Во время работы в итальянском городе Беневенто Адриан Бежан, профессор Дьюкского университета, расположенного в Северной Каролине, обратил внимание на необычную особенность местной архитектуры: крыши старых домов имели схожую форму. Их пологие скаты и невысокие коньки показались ему не просто данью традиции, а возможным свидетельством древнего инженерного мастерства. Будучи специалистом в области термодинамики и теплопередачи, Бежан решил проверить, действительно ли эти конструкции обладают преимуществами с точки зрения энергоэффективности.
Вместе с коллегой Пежманом Марданпуром он провел математический анализ, сравнив два типа крыш — классическую треугольную и коническую. Результаты, опубликованные в Tech Xplore, подтвердили догадку: определенные пропорции крыш действительно минимизируют потери тепла. Оказалось, что если высота конька не превышает трех футов (около 90 см), то оптимальное соотношение ширины к высоте должно составлять 3:1 или 4:1. В случае более высоких крыш наилучшим вариантом становится равносторонний треугольник.
«Чердачное пространство — это, по сути, воздушный карман, а воздух — хороший изолятор, — поясняет Бежан. — Сегодня энергосбережение считается трендом, но в прошлом это было вопросом выживания. Люди эмпирическим путем находили решения, которые мы сейчас подтверждаем расчетами».
Ученые объяснили, что при высоте конька менее трех футов воздух внутри чердака движется плавно, равномерно распределяя тепло. Если же крыша выше, поток становится турбулентным, что увеличивает теплопотери. Именно поэтому в старых домах, построенных в холодных регионах, чаще встречаются невысокие крыши с широкими скатами — они лучше удерживают тепло.
Интересно, что подобные пропорции можно найти в традиционной архитектуре по всему миру. Это наводит на мысль, что древние строители, не зная законов термодинамики, методом проб и ошибок находили оптимальные решения. «Вряд ли они проводили сложные расчеты, — говорит Бежан. — Скорее, они замечали, что одни дома теплее других, и копировали удачные конструкции».
Бежан отмечает, что сегодня энергоэффективность зданий часто достигается за счет дорогостоящих материалов и систем, тогда как сама форма сооружения редко рассматривается как ключевой фактор.
«Архитекторы стремятся к визуальной эстетике, но не всегда учитывают физику, — говорит ученый. — Между тем, форма здания может значительно влиять на его энергопотребление. Возможно, нам стоит чаще оглядываться в прошлое, чтобы строить более устойчивое будущее».
По словам Бежана, понимание того, как форма объекта влияет на теплопередачу, может привести к созданию более эффективных технологий.
