышление — вот что делает дневной свет таким веселым и интересным».
Например, дизайнеры обычно изображают здания с открытыми жалюзи. Если они узнают, что люди будут опускать жалюзи в 90 % случаев с заданным дизайном, они, скорее всего, переосмыслят его, говорит Рейнхарт, потому что «никто этого не хочет».
Программное обеспечение для анализа дневного света, разработанное командой Рейнхарта в 1998 году, предоставляет именно такую информацию. Известная как DAYSIM, она в настоящее время используется во всем мире для моделирования годовой доступности дневного света в зданиях и вокруг них.
Рейнхарт также опубликовал учебники по дневному освещению: «Справочник по дневному освещению I: основы и проектирование с использованием солнца» был опубликован в 2014 году, а второй том «Справочник по дневному освещению II: моделирование дневного света и динамические фасады» был выпущен в октябре прошлого года.
«Дневное освещение было моим первым путем в архитектуре», — говорит Рейнхарт, отмечая, что он считает замечательным, что эта область сочетает в себе «надежную науку», такую как моделирование неба, с более субъективными вопросами, связанными с опытом пользователей, такими как: «Когда Солнечный свет — это помеха?» и «Когда это добавляет визуального интереса?»
Преподавание и консультирование
После получения докторской степени по архитектуре в Техническом университете в 2001 году Рейнхарт некоторое время преподавал в Университете Макгилла в Канаде, прежде чем был назначен адъюнкт-профессором архитектуры в Высшей школе дизайна Гарвардского университета.
В 2009 году студенческий форум назвал его преподавателем года.
В 2012 году он поступил на работу в Массачусетский технологический институт, где обычно руководит семью или восемью аспирантами, в том числе около трех человек работают над докторской диссертацией. Часто у него также есть студенты, работающие в его лаборатории по Программе исследовательских возможностей для студентов. По его словам, несколько студентов, специализирующихся в области компьютерных наук, оказались особенно полезными.
«Удивительно, что могут реализовать студенты Массачусетского технологического института, — говорит он.
Рейнхарт, конечно, также является инструктором, в частности, преподает курс 4.401/4.464 (Экологические технологии в зданиях), посвященный оценке энергоэффективности зданий.
«Нет ничего интереснее — особенно в таком учреждении, как Массачусетский технологический институт, — чем преподавать эти понятия», — говорит он.
Энергетическая инициатива Массачусетского технологического института (MITEI) в настоящее время работает над тем, чтобы сделать этот предмет доступным в Интернете через MITx, и ожидается, что этот курс станет частью запланированного сертификата выпускника в области энергетики, по словам Антье Даниэльсон, директора по образованию MITEI.
Моделирование в масштабе города
Тем временем Рейнхарт расширил свои собственные исследования до моделирования энергопотребления на уровне города. В 2016 году он и его коллеги представили энергетическую модель Бостона, которая оценивает потребности в газе и электричестве для каждого здания в городе, и с тех пор его команда оценила другие городские районы.
Эта работа показала ему, насколько важно поведение пользователя для расчета энергопотребления.
«Для отдельного здания вы можете получить представление о поведении пользователя, но если вы хотите смоделировать целый город, эта проблема взорвется перед вами», — говорит Рейнхарт, отмечая, что его команда использует статистические методы, такие как байесовская калибровка, для определения вероятное поведение.
По сути, они собирают данные об энергопотреблении и обучают компьютер распознавать различные сценарии, например потребление энергии разным количеством людей и приборов.
«Мы используем 800 моделей поведения пользователей для выборки зданий, и, поскольку мы знаем, сколько энергии эти здания на самом деле потребляют, мы сохраняем только те поведенческие модели, которые обеспечивают правильное использование энергии», — говорит Рейнхарт, объясняя, что повторение процесса дает кривая, указывающая наиболее вероятное использование зданий.
«Мы не знаем точно, где находятся люди, но на городском уровне мы понимаем это правильно».
Определение того, как энергия используется в таком широком масштабе, дает критически важную информацию для удовлетворения потребностей энергетической системы в целом, говорит Рейнхарт. Вот почему Рейнхарт в настоящее время работает с Exelon Corporation, крупным национальным поставщиком энергии, над оценкой энергопотребления в Чикаго. «Мы можем сказать, давайте поощрять такого рода обновления и в значительной степени гарантировать, что именно так будет меняться энергетическая нагрузка в районе или на отдельных подстанциях — это как раз то, что коммунальные службы хотят знать», — говорит он.
Взаимосвязь продовольствия, энергии и воды
Недавно Рейнхарт также начал исследовать способы повышения энергоэффективности и устойчивости производства продуктов питания. Его лаборатория разрабатывает программный компонент, который может оценивать урожайность продуктов питания, связанное с этим использование энергии и воды, а также выбросы углерода, возникающие в результате различных типов городских ферм.
Например, гидропонное контейнерное хозяйство — система выращивания продуктов питания без почвы внутри чего-то вроде транспортного контейнера — сейчас продвигается компаниями в некоторых городах, включая Бостон. Эта система обычно использует больше электроэнергии, чем обычное сельское хозяйство, но это потребление энергии может быть более чем компенсировано снижением потребности в транспорте, говорит Рейнхарт. Команда Рейнхарта уже продемонстрировала, что выращивание на крышах и в контейнерах на доступной земле в Лиссабоне, Португалия, теоретически может удовлетворить общий спрос на овощи в городе.
Эта работа, посвященная изучению взаимосвязи между едой, энергией и водой, представляет собой следующий уровень сложности для Рейнхарта в его карьере, направленной на достижение устойчивого развития. К счастью, он не одинок в своей работе; он отправил множество молодых ученых в мир для работы над аналогичными проблемами.
Бывшие аспиранты Рейнхарта теперь работают в таких университетах, как Корнелл, Гарвард, Сиракузы и Университет Торонто, и он продолжает сотрудничать с ними в проектах.
Это похоже на растущую семью, — говорит Рейнхарт, отец двоих детей. «Студенты никогда не уходят. Это как дети».
Эта статья была опубликована в осеннем выпуске 2018 года Energy Futures , журнала MIT Energy Initiative.
10 архитектурных чудес, которые, кажется, нарушают законы физики
Архитектура, основанная на физике, — это , поэтому — прошлый век. Хотя такие сооружения, как базилика Святого Петра и Ангкор-Ват, всегда будут впечатлять, архитектура, которая действительно захватывает общественное воображение в наши дни, делает это благодаря проектам, которые не столько связаны с чистой эстетикой, сколько пожимают плечами гравитации.
СВЯЗАННЫЕ: 10 архитектурных чудес, которые можно увидеть только в Европе
Во всем мире архитекторы раздвигают границы науки, стремясь проектировать здания, которые больше похожи на оптические иллюзии, чем на функциональные конструкции. Эти шедевры радуют не только глаз, но и разум, и, прогуливаясь среди консолей и арок, которые делают их возможными, трудно не удивляться возможностям нашего вида и научным достижениям, которые позволили нам зайти так далеко.
Вот некоторые из лучших зданий со всего мира, бросающих вызов физике.
10/10 Capital Gate, Объединенные Арабские Эмираты
Расположенные под углом 18˚ к западу, Capital Gate были объявлены Книгой рекордов Гиннеса «самым дальним искусственным наклонным зданием» в 2010 году. Мощное ядро из бетона и стали помогает удерживать здание в вертикальном положении и противостоять ветру и другим воздействиям. Его фундамент состоит из 490 свай, каждая из которых уходит в землю на глубину от 20 до 30 метров.
Большинство падающих башен в мире покосились из-за возраста или износа, но волнообразная форма Capital Gate была сделана намеренно, чтобы привлечь внимание и раздвинуть границы архитектурных возможностей.
9/10 Художественный музей Милуоки, США
Белые, похожие на панели выступы, закрепленные на крыше Художественного музея Милуоки, вырисовываются в воздухе, как крылья бабочки-скелета. Архитектор музея Сантьяго Калатрава хорошо известен тем, что его проекты отражают живые организмы, а чтобы еще больше усилить реалистичность музея, панели открываются и закрываются, как взмахи крыльев, в зависимости от времени и погоды.
Один из крупнейших музеев в Соединенных Штатах, в этом здании хранится почти 25 000 произведений искусства, но его стоит посетить не только из-за его внешнего вида, но и из-за произведений искусства, выставленных внутри.
Акведук Велювемеер, 8/10, Нидерланды
Обычно мосты проходят над водой, а не под ней. Однако в Нидерландах уникальный акведук позволяет наземным и морским транспортным средствам меняться местами, при этом небольшие корабли плывут над автомобилями, которые проносятся под ними.
Соединяя материк с искусственным островом, по этой дороге каждый день проезжает более 25 000 автомобилей, а нависающий над ней акведук служит мостом для небольших кораблей. Вдоль дороги проходят пешеходные дорожки, позволяющие посетителям полюбоваться этим архитектурным чудом, но, конечно же, лучший способ познакомиться с акведуком — это один из многочисленных кораблей, которые скользят по его длине каждый день.
7/10 Жилой комплекс Habitat, Канада
Посещение Habitat 67 в Монреале напоминает игру Minecraft .
Архитектор Моше Сафди первоначально разработал идею этой структуры в качестве своей магистерской диссертации, но позже этот проект воплотился в жизнь в качестве павильона для Всемирной выставки 1967 года в Монреале.
СВЯЗАННЫЙ: 10 самых странных зданий Америки (и где их найти)
Предназначенное для объединения аспектов загородной жизни, таких как сады и открытые пространства, с более компактным стилем городской жизни, это здание служит резиденцией, с характерными бетонными блоками, которые так известны тем, что они соединяются вместе, образуя уютные единицы. Хотя проект не произвел революцию в городской жизни, как надеялся архитектор, Habitat 67 стал одной из самых известных достопримечательностей Квебека и домом для счастливого сообщества жителей Монреаля.
6/10 Аудиторио де Тенерифе, Испания
Построенный между 1997 и 2003 годами, Auditorio de Tenerife на Канарских островах стал домом для Симфонического оркестра Тенерифе и стал иконой модернизма в Испании.
Он особенно известен своей аркой, которая изгибается над основной частью конструкции и опирается только на две точки. Учитывая, что большая часть ее веса вырисовывается без поддержки, кажется, что дуга бросает вызов физике, балансируя над головой, как хвост разъяренного скорпиона.
5/10 Музей завтрашнего дня, Бразилия
Благодаря своей вытянутой форме и белым костяным выступам Музей завтрашнего дня в Бразилии немного напоминает нечто среднее между промышленным вентилятором и скелетом какого-то огромного морского существа. На вершине конструкции расположены солнечные панели, которые торчат, как плавники, и движутся в течение дня, следуя за светом.
СВЯЗАННО: 10 малоизвестных музеев Нью-Йорка, которые стоит посетить
В основной части музея выставлены экспонаты, посвященные науке и будущему человечества, а из этого центрального здания выходит огромный навес, бросающий тень на посетителей, приближающихся к входу. Расположенное на краю воды, кажется, что это уникальное сооружение может скользнуть в океан в любой момент, но оно остается на месте, возвышаясь как над сушей, так и над морем, ослепляя как туристов, так и местных жителей.
4/10 Холменкольбаккен, Норвегия
Глядя вниз по скользкому склону огромного лыжного трамплина, вы и в лучшие времена нервируете, но когда вы стоите на вершине Холменхолльбаккена в Норвегии, вы чувствуете дополнительную неуверенность, сидя на сооружении, очень похожем на качели. вот-вот сбросит своих обитателей на землю.
Гору перестраивали 19 раз. Нынешняя версия холма была результатом конкурса архитектурных дизайнеров и была завершена в 2010 году. Несмотря на то, что его архитектура очень современна, лыжная гора имеет долгую историю, в районе Холменколлен в Осло принимал лыжные фестивали с конца 19век.
3/10 Штаб-квартира Центрального телевидения Китая, Китай
Подобно головокружительным очертаниям оптических иллюзий М. К. Эшера, причудливые ракурсы штаб-квартиры Центрального телевидения Китая обманывают взгляд с первого взгляда. Издалека конструкция немного похожа на прямоугольник, но при ближайшем рассмотрении становится ясно, что разные части конструкции расходятся друг от друга в странных направлениях, а самая верхняя часть, кажется, бросает вызов гравитации, отклоняясь от своих опор.
.
Как штаб-квартира CCTV, здание было спроектировано в соответствии с концепцией замкнутого телевидения с двумя L-образными башнями, соединенными вместе в непрерывную петлю.
2/10 Балансирующий амбар, Великобритания
Выглядящий как смесь футуристического сарая и трамплина для прыжков в воду, Balancing Barn является жемчужиной современной архитектуры. Половина сооружения висит в воздухе, и те, кому посчастливилось побывать внутри, стоят на уровне глаз с верхушками окружающих деревьев.
Предназначенный для повышения доступности современной архитектуры и поощрения большей связи с сельской местностью, Balancing Barn доступен для бронирования и вмещает около восьми человек. Среди уютных коттеджей и старинных церквей английской сельской местности футуристическая архитектура этого уникального дома может показаться немного неуместной, но именно эта самобытность делает его таким популярным местом.
1/10 Небесный мост Лангкави, Малайзия
Небесный мост Лангкави расположен на вершине горы и изгибается над открытым небом, предлагая уникальный вид на окружающие джунгли и океан за его пределами.