Докато работел като гост-професор в Беневенто в близост до Неапол, Италия, Адриан Бежан забелязал, нещо любопитно в местната архитектура: всички покриви изглеждали еднакви. Прекалено ниски върхове на по-малки, стари сгради, струпани една до друга, което изглеждало, като стил, характерен за онова време.
Или може би древните римски строители са знаели какво правят. Като експерт по термодинамика, движението и преноса на топлина, Бежан — носител на титлата „Дж. А. Джоунс“ и професор по машинно инженерство в университета Дюк — бил идеалният човек, за да потърси научен отговор.
С молив и хартия в ръка, той започнал да изчислява формулите, които управляват топлообмена в два сходни покривни профила: дълъг покрив с триъгълно сечение и конусовиден покрив.
Резултатите, получени в сътрудничество с Пежман Марданпур, доцент по машиинно и материалознание в Международния университет на Флорида, публикувани в списание International Communications in Heat and Mass Transfer, показват, че действително съществуват форми на покриви, които максимизират задържането на топлина — явно старото поколение италиански архитекти е знаело какво прави.
„Въздушните джобове са добри изолатори, а таванските помещения са по същество въздушни джобове с различна форма“, казва Бежан. „Докато днес енергоспестяването е модерен термин, в миналото е било въпрос на оцеляване.“
Формата на покрива — дали е нисък или висок — определя как ще се движи въздухът вътре в него. Ако върхът на покрива (независимо дали е от А-образен тип или конусовиден) е по-нисък от около 90 см, въздухът ще се движи плавно и равномерно — като вода, която се стича по стените на мивка. Но ако върхът е по-висок от 90 см, въздухът започва да се върти хаотично — като дим, развяван от вятъра.
Идеалните пропорции на покрив с максимална енергийна ефективност според физиката.
Адриан Бежан, Университет Дюк
С оглед движението на въздушния поток и топлообмена, ако върха на покрива е по-нисък от приблизително 90 см, той трябва да бъде около три или четири пъти по-широк, за да се минимизират загубите на топлина. И ако връх на покрива е по-висок от 90 см, той трябва да бъде равностранен триъгълник със съотношение на височина към ширина, едно.Вероятно не е изненада, че точно такива съотношения се срещат в безброй стари, скромни жилища по света — включително и в онези, които Бежан видял в южна Италия.„Това прозрение не е трудно за разбиране, но е лесно да бъде пренебрегнато — въпреки че примери има навсякъде“, казва Бежан. „Важно е както студентите, така и преподавателите да се запитат: защо нещата са такива, каквито са? “
Бежан смята, че архитектите от миналото не са прилагали термодинамика в дизайна съзнателно, но формата на покривите не е била случайна. Според него е лесно да си представим как някой забелязва, че къщата на съседа му е по-топла, и започва да копира формата ѝ — отново и отново през годините.
Това е урок, който съвременните архитекти също биха могли да вземат под внимание.
„Днес домовете и сградите се проектират с цел максимална енергийна ефективност“, казва Бежан. „Но доколкото ми е известно, почти никой не взема предвид физическата форма на самата сграда — или дори на обект като автомобил или животно — като променлива, която може да помогне за тази ефективност. А може би трябва.“
Източник:
A. Bejan et al., Why people shape roofs the same way, International Communications in Heat and Mass Transfer (2025). DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2025.108909
0 коментара