7.2. Инженерное использование сада кратко

Инженерное использование сада – это «новый симбиоз природы и техники. В основе концепции проектирования современных зданий лежит идея – что качество окружающей нас среды оказывает непосредственное влияние на качество нашей жизни. Такое выделение социальных аспектов является признанием того, что архитектура и строительство развиваются на основе потребностей людей – духовных и материальных.

Американский ученый Дэвид Орр (David Orr) сформулировал принципы, в соответствии с которыми должно проектироваться и строиться энергоэффективное здание:

•     строительство и эксплуатация здания должны способствовать развитию технологий, связанных с использованием окружающей среды;

•     строительство здания должно способствовать созданию ландшафта, повышающего биологическое разнообразие видов растений;

•     здание не должно «производить» никаких сточных вод, то есть здание должно не только потреблять, но и сливать воду, пригодную для питья;

•     здание должно производить больше электрической энергии, чем использовать;

•     в здании не должны использоваться никакие канцерогенные, мутагенные или вызывающие эндокринные заболевания материалы;

•     энергия и материалы должны использоваться максимально эффективно;

•     здание должно использовать материалы и оборудование, произведенные без ущерба для окружающей среды;

•     строительство и эксплуатация здания должны способствовать развитию экологической компетентности и внимательного отношения к окружающей среде.

Здания замкнутого цикла – это более совершенные, чем энергоэффективные, системы, использующие нетрадиционные возобновляемые источники энергии и не требующие внешних поступлений воды.

Сад как один из элементов инженерной системы

Одно из наиболее активно развивающихся направлений в современной архитектуре – использование садов в здании как одного из элементов инженерной системы. Здесь сады несут не только эстетические, но и иные функции: являются теплоизоляцией, участвуют в процессе очистки сточных вод, включены в систему вентиляции помещений.

Спроектированная Норманом Фостером (Sir Norman Foster) и его студией «Foster and Partners» и законченная в 1997 году Башня Коммерцбанка (далее будет использоваться официальное название «Commerzbank») возвышается в сердце городского финансового квартала Франкфурта-на-Майне, Германия. Здание «Commerzbank» занимает 24-е место в мире по высоте и является самым высоким в Европе.

В нем используется, главным образом, естественное освещение  и естественная вентиляция, имеется атриум, проходящий от уровня земли до самого верхнего этажа, из каждого офиса или части здания открывается вид на город. Спирально по всему зданию расположены зимние сады высотой в четыре этажа – они улучшают микроклимат и создают совершенно иную экологическую обстановку.

Норман Фостер рассматривал растения как нечто большее, чем просто декорацию. Эти великолепные сады являются фундаментальным элементом его концепции. Девять зимних садов по спирали окаймляют все здание; три расположены с восточной стороны, три – с южной и еще три –  западной. В ботаническом аспекте выбраны следующие растения;

•     с восточной стороны – азиатская растительность (астильбе, бамбук, азиатский клен, магнолия, азалия, гибискус);

•     с южной стороны – средиземноморская растительность (тимьян, оливковое дерево, олеандр, лаванда, гранатовое дерево, кипарис, цитрусовые);

•     с западной стороны – североамериканская растительность (клен, мамонтовое дерево – секвойя, дендрон, рододендрон, астра).

Открытые пространства садов высотой в четыре этажа обеспечивают внутренние офисные помещения достаточным количеством дневного света. Кроме того, данные сады могут быть использованы сотрудниками для общения и отдыха – они создают ощущение пространства, а также  являются частью сложной системы естественной вентиляции.

 В этих садах применяются самые новые научные и технические разработки для обретения утраченных связей с природой. То есть в городах, где разрыв с природой наиболее заметен, возможность применения садов как части инженерной системы возвращает среде комфорт, а дома превращает в оазисы зелени и уюта.

Сад как часть зданий замкнутого цикла

Сад является необходимой частью разрабатываемых сегодня зданий замкнутого цикла. Разработка подобных зданий, которые не требуют внешних источников энергии и воды, давно занимает инженеров и архитекторов. Так, в январе 2000 года в Оберлине (Огайо, США) был открыт Центр Адама Джозефа Льюиса по изучению окружающей среды. Пожалуй, самая главная идея в архитектуре и строительстве XXI века – природа как не пассивный фон деятельности человека: может быть создана новая природная среда, обладающая более высокими комфортными показателями для градостроительства и являющаяся в то же время энергетическим источником для систем климатизации зданий.

Поэтому одной из основных инновационных экологических особенностей проекта Центра стал сад с установкой очистки сточных вод Living Machine, усовершенствованной Джоном Тоддом. Разработки подобных установок производились ранее в Европе, в частности в Германии. Living Machine – локальная система очистки сточных вод, которая комбинирует обычные технологии очистки сточных вод и процессы очистки естественных экосистем. «Установка Living Machine выполняет три вида обработки сточных вод: удаление органических загрязнений, дезинфекция и удаление или снижение концентрации в воде таких веществ, как азот и фосфор, которые могут нанести ущерб окружающей среде. Органические загрязнения разлагаются при помощи солнечного света и управляемых органических процессов, в которых используются живые организмы – бактерии, растения, зоопланктон и беспозвоночные. В зависимости от климата установка Living Machine может быть размещена в защищенной оранжерее, под легким укрытием или на открытой площадке. В отличие от традиционных систем очистки при работе установки не выделяются неприятные запахи, что позволяет поместить ее в непосредственной близости от помещений.

Установка очистки сточных вод Living Machine Центра Адама Джозефа Льюиса использует систему, включающую микробы, растения, улиток и насекомых. Традиционные методы химической очистки сточных вод при этом не применяются. Производительность этой установки составляет около 10 тыс. литров сточных вод ежедневно. Обработанные установкой сточные воды возвращаются и повторно используются в качестве непитьевой воды, например, в туалетах.

Рисунок 1. Рисунок здания с указанием основных энергоэффективных мероприятий: 1 – солнечные батареи (фотоэлектрические панели); 2 – геотермальные скважины; 3 – окна с высоким сопротивлением теплопередаче; 4 – установка очистки сточных вод «Living Machine» (источник: National Renewable Energy Laboratory)

Но есть, помимо перечисленных достоинств, еще и художественный эффект. Основная часть установки размещена в оранжерее, смежной с атриумом и аудиторией на 100 мест. Сточные воды пропускаются через ряд биологических сообществ, населенных микроорганизмами, которые помогают снизить уровень органических загрязнений, а также азота и фосфора. Вода проходит очистку  в нескольких специальных отстойниках. 

После отстойника вода поступает в искусственное болото, расположенное в оранжерее На полу оранжереи размещена гравийная подушка толщиной 91 см. Камни и корни растений, таких как осока, ирисы и тростник, обеспечивают среду обитания для денитрифицирующих бактерий. Гравий и органические вещества также удаляют и осаждают часть фосфора, содержащегося в воде. Вода сочится с восточной стороны оранжереи в западную, где собирается и направляется в наружный сборный резервуар.

Очищенная вода из наружного сборного резервуара по мере необходимости поступает в ультрафиолетовую дезинфекционную установку. Под действием ультрафиолетовых лучей уничтожаются болезнетворные бактерии. Очищенная и продезинфицированная вода закачивается под давлением в герметичный резервуар, откуда и используется в случае необходимости.

На участке площадью 28,33 га, принадлежащем Центру, расположены также сады для выращивания сельскохозяйственной продукции, места для отдыха и прогулок, размещены болота и водоем, позволяющие собирать дождевую воду для использования в целях ирригации. Планируется в дальнейшем использовать часть этой воды для водоснабжения здания.

Размещение растений вокруг построек Центра не случайно. Как показали исследования архитекторов, у людей разных эпох и национальностей понятие Рая устойчиво ассоциируется с образом сада. Следовательно, чтобы поднять качество жилья, надо поместить его в саду, а в северном климате желательно дополнительно устроить зимний сад в доме.

Растения в доме могут улучшать гигиенические условия, эстетические качества жилища, они могут плодоносить и приносить урожай, причем далеко не символический. Экологический жилой дом должен предоставлять своим обитателям большие возможности для занятия растениеводством как в доме, так и на прилегающем участке. В нем могут располагаться пристроенная теплица и зимний сад, возможны и специальные биокультивационные установки для круглогодичного выращивания овощей, съедобных водорослей и т.д.

Таким образом, принцип использования сада как основной составляющей нового поколения зданий показывает, что сады теперь играют в архитектуре не только эстетическую, но и серьезную практическую роль. Это, в конечном итоге, улучшает экологию здания, создает комфортные условия для жизни и работы людей, повышает само качество жизни  [1].