Автономный дом архитектора Фуллера

Любой дом, по мнению Фуллера, приобретает невероятные преимущества, будучи автономным, так как без необходимости подключения к сложным муниципальным системам дом может располагаться в любой точке земли. Проект Dymaxion House стал по мнению разработчика решением задачи о создании жилища доступного для массового производства, легко транспортируемого и экологически энергоэффективного. В конструкции дома используется натяжная система с центральной колонной или мачтой, на которую приходится вся нагрузка. Он оснащён собственной независимой системой вентиляции, благодаря которой он охлаждается и нагревается естественным путём.

Всё оборудование было встроено в пол и мачту. Когда появлялась новая технология, можно было легко заменить устаревшие компоненты, ничего не ломая и не перестраивая.
Таким образом, здание способно было противостоять технологическому старению. Заложенные проектом материалы (корпус выполнен из алюминия) не требовали постоянного обслуживания и отличались своей долговечностью, и, несмотря на неизменность внешнего облика, этот дом легко изменял свою внутреннюю планировку, увеличивая или уменьшая какие-либо помещения. Свой необычный дом футурист оборудовал комнатой с вращающимися книжными полками, радио, телевидением, пишущей машинкой и кульманом для того, чтобы жители дома могли заниматься самообразованием. Также интерес архитектора к новым возможностям материалов и инновационным технологиям привёл его в этом проекте к применению именно алюминия. При этом были использованы все возможности этого металла. Применение конструкций и новых материалов позволяло серийное производство проектируемых домов. В серийности своих проектов архитектор видел уменьшение стоимости для потребителя и точность воспроизведения проекта в промышленных масштабах производства. Он объяснял серийность дизайна своей архитектуры так: «…сама природа обычно применяет повторение клеток, кристаллов и яиц. Эволюция склонна стандартизировать дизайн» (цитата по А. Гагарину)2.

Разрабатывая проекты для сугубо индивидуального применения при возможной серийности, Фуллер решал общечеловеческие задачи в формировании новых мобильных городов, дающих свободу выбора жителям в территориальном размещении его жилища. Но что позволяет считать это здание не просто автономным домом, а домом энергоэффективным?
Для архитектора Dymaxion House – это единая энергетическая система, частями которой являются независимые инновационные решения, которые в своей совокупности позволяют рассматривать архитектурно-планировочные и инженерные системы вместе.

Выбор формы дома

Создавая форму для своих домов, архитектор руководствовался не только простотой установки конструкций, но и показателями энергоэффективности. Если детально подойти к рассмотрению проекта «Димаксион», то можно увидеть, что выбор сферической формы купола не случаен, так как геометрия архитектурных объектов влияет на энергоэффективность сооружений.
Исходя из МГСН 2.01–99 теплопоступления от солнечной радиации принимаются во внимание при расчёте количества тепловой энергии, а роль солнечной радиации в тепловом балансе здания зависит от многих факторов, одним из которых является форма здания, а сферическая форма даёт наименьшие теплопотери при отрицательных значениях наружного воздуха. Это утверждение подтверждается в работе «Теплоэнергетическая оптимизация ориентации и размеров здания» [2].

На сегодняшний день существует много работ, подтверждающих преимущество круглой, сферической формы, опираясь на эти данные можно обозначить следующие плюсы:

При возведении конструкции здания был обнаружен интересный феномен: форма дома позволяет самоохлаждаться внутреннему воздуху.
После чего был проведён эксперимент, по результатам которого стало ясно, что уже нагретый воздух во внутреннем объёме дома стремился наружу под нижний край купола, а прохладный наружный воздух сильно всасывался через отверстие в апексе.
Сам автор проекта объяснил этот феномен так: «светлый купол и светлая поверхность вокруг купола отражали солнечное тепло, а нагретые воздушные массы, поднимаясь, создавали пониженное давление вокруг нижней части купола, у поверхности из-за которого, воздух из купола высасывался наружу снизу в восходящий поток, понижая давление внутри купола» [2]. Этот эффект позволил с помощью оптимальных со- отношений размеров приточных и вытяжных отверстий и управления ими контролировать температуру внутри дома с точностью до одной десятой градуса.

Инженерные разработки

В рамках проекта в 1938 году проектировщик запатентовал санузел Dymaxion Bathroom, который был направлен на максимально полезное использование имеющейся площади в доме и на удобство применения потребителем при экономии имеющихся ресурсов. Санузел – это самое сложное помещение в доме с инженерной точки зрения, он требует подключение к водоснабжению и канализации и отдельно оснащается вентиляционными приборами, поэтому его разработка была важна для создателя проекта. И первое, о чём он задумался, это форма: этот санузел представлял собой два равноценных объёма и не имел острых углов. Все углы и грани имели минимальный радиус 5 см, что позволяло говорить об обтекаемости формы помещения с высокой степенью влажности.

Санузел был изготовлен как четыре штампованных элемента из нержавеющей стали (или пластика), каждый из которых достаточно мал и лёгок для того, чтобы пара рабочих смогла поднять их на второй этаж по узкой лестнице и пронести в стандартный дверной проём. Все четыре компонента соединяют посредством болтов, что обеспечивает гидроизоляцию. Общий вес санузла составлял 113 кг, но при использовании современных материалов вес можно было снизить до 50 кг.

Компактный объём был проработан с учётом максимальной полезности площади. Конструкция предусматривала высокий уровень гидроизоляции чтобы не было швов и щелей.
Электрические обогреватели вмонтированы в стены санузла, тем самым обеспечивая в нём комфортную температуру и делая воздух более сухим. На полу были отверстия – водостоки, в которые уходила излишнее количество воды. Вытяжки устанавливались под раковиной, что позволяло направленным потокам воздуха прижимать пар и неприятные запахи к полу.

Зеркало размещалось на обратной стороне шкафчика, где оно было защищено от конденсата. Смеситель раковины устанавливался на её внутреннем крае со стороны пользователя, направляя струю в противоположную сторону от человека, а вентили открывания воды были расположены по бокам раковины. Важно было также снизить объём потребляемой воды и найти способы её отведения без канализации, не загрязняя окружающую среду. Архитектор разработал распылитель тумана (водомёт) и пакующий унитаз.
Целью распылителя тумана было максимальное снижения потребления воды. Ещё проходя службу на флоте, Фуллер заметил, что туман с помощью ветра отлично очищает палубу. Это наблюдение легло в основу его разработки. Распылитель тумана – это устройство, подающее струю сжатого воздуха, смешанную с молекулами воды, соотношения воздуха и воды таково, что позволяло существенно экономить воду (на принятия душа уходил всего один стакан воды). Эту установку предполагалось применить не только в ванной, но и на кухне, что было более эффективно при удалении грязи, зачастую не требовалось даже мыла. Но несмотря на свою экономичность, «распылитель тумана» не получил должного признания и не нашёл применения в дальнейшем. Совместно с инженером Доном Муром, Фуллер разработал «пакующий унитаз», который полностью обходился без воды. Идея заключалось в том, что все отходы упаковывались в вакуумные пакеты, и этот процесс был полностью автоматизирован и гигиеничен. Эта технология позволяла уменьшить объём отходов при их временном хранении, а вакуумная упаковка решала проблему с запахами, такой подход предполагал целую систему хранения и использования в дальнейшем отходов, что и послужило основной причиной неприменения данного изобретения.

Выводы

Проектируя купольные дома, архитектор руководствовался созданием таких условий, которые могли изменить привычный уклад жизни человека. Прорабатывая всё до мельчайших деталей, архитектор запатентовал уникальные изобретения, позволяющие изменить привычный быт, проектировал «нового человека», межнационального и берегущего природные ресурсы, грамотно используя их.
Однако, как показало время, его изобретения остались лишь проектными и не получили желаемого распространения, но послужили толчком для появления нового поколения архитекторов.
Бакминстер Фуллер, оттачивая каждую деталь, старался сделать её максимально полезной и удобной, воплощая в жизнь совершенно новый дом, автономный и энергоэффективный.

Татьяна Викторовна Фролова – архитектор, магистр МАрхИ.
Николай Васильевич Шилкин – канд. техн. наук, профессор МАрхИ.

1. Бродач М. М. Теплоэнергетическая оптимизация ориентации и размеров здания. Научные труды НИИ строительной физики. М., 1987. Тепловой режим и долговечность зданий.
2. Гагарин А. 50 лет тому вперёд. Adam Gagarin. 2006.
3. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. М.: АВОК-ПРЕСС, 2002. с. 194
4. Фуллер Р. Б. Your private sky: R. Buckminster Fuller. The art of design science. / Перевод с англ. яз. Т. Фролова. // Edited by Joachim Krausse, Claude Lichtenstein / Zürich. - Lars Muller Publishers, 2001.
5. Bucminster Fuller Institute / Перевод с англ. Т. Фролова. ●