Bioklimatsko projektovanje

Frank Lloyd Wright- Fallingwater house

1.Uvod elimo da jedno od najpoznatijih dela savremene arhitekture posmatramo kritiki i udjemo u analizu, kako bi pokazali dobre i loe strane ovog objektaKua na vodopadima je olienje organske arhitekture. Koncept je osmislio i primenio na mnogim svojim delima Frank Lloyd wright. Kako je sam Wright definisao, organska arhitektura prua harmoniju izmedju ljudi i prirode. (Sl. 1) Tokom promiljenog dizajniranja koje se perfektno uklapa u prirodno okruzenje, kuca, nametaj u njoj, i okolina postaju delovi neraskidive kompozicije.

Slika 1. Fallingwater house2. O objektu

FallingwateriliKua na vodopadima, izvornoKua Kaufmann, jekuakoju je projektiraoamerikiarhitektaFrank Lloyd Wright1935.godine u ruralnom deluPensilvanije(Mill Run,Fayette County), 69 km jugozapadno odPittsburgha.Moderan dom, izgraen delom iznad slapa reiceBear Run, je odmah po nastanku proglaen za Wrightovo najlepe delo. Graevina izgradjena od 1935.-37. god. Od tada, sve do 1963. godine,Fallingwater je sluio kao vikendica porodici Kaufmann. God. 1964. je pretvorena umuzejkoji je do danas posetilo vie od 4 miliona zaljubljenika u modernu arhitekturu.Glavna kua koristi 5.330 kvadratnih stopa. 2885 sq ft enterijer, 2445 sq ft terase. Dok pansion koristi 1.700 sq ft-a.Wright je eleo da ostvaranjem jedinstvene i organske kompozicije ogranii na paletu boja u slapova. Samo dve boje su koriene prilikom gradnje: svetlo oker za beton i njegov potpis Cherokee crveno za elik. PPG Pittsburgh Boje radio na razvoju eko-friendly boje koja e izdrati ekolokim izazovima. Oni su takodje stvorili niz boja inspiriranim zgradom i okolinom. Predvidjena cena kostanja objekta je bila US$35.000 ali je ta cena premaena. Konana cena je bila US$155.000, od cega je samo kua kotala $75.000, zavrni radovi i opremanje jos $22.000. Gostinjska soba i blok za poslugu $50.000 i plata aritekte $8.000.

3. Analiza prostorno - vremenskog konteksta u kome je objekat nastao

Objekat je nastao sredinom 30. godina XX veka u Americi i kao takav pripada internacionalnom stilu gradjenja. Formu ove kue pre svega formiraju pravilni geometrijski oblici. Na fasadama dominiraju armirani beton, staklo i elik. Nastojanje je bilo da enterijer bude sto bolje osvetljen.

3.1. Teren, vegetacija, okruenje

Veliko more untar kontinenta koje je prekrivalo jugozapadnu Pensilvaniju pre 600 miliona godina je ostavilo znatne koliine sedimenta, koji se kasnije stvrdnuo u sedimentne stene koje se mogu videti oko kue. Uticaj erozije vode na sedimentne stene je napravio ivopisan teren sa dosta kaskada, na kojima se formiraju vodopadi.Osim raznolikog biljnog ivota, klima i topografija iznedrile su razne tipove uma koje su karakteristine za tu regiju. Appalachian hrastova uma je dominantna umska vrsta u celoj Pensilvaniji. Najee se nalaze na terenima umereno siromanim i siromanim kiselinama. Ta uma se obino nalazi na platoima visoravni i junim padinama brda, a ujedno je i tip ume koji okruuje kuu na vodopadima.Mesi ume su najrazliitija vrste uma koje se mogu nai u Pensilvaniji. One nastaju u malim depovima oko hladnih planinskih potoka, poput Bear run-a, na strmim usecima i na padinama koje uglavnom susreu sever i zapad. Okolina je vlana i neto je hladnije nego to su Appalachian hrastove ume.Ideja porodice Kaufman je bila da kua bude smetena pored vode, kako bi se pogled pruao na vodopad, ali je sam teren na kom je kua trebala biti izgradjena, pesak, kamenje i stene, inspirisao Wright-a, da kuu premesti na samom vodopadu. Premetanjem kue iznad vodopada Wright stvara jedan od najprepoznatljivijih objekata moderne arhitekture.Fallingwater se nalazi u jugozapadnoj Pensilvaniji, planinskom kraju Laurel, na oko 90 minuta od centra grada Pittsburgha. Kua se nalazi uz PA rutu 381 izmeu sela Mill Run i Ohiopyle. To je oko 19 km juno od izlaza Donegal (izlaz # 91) iz Pensilvanijskog okretita (I-76) ili 10 km severno od US Route 40.Slika 2. Teren i vegetacija

3.2. Klimatski usloviPitsburg pripada u umereno-kontinentalnoj klimatskoj zoni sa nekim karakteristikama vlane suptropske klime. Gradske i rene doline u ovom podruju imaju etiri razliita godinja doba : zime hladne , oblane, umereno snene, prolea i jeseni generalno blage, sa umerenim nivoima sunca, i letima toplim i vlanim. Mereno procentima moguceg suncanog svetla, leto je daleko najsunanije godinje doba.Najtopliji mesec u godini u Pitsburgu je jul , sa 24- asovnim prosekom od 22.6C. Vlaznost vazduha je visoka , a u kombinaciji sa temperaturom koja postize 32 C u proseku 9,5 dana u godini , veoma je sparno. Pittsburgh ima u proseku 112 dana sa niskom ili ispod proseka niskom temperaturom. Padovi od -18 C ili nie, mogu se oekivati u proseku 2,6 nocenja po godini. Prosena godinja koliina padavina je 970 mm . Ukupna koliina padavina je najveca u maju, dok najmanje u oktobru. U proseku, decembar i januar imaju najveci broj dana sa padavinama. Sneznih padavina u proseku ima 105 cm po sezoni. U proseku od 59 dana sa snegom, 103 oblanih dana u godini, dok su 203 dana su sunana.

4. Prostorna organizacija prostorija u objektu

Slika 3. Osnove objektaProstorije u kui su grupisane i podeljene na osnovu funkcije. Kuca je jasno podeljena na blok za spavanje i blok dnevnih aktivnosti. U prizemlju objekta se nalaze dnevna soba, sa trpezarijim, kuhinja i prostor namenjen zaposlenima. Dnevna soba ima svoje terase sa kojih moze da se udje ili izadje iz objekta. Na prvom spratu su smetene dve spavae sobe, sa prateim prostorijama, kao i garderoba zaposlenih, koja je povezana sa kuhinjom preko stepenica. Svaka soba ima svoju terasu. Radna soba, kao i jos jedna spavaa soba su smestene na drugom spratu kue. U blizini glavnog objekta smeten je gostinjski blok sa garazom. Isto kao i kod glavnog objekta uoljiv je raspored prostorija u odnosu na bioritam coveka. Dnevna soba i perionica su smetene u prizemlju, dok su spavae sobe na spratu.

Slika 6. Osnova prvog sprataSlika 5. Osnova prizemlja

Slika 8. Presek i objekat u akosnometrijiSlika 7. Osnova drugog sprata 5. KonstrukcijaOsnovni statiki sistem koce na vodopadima je konzola. Tri horizontalne ploe od armiranog betona formraju tri sprata kue imitirajui prirodne stene koje vire iznad Bear Run-a. etiri stuba su usidrena u stenu ispod prizemlja i oni se ponaaju kao oslonac za kuu. Kontrabalansna teina zadnje, ili severne strane kue omoguava celoj konstrukciji da stoji sprei kuu da upadne u potok.Fallingwater nije prva Wrightova kua iji je statiki sistem konzola. Od njegove prerijske kuce, on je nastojao da rastavi ukockanost soba i kuca, a uklanjanjem noseih elementa stvorio je atmosferu slobode i odmora.U manjoj meri, drvena konstrukcija je mogla postii ovo, ali za veoma smele konzole na Fallingwater-u, Wrightu je potreban materijal koji bi mogao i da premosti velike raspone, ali i da ima dobru nosivost. Wrightov primarni izbor bio je armirani beton.5.1. Konzolni armirano-betonski nosai

Velike i otre litice stena koje su bile izloene vodopadu, sugerisale su Wrightu mogunost da slino izduene i hrabro proporcionisane podne jedinice osloni konzolno, oslanjajui ih na slian nain kao stene. Iako je armirani beton krenuo da se koristi tek krajem 19. veka, Wright je jako dobro razumeo sve njegove prednosti i mane.Nosai su dizajnirani kao dvostruki ram sa okrenutim ivicama, tako da daju dodatnu krutost celoj konstrukciji. Podovi se oslanjaju na pregradne zidove, koji se diu iz niskih strukturnih ploa. Jedan nosa deluje kao ploa za jedan sprat, a plafon za drugi. Sve betonske ploce, podova i krovova su usidrene konzolno u stene, na lokaciji, formirajui tako unutranji prostor koji se lako sjedinjava sa spoljanjim prostorom.

5.2. Vertikalno jezgro

Slika 9. Vertiklano jezgroOdabirom velike stene naznaene na karti kontura, Wright projektuje oko nje potporni zid kao strukturu koja, iznutra i spolja, deluje i slui kao jezgro objekta. Wright je osmiljavao veinu svojih kua oko sredinjeg jezgra koje je ukljuivalo kamin. Ovde je jezgro ukljuivalo ognjite i dimnjak i najvii je element glavne kue. Jezgro diktira stil kamena u celoj kui. Ravne kamene ploe, vadjene iz samog brda pored kue, polau se u nepravilne horizontalne slojeve tako da lie okolnim stenama. Obmotan oko 3 vertikalne sobe, zid ima izdrljivost zahvaljujui ovom obliku. On nosi ne samo dimnjak dimovodne cevi iz svakog sprata, ve i mnoge cevi i kanale koje koriste gornje sobe i hodnici.

5.3. Zidani nosai

Veliki kameno jezgro takodje stabilizuje konzolne ploe. Drugi kameni zidovi u celoj kui deluju neto drugaije. Oni ne prodiru kroz ploe do zemlje, ali slue da razmaknu dve ploe, prenose teine i spreavaju uvrtanje ploa. To su betonski kablovi koji su osnovni strukturni elementi, irei se kroz okomite kamene zidove gotovo posvuda. Na taj nain, Frank Lloyd Wright je naglasio sliku kue sastavljene uglavnom od horizontalnih kablova ponavljajui gole stene u nastavku, uspostavivi jedinstvo razmera i oblika - arhitektura i priroda odgovaraju.

5.4.Rekonstrukcija noseih elemenata

Porodica Kaufman, a kasnije organizacije Zapadne Pensilvanije su pokuavale da zakrpe pukotine na glavnoj terasi, koje su se javile prilikom izgradnje. Pukotine su se iznova otvarale.U okviru priprema za farbanje kue sredinom 1990-ih godina VPC je zatraio da se analizom glavne terase nadje reenje za pukotine koje se javljaju. Ova analiza, i dve naknadne studije su pokazale da glavna terasa prenosi svoje optereene na prizemlje preko elinih nosaa prozora dnevne sobe, na jugu. Studije su takodje pokazale da je prizemlje nedovoljno ojaano elikom da nosi sopstvenu teinu kao i optereenje glavnih terasa iznad.

Slika 10. Rekonstrukcija Merenja koja su u to vreme radjena, pokazala su da je glavni konzolni nosa, kao i drugi nivo iznad nje deformisan ak za 7 incha, i jos uvek se deformisao. 1997 godine su postavljeni privremeni podupirai, a trajno reenje za ovaj veliki problem nije nadjeno.2002. godine nekoliko gradjevinskih ekipa je uklonilo pod dnevne sobe i ugradilo spoljne kablove za prenaprezanje na neke od glavnih i sekundarnih nosaa kako bi poboljali njihovu vrstou pri pritisku. Prenaprezanje je izazvalo podizanje same kue od pola ina, tako popunjavajui istorijske pukotine. Pod dnevne sobe je bio vraen u prvobitno stanje i danas popravka ne moe da se vidi.

6. Odabir materijala ( kamen, beton, celik, staklo)

Materijali odabrani za kuu na vodopadima su izabrani sa duom i namera je da predstavljaju rustian karakter samog mesta gde se kua i nalazi. Kamen poreklom iz Postvilske peare je lomnjen na samom placu i polozen je grubo da imitira prirodni kameni sloj. Ovaj sloj tucanika spaja kuu sa svojim okruenjem, i ini je da izgleda kao da raste iz prirodne stene na vodopadu. Za razliku od tekog kamena armirane ploe izgledaju meko i toplo. Armirani beton se ne smatra prirodnim materijalom, ali njegova oker boja odgovara boji suvog lisa. Kao dodatak zaobljene ivice betona na parapetima odaju utisak plastinosti, ili sposobnosti betona da se u svom tenom stanju izliju.elik je od sustinske vanosti za vrstinu betona i on gradi skelet koji je vidljiv na celoj kui u vidu ograda, ramova i prozorskih elemenata. Wright je izabrao iroke crvenu boju, koju su ameriki domorovci koristili za metalne lonce. Boja je vatrena i podsea na samu srz zemlje, koja je i poreklo metala.

Slika 11. Fasade- materijaliProzirno staklo koristi kao povrine zidove koje nisu pokrivene niim drugim, to omuguava da spoljani ambijent nesmetano ulazi u unutrasnjost objekta. U odredjenom delu dana staklene povrine postaju veoma reflektivne kada se gleda spolja i ponavljaju reflektujue mirne vodene bazene. Nou se ini da stakla nestaju.

6.1. Staklene povrine, ekrani

Slika 13. Staklene ploeSlika 12. Staklene ploeProstor kue na vodopadima je genijalno raznolik, ureen i osvetljen, ali zahteva zatitu od vremenskih nepogoda. Sa zadnje strane kua se suoava sa liticom i oklopljena uglavnom kamenom. Oko kupatila, drveni stubovi i gipsani zidovi. Na svim drugim mestima, Wright koristi prozirne staklene ploe (Sl.12), elegantno uokvirene tankim metalnim ramom, ili na nekim mestima ih postavlja direktno u zid. (Sl.13)Tanki metalni ramovi, kosi, zapeaeni ugaoni prozori, pruaju neni veo izmeu zatvorenog i otvorenog prostora.

Zahvaljujui njihovom elegantnom dizajnu, ovi elementi se ine kao da se konstantno ire. Uklapa se u brdo i protee se preko pada kao da je oduvek na tom mestu. Unutar nje, podruja za drutveni ivot, privatnost i usluge su jasno razdvojena, ali i jednostavno povezana.

Slika 14. Stakleni ekrani

7. Zagrevanje, hladjenje, ventilacija

Tokom 1930-ih godina su krenuli da se koriste sistemi podnog grejanja kao primarni sistem za zagrevanje kue, koristei infracrveno zraenje kako bi zagrejali prostor. Sistem prenosi toplotnu energiju iz tenosti na samu konstrukciju tj. unutranje obloge kue, Glavne komponete ovog grejnog sistema su pe, rezervoari, pumpe, cevovodi i toplotna masa kao to je beton. Bojleri su omogucavali da se u tenost doda antifriz, i da se takva smea distributira kroz objekat. Prekidi cevovoda su omoguavali da se smea kontrolie, po potrebi zagreva i hladi.Prilikom prolaska tenosti kroz objekat, toplota se preko cevi prenosi na masu koja e zraiti toluotu u objekat. Ovaj sistem se moe koristiti isto kako bi se temperatura u objektu smanjila, Predpostavlja se da se objekat hladi pasivnim sistemom hladjenja. Psivno hladjenje je oblik prirodne klimatizacije, gde sve vazduh cirkulie kroz prostor, tako menjajui topao vazduh, sveijim i hladnijim.Relativna magnituda ukupnih sati u grejanju i hladjenju je 2:1. Za kuu na vodopadima za zagrevanje je potrebno oko 87 kWh, dok za hladjenje oko 47 kWh. Glavni razlog za ovo je razlika u broju meseci u kojim se greje i u kojima je potrebno hladjenje.

Slika 15. ema ventilacije, zagrevanja i hladjenja7.1 Termalna masa

Slika 16. Funkcionisanje termalne mase letiSlika 17. Funkcionisanje termalne mase zimiBeton, kamen, zemlja, ali i voda imaju visoki stepen akumulacije toplote i stoga su najpogodniji za izradu ovakvih grejnih elemenata. Mogu se izvesti kao zidovi usmereni ka jugu (na severnoj hemisferi) ili severu (na junoj hemisferi), direktno izloeni sunevom zraenju, ili iza prozora, a takoe se mogu izvesti i kao podne obloge, koje se zagrevaju sunevim zraenjem.

Slika 19. Otvori na junoj fasadiBetonski, kameni ili zidovi od opeke, okrenuti ka strani koja je najvie izloena suncu u toku godine, sluie da tokom dana akumuliraju toplotu, kako bi je tokom hladnijih noi emitovali u prostorije. Ovaj prenos ne mora biti direktan, ve se moe koristiti ventilacioni sistem, ili koristiti prirodna osobina vazduha, usled koje se topliji vazduh podie, a hladniji sputa. S druge strane, ako su i noi tople, treba omoguiti da se putem ventilacije viak toplote emituje spolja, a ne unutra. U podnebljima u kojima vladaju velike vruine, najbolje je iskoristiti ovaj efekat tako to e se izraditi debeli, masivni zidovi, koji e akumulirati svu spoljanju toplotu, ali je nee emitovati unutar objekta. Betonski zidovi deblji od 15 cm ne sprovode toplotu sa jedne na drugu stranu, tako da pruaju jednu vrstu izolacije. Viak toplote, akumuliran u toku dana, zidovi emituju u okolnu.

Slika 20. Otvori naistonoj fasadiSlika 21. Otvori na jzapadnoj fasadiSlika 18. Otvori na severnoj fasadi

8. Zakljuak

Frank Lloyd Wright, je predvideo da su dva dominantna i usko povezana problema sa kojima se svet danas suoava, sa jedne strane, nedostatak i nesigurnost u snabdevanju energijom i sa druge strane, zagadjenje ivotne sredine i klimatske promene kao posledica prekomerne potronje energije. Sama prostorna organizacija soba untar objekta usmerava korisnike da ive ivot u skladu sa ekologijom prirode, da prate ivotne bioritme i nastoje da uivaju u miru ume i umu vode.Konzolna konstukcija je omoguila uklapanje u okolinu i realizaciju ideja da kua ostavlja utisak kao da lebdi iznad vode.Da bi materijali imali karakteristike potrebne za gradnju ekoloki opravdanih kua, oni moraju da imaju tano odreena svojstva. Materijali moraju da se usaglaavaju sa okolnom prirodom, a ne da je naruavaju. To je jedan od razloga odabira materjala na kui na vodopadima.Moe se re da je posedovala najsavremenije sisteme za hladjenje i grejanje, a svojim pametnim dizajnom Wright je obezbedio i dobru prirodnu ventilacijuZa ovi kuu se moe rei da, pre svega, koristi sistemtermike mase. Kako bi se solarna energija iskoristila, a njena unutranjost bila maksimalno osvetljena, kua jepravilno orjentisana.