Растрелли

Прогрессивная система вертикального распределения воздуха 21 века.

Имя русского архитектора 18 века, автора гениальных вентиляционных решений, было выбрано для иллюстрации синтеза старого и нового, как пример понимания системы распределения воздуха в качестве неотъемлемой части конструкции здания.

В настоящее время прогрессивные системы вертикального распределения воздуха, способствующие усилению «естественной вентиляции», разрабатываются в ряде передовых исследовательских центров по всему миру. С исторической точки зрения, создание вертикальных вентиляционных каналов, интегрированных в структуру зданий, явилось важным шагом к защите здоровья людей. Это инженерное решение можно наблюдать в разные эпохи и в самых разных странах.

Так, например, одна из текущих программ индийских властей направлена на то, чтобы оснастить все кухонные плиты простыми вытяжными трубами. Предполагается, что эта мера существенно увеличит среднюю продолжительность жизни тех, кто ежедневно занимается приготовлением пищи. Ситуация, сложившаяся в ряде густо населенных африканских городов, демонстрирует проблему следующего уровня. Там дым, выходящий из труб, снова попадает в жилища через окна и другие отверстия, которые, по сути, из вентиляционных превращаются в «дымовые». В данном случае очевидна потребность, как в улучшении качества топлива, так и в использовании новой конструкции окна, названной нами «Форточка», которая поможет улавливать и задерживать частицы грязи и копоти.

В развитых странах, напротив, большинство зданий (в особенности, постройки последних 20—30 лет) строятся без дымоходов или иных вентиляционных каналов, так как проектировщики целиком полагаются на электрические, либо механические устройства для перемещения воздуха. Эта ситуация — продукт архитектурной революции Баухауза 20-х годов прошлого века, провозгласившей преклонение перед сложными технологиями и механическими устройствами, и пренебрежение к знаниям и технологиям строительства, накопленным за века.

Как ни парадоксально, но современные экономисты, даже работая в рамках таких известных и, казалось бы, здравых концепций как «Общий экономический анализ», не имеют необходимых инструментов для расчетов по продукции, срок годности которой превышает 20—30 лет, не говоря уже о той, что рассчитана на 200—300 лет (например, вентиляционные каналы Зимнего дворца и другие инженерные сооружения этого здания). Как и в случае с международными стандартами, в которых не заложены инструменты для анализа характеристик окон типа «Форточка», в этих экономических моделях отсутствует какой-либо инструментарий для анализа подобных вентиляционных систем.

Консервативный, самонадеянный и недальновидный подход разработчиков, создающих инструменты только для известной им продукции, является, в известной степени, тормозящим фактором для дальнейшего прогресса. Было бы более здравым признать, что многое еще не исследовано, и что конец 20 века не стал финальной точкой на пути научного развития.

В то же время, энергетический кризис последних десятилетий прошлого века в совокупности с недолговечностью электромеханических устройств и их прочими недостатками (шум, расходы по обслуживанию, отсутствие возможности корректировки, и, в особенности, вероятность угрозы здоровью в случае неисправности), свидетельствуют о потребности в иных, более «устойчивых» технологиях. Именно поэтому многие современные исследования сосредоточены на изучении различных типов естественной вентиляции.

Однако последние разработки в этой области либо представляют собой централизованные системы, в основу которых положена конструкция атриума и подобные архитектурные решения, либо включают сложные инженерные структуры, дополнительные по отношению к основной структуре здания. Система вентиляции, построенная Растрелли в Зимнем дворце работает по иному принципу. Элегантность метода Растрелли состоит в том, что многочисленные вентиляционные каналы, встроенные в стены здания и являющиеся частью общей системы дымоходов, создают возможность индивидуального регулирования вентиляции.

Таким образом, изначальная система вентиляции Зимнего дворца не являлась отдельной инженерной системой, или системой, интегрированной в архитектурное решение — она была частью самого здания.

В наши дни подобное решение было бы названо синтезом архитектурных и инженерных разработок, тогда же, в 1762 году это был естественный ход, простой архитектурный прием, основанный на последних научных достижениях и знаниях той эпохи. Эти знания не исчезли, но уже почти сто лет, с тех пор, как под влиянием Баухауса, Карриера и прочих была создана «неустойчивая» архитектура 20 века, они не находят практического применения.

Специфика подобных систем заключается в том, что два или более параллельно расположенных канала ведут из каждой комнаты в выпускное отверстие или трубу, расположенную на крыше. Каналы проложены в стенах и являются частью здания. Один канал рассчитан на подачу воздуха, другой на его извлечение, при этом есть возможность обеспечить возврат тепла, расположив выходное отверстие канала с теплым воздухом и входное канала холодного воздуха рядом друг с другом.

Около тысячи вентиляционных каналов, проложенных в стенах Зимнего дворца, делают его структуру перфорированной наподобие швейцарского сыра, однако внешне это здание производит впечатление целостной и массивной конструкции. Способ строительства подобной системы в кирпичном здании очень простой: необходимо делать пропуски в кладке и повторять их в последующих рядах. В современном строительстве также существуют простые методы для достижения подобного эффекта. Следует либо оставлять свободные полости во внешних стенах (не закладывать в них изоляционные материалы), либо отливать внутренние бетонные стены с шахтами внутри — конструкционные решения могут быть самыми разнообразными.

Одна из проблем современного строительства — явление конденсации в вентиляционных каналах с холодным воздухом — не возникала в работе Растрелли, так как она обычно вызвана свойствами применяемых материалов и самим характером вентиляционной системы. Растрелли и его сподвижники создавали здания, которые по своей структуре в принципе исключали возможность возникновения данной проблемы (см. раздел «Палладио»). Можно предположить, что это произошло неосознанно, но также возможно, что их знания были гораздо более глубокими, чем видится нам сейчас, ведь именно в их эпоху появились главные научные достижения, используемые нами сейчас (и открываемые заново).

Так, например, в настоящий момент, в передовых исследовательских центрах изучается механизм конденсации, приводящей к образованию трещин. Эти исследования показывают, что у материалов, обладающих гигроскопическими свойствами, существует две «степени защиты» от подобного рода конденсации. Благодаря своим свойствам, эти материалы абсорбируют влагу, уменьшая давление пара, достаточного для переноса влаги внутрь структуры здания, и не допускают конденсации (вероятной вследствие капиллярных процессов внутри структуры) и перераспределения влаги, предотвращая образование воды.

После пожара 1834 года более тысячи вентиляционных каналов Зимнего дворца были закрыты, однако некоторые из них были открыты заново в результате модернизации инженерных систем после окончания Второй мировой войны. Таким образом, на данный момент в действии находятся около 200 каналов. Очевидно, что противопожарные меры не теряют актуальность, и для их обеспечения в каналы могут быть встроены противопожарные клапаны, которые могут автоматически изолировать отдельные части здания, образуя, таким образом, «управляемые зоны». Подобный элемент необходим в конструкции любого здания, но для Эрмитажа он имеет особое значение. Для успешной эвакуации посетителей необходимо обратить особое внимание на извлечение дыма. Входные отверстия вертикальных вентиляционных каналов, расположенные в верхней части помещений являются важным средством для решения этой задачи.

Ключевой характеристикой системы вентиляции под названием «Растрелли» является то, что отверстия каналов располагаются на разных уровнях: одно отверстие, или решетка, устанавливается на низком уровне, около пола, а второе « на высоком, около потолка.

Благодаря естественным термическим процессам, температура воздуха под потолком становится выше температуры воздуха на уровне пола. Теплый, отработанный воздух поднимается вверх и заполняет вентиляционный канал, расположенный под потолком. В результате один канал оказывается заполненным теплым воздухом, а другой — прохладным. Разная плотность воздуха в каналах приводит к возникновению разности давлений, которую можно определить с помощью уравнения Бернулли: δΡ = (ρ1−ρ2).g.h. В больших залах разница в температурах еще более ощутима, что приводит к усилению естественной циркуляции, причем количественное соотношение остается неизменными.

Благодаря этой естественной движущей силе в помещении создается циркуляция воздуха, характер которой можно регулировать с помощью решеток отверстия канала, расположенного на уровне пола.

Подобная система была использована Растрелли для каминного отопления, которое изначально использовалось в большинстве залов дворца. Во время топки возникает естественная воздушная тяга, которая привлекает к камину воздух из других частей помещения, вызывая сильные сквозняки. Растрелли сумел избежать вероятности такого неприятного явления, проложив параллельно с дымоходом вентиляционный канал, отверстие которого располагалось в непосредственной близости к камину.

Свое новое применение эта система получила после пожара 1834 года, когда каминное отопление сочли пожароопасным, несмотря на то, что истинной причиной пожара послужил строительный дефект, допущенный при перепланировке ряда комнат. Как бы то ни было, вместо каминов в подвале дворца установили печи, от которых проложили два типа каналов — один для отведения дыма, другой для подачи теплого воздуха в помещения. Таким образом, и в новом строительном решении была сохранена гениальная «двойная» конструкция, присущая работам великого зодчего.

Хотя использование каминов в современных зданиях вряд ли можно назвать актуальным, многие институты занимаются исследованием и проектированием высокоэффективных печей, работающих на биотопливе и способных в будущем стать альтернативой центральному отоплению, которое зачастую подразумевает подачу горячей воды на многие километры. Существующая ныне система, безусловно, является эффективным способом утилизации «избыточного» тепла, выделяемого при производстве электроэнергии, однако, если, следуя современным тенденциям, большинство электростанций будут использовать энергию солнца и ветра, то возникнет более острая потребность и в новых формах отопления.

В сочетании с новым типом окна «Форточка», система вентиляционных каналов с разнесенными по высоте отверстиями «Растрелли» предоставляет большое разнообразие возможностей вентиляции, благодаря чему индивидуальные потребители могут быть обеспечены воздухом нужного качества и в желаемом объеме.

Очевидно, что в зданиях, принимающих, подобно Эрмитажу, большое количество посетителей, регулированием вентиляции будут заниматься сотрудники или смотрители залов. Устанавливаемые таким образом климатические условия будут одинаковы для всех посетителей. Возможности же индивидуального регулирования климатического режима изложены в разделе «Индивидуальное регулирование».

Разновидностью простой системы с двумя вентиляционными каналами является «умная» система, оснащенная скрытыми моторами, датчиками, пожарной сигнализацией и устройствами связи, которая будет координировать работу вентиляционных каналов и режим функционирования окон, а также сможет автоматически регулировать климат в помещении, следуя командам, передаваемым по телефону или в соответствии с заранее заданной настройкой.

Основные принципы этой «передовой» системы вентиляционных каналов с отверстиями, расположенными на разной высоте, можно обнаружить в Государственном Эрмитаже (в здании Зимнего дворца). Это покажется не столь удивительным, если вспомнить, что математик Даниэль Бернулли вывел свои уравнения, раскрывающие ряд природных закономерностей, именно в России, в период с 1726 по 1732 год. Есть все основания предположить, что Бернулли действительно встречался и беседовал со своим современником, создателем Зимнего дворца, Франческо Бартоломео Растрелли (1700—1771).

Возможно, мы никогда не получим исчерпывающих исторических свидетельств относительно этого предположения, однако нет сомнений в том, что базовые закономерности, определяющие движение воздушных потоков, были хорошо знакомы Растрелли, и он был первым, кто применил эти знания в архитектуре. Вот почему эта прогрессивная система вентиляционных каналов получила имя великого русского архитектора итальянского происхождения — Растрелли.

Серджио Фокс

Наверх