Оригинал материала
Придет зима – дома покроются мурашками
Архитектор и старший преподаватель университета Южной Калифорнии Дорис Ким Сунг рассказала о том, как объединить далекие друг от друга дисциплины – биологию и архитектуру. В лекции «Новая кожа архитектуры» она объяснила, каким образом можно минимизировать влияние цивилизации на окружающую среду и при этом приблизить условия жизни к идеальным. Slon публикует сокращенный вариант лекции.
Идеи моих проектов основаны на биомимикрии. Я задумалась над созданием таких поверхностей, которые служили бы проводниками между внешней средой и помещениями. Таким проводником является, например, человеческая кожа, и я поставила перед собой задачу максимально приблизить к ней «кожу» зданий. На мой взгляд, скоро архитектура перейдет на новый уровень, и все, что мы сейчас видим в городах, изменится до неузнаваемости.
Все началось с толстой кожи
Сначала, до появления системы кондиционирования, «кожа» зданий была толстой, я имею в виду, стены домов делали очень толстыми. Такая «кожа» поддерживала прохладу внутри в летний период, а зимой не позволяла теплу выйти наружу. Окна были маленькими, и это также работало на теплоизоляцию сооружений.
Затем, в тридцатые годы двадцатого века, с усовершенствованием технологий и появлением массового производства, окна стали огромными. Они занимали уже почти всю поверхность стены здания. Такие окна пропускали столько солнечного тепла, что помещения перегревались. Появились системы механического кондиционирования для охлаждения перегретых солнцем помещений. Со временем сами здания становились все больше и больше, поэтому для того, чтобы в них возможно было находиться, систему кондиционирования пришлось усовершенствовать. Появились массивные установки, потребляющие огромное количество энергии и выбрасывающие в атмосферу большое количество тепла, и вместе с ними то, что мы называем эффектом «теплового острова»: температура в городах стала на несколько градусов выше, чем в прилегающих к ним районах.
Все это были неподвижные системы. Но в восьмидесятых предпринимаются попытки вести активные, открывающиеся и закрывающиеся механизмы, предназначенные для регулирования количества проникающих внутрь зданий солнечных лучей. Однако такие механизмы с самого начала не работали должным образом.
Третья кожа, биология спешит на помощь
Осмыслив все это, я задумалась над вопросом, зачем вообще нам нужна архитектура? Что если здания станут для нас еще одной кожей? Человеческая кожа – орган, регулирующий температуру тела, а также выполняющий роль защитного и водоотталкивающего слоя. На коже есть поры и волоски, они образуют эффективную систему защиты и регулирования. Кожа не статична: когда нам холодно, мы покрываемся мурашками, и волоски приподнимаются. У человека две кожи: первая – собственно кожа, вторая – одежда, она изменяет форму и двигается вместе с телом. Я предположила, что дом может стать третьей кожей человека, если сможет реагировать на изменения температуры окружающей среды.
Я стала искать биологические системы, которые могли бы послужить прототипом для создания «кожи» архитектуры, и обратила внимание на защитный механизм дикобраза. На его теле есть иглы, они поднимаются, если животное чувствует опасность. Когда дикобраз спокоен, иглы прижаты к телу.Первый эксперимент был проведен над трейлером – применила к нему принцип дикобраза: прикрепленные к трейлеру иглы поднимались по принципу молоточков фортепиано. |
Меня также заинтересовал проект BMW GINA. Это машина, металлический каркас которой обтянут тканью, благодаря чему внешний вид ее может меняться. Что если мы научим и архитектуру двигаться, изменять форму в соответствии с тем, что происходит как внутри, так и снаружи?
Разыскивается материал: красивый, но умный
Я искала материал, способный помочь в этом, но мне хотелось отойти от контроля и потребления энергии. И я обнаружила очень простой и «умный» – термобиметалл. Это металлический материал, состоящий из двух слоев различных сплавов, коэффициенты теплового расширения которых значительно отличаются друг от друга. Поскольку коэффициенты разнятся, одна сторона реагирует на температуру быстрее другой. При нагревании края пластины поднимаются, и происходит небольшое скручивание, а при охлаждении биметалл снова распрямляется. Материал реагирует быстро даже на небольшое повышение температуры.
Но биметалла нет в свободной продаже, и получить его было непросто. Я просила фабрики отдать мне отходы от производства. Ждать пришлось долго, так как производством биметалла занимаются всего несколько фирм.
Когда я наконец получила небольшое количество, хотелось использовать его максимально эффективно. Также я старалась сохранить как можно больше материала, потому что в процессе придания ему формы образовывалось очень много обрезков и отходов. Таким образом мы пришли к форме, напоминающей треугольник. Поверхности мы составляем из множества маленьких кусочков.
Один из первых наших проектов, точнее, результат его, стоит в Новом Орлеане. В центр инсталляции помещен источник искусственного освещения. Получился своеобразный обогреватель: когда включается свет, биметалл нагревается, «затворы» на поверхности приоткрываются, а тепло выходит наружу.
Пару лет назад в Лос-Анджелесе мы построили арт-инсталляцию, названную «Bloom» («Цветение»). На тот момент фабрики уже заинтересовались нашими экспериментами, и мы могли получить больше биметалла. Это был огромный шаг, так как впервые мы могли разместить конструкцию под открытым небом и посмотреть, как настоящее солнце, а не искусственный свет, повлияют на металл. Мы воздвигали модель в очень ограниченном пространстве. Сам процесс был весьма необычным – начали сверху и постепенно продвигались вниз, пока сооружение не коснулось земли. В процессе построения «Цветения» пришлось испытать массу неудобств: мы сортировали элементы утром, когда было достаточно прохладно, но после полудня становилось жарко, и биметалл сворачивался.
«Цветение» состоит из четырнадцати тысяч кусочков, при этом там нет даже двух абсолютно одинаковых – у каждого своя форма. Когда солнце попадает на поверхность конструкции, биметалл контролирует проникновение лучей, приоткрывая и закрывая отверстия. Также это система вентиляции – когда необходимо, воздух проникает внутрь или выходит наружу.
Также днем открытые пластины обеспечат больший обзор, в то время как их закрытие ночью – уединение и уют. Не нужно будет никаких занавесок, жалюзи или других приспособлений, чтобы закрывать окна. |
Биметалл, на мой взгляд, очень практичен. Постройки из этого материала легко отремонтировать, так как большие поверхности составлены из маленьких кусочков, поэтому в случае повреждения достаточно заменить небольшой фрагмент, а не целый пласт.
Кузнечик как модель
Прототипом проекта, над которым я работаю в настоящее время, стал кузнечик. На его теле есть специальные узкие прорези – дыхательные отверстия. Циркуляция кислорода внутри тела кузнечика обеспечивается сокращением его диафрагмы. Если мы создадим систему стен, похожую на систему дыхания кузнечика, мы сможем легко охлаждать и обогревать помещения. Используя этот принцип, можно создать механизм для привлечения ветра снаружи внутрь здания.
Следующий проект запатентован, поэтому я не могу много о нем рассказать. Скажу лишь, что это нечто вроде системы «двойной кожи». Мы попытаемся поместить биметалл между двух слоев оконного стекла. Принцип немного отличается – такие окна должны закрываться полностью, когда становится слишком жарко и солнечно.Фасады зданий, таким образом, особенно высоких, изменятся – перестанут быть статичными, их внешний вид постоянно будет разным. |
Сегодня фасад выглядит так – завтра погода изменилась, и он выглядит абсолютно иначе.
Другие возможности биметалла
Но мы способны заставить биметалл не изменять форму в течение дня. Это еще одна идея, над которой ведется работа, – тепло можно использовать только в процессе возведения конструкции. Так, если согнуть биметалл при температуре примерно в 3–5 тысяч градусов, он запомнит форму, сохранит ее, и так как температура окружающей среды в естественных условиях так высоко не поднимется, он уже никогда не изменит форму. Биметалл очень легкий и без труда разделяется на куски, и, обработанный таким образом, может обеспечить большую прочность поверхности.
Как и большинство металлов, биметалл может улучшить свои свойства, если его покрыть темной краской. Хотя биметалл легко контролировать при помощи уменьшения или увеличения толщины пластин – чем тоньше материал, тем меньшая температура нужна, чтобы он начал реагировать, но если на одной поверхности разные участки окрасить в разные цвета, можно добиться разнообразных эффектов, тут все зависит от наших потребностей. Возможно, например, взаимодействие с покрытием Super black, которое отражает намного меньше лучей, чем любой черный предмет.
Интересного эффекта можно достичь, если комбинировать биметалл с другими материалами. Так мы можем создать нечто, напоминающее систему костей, мышц и связок. Другой «умный металл» – нитинол. Это проволока, ее сложно использовать в архитектуре, так как она не покрывает большие поверхности, но найти интересное применение нитинолу можно. Нитиноловая проволока запоминает форму и принимает ее при помещении в горячую воду.
В целом, биметалл лучше работает в теплом климате, чем в таком, как, например, в России. Мне кажется, проблема в том, что эти системы нужно «выключать» на зиму. Это как жалюзи на окнах – они очень эффективны летом, но зимой вы можете их не закрывать, так как в холодное время вам будет нужно, чтобы солнце обогревало помещение. И вот тут можно использовать нитинол. В будущем мы надеемся сделать системы, регулирующие количество не только тепла, но и воды, но пока с этим есть небольшие трудности.
Мы должны идти вперед. Времена толстых стен и маленьких окон прошли. Кроме того, прогресс уже нанес огромный вред окружающей среде, и нам надо позаботиться о том, чтобы ситуация не ухудшалась. Я верю, что новая «кожа», которую мы предлагаем, изменит архитектуру и поможет решить многие проблемы.