CC BY
207
Вісник ПДАБА
АРХІТЕКТУРА
УДК 001.18:631.151.61:632.931(477.63)
КОНЦЕПЦИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЭКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ АГРОФЕРМ В ПРИДНЕПРОВЬЕ
О. С. Шило, ст. препод., Е. А. Билушенко, магистр
Ключевые слова: динопоника, аэропоника, фермы, архитектура, градостроительство, организация
Постановка проблемы. Современные полеводческие направления сельского хозяйства опираются на интенсивные и экстенсивные методы освоения территории, на основе применения севооборотов, ведущих к истощению и химическому загрязнению почв. В итоге территория любого региона в визуально-потребительском аспекте представляют собой систему полей для выращивания различных агрокультур. Иными словами - систему антропогенных ландшафтов заместили ландшафты природные. Антропогенные ландшафты существуют только при поддержке со стороны человека и быстро исчезают, когда поддержка прекращается. До середины 90-х годов ХХ века человечество мирилось с подобной ситуацией, понимая её опасность. Земля же рисковала утратить свои естественные экоценозы.
Однако к концу ХХ века появились технологии, позволяющие перейти на новую парадигму выращивания растений для производства продуктов питания. Суть парадигмы в том, что настало время помочь природе вернуть утраченные позиции, то есть отказаться от прежних сельскохозяйственных полей с монокультурами и уступить занятые ими территории вновь возрождающимся природным экосистемам (луговым, лесным и другим). Таким образом, впервые в истории человеческого сообщества появляется возможность увидеть Природу в её первозданном, чистом виде, поскольку новые технологии агропроизводства разработаны в режиме 100 % отсутствия какого-либо негативного воздействия на окружающую среду и человека. Более того, они обладают потенциалом компактного присутствия в пространстве и управляемой высокой продуктивностью растений, пищевые характеристики которых по ряду позиций тоже выше, чем у растений, выращенных на открытом грунте.
Наиболее значительными технологиями подобного типа являются аэропоника и динопоника; компромиссной версией является технология пермаландшафтов.
Первые две технологии базируются на полном отказе от использования почв. Это позволяет начать поисковые работы по созданию архитектурно-градостроительного образа и объемно-пространственного решения новых типов ферм, не опирающихся на землю или имеющих минимальные сопряжения с грунтом.
Пермоландшафты сохраняют связь с почвой, используя ее, как и в прежних севооборотах, в качестве природной базы для выращивания растений. Однако принципиальным технологическим и визуальным отличием такого подхода будет не формирование полей с монокультурами (полей пшеницы, полей ржи, и т. д.), а создание полей, визуально не воспринимаемых полями за счет того, что расти здесь будет до 10 - 30 видов культурных растений одновременно и вперемешку друг с другом, что вызовет иллюзию естественного луга. Разумеется, это по-прежнему не природный ландшафт, присущий данному месту, но это и не монокультурный агроландшафт в виде прежних полей.
Цель работы. Определить пути формирования архитектуры вертикальных агроферм, использующих технологии аэропоники и динопоники.
Задачи исследования:
1. Оценить архитектурно-градостроительный потенциал новых агротехнологий.
2. Определить вероятностные подходы к объемно-пространственной композиции динопонных и аэропонных ферм.
3. Предложить градостроительные принципы размещения указаных ферм.
Экологизация мышления в области региональной планировки и градостроительства хоть и
развивается, но этот процесс идет медленно. Сказывается нехватка комплексных исследований по различным аспектам объективного, природного взаимодействия ландшафтов и
50
№ 10 жовтень 2011
планировочных структур.
В перечне позиций, подлежащих учету при проектировании путей взаимодействия так называемых Первой и Второй природы, существует позиция, требующая при любом антропогенном вмешательстве в ландшафт безусловного сохранения в последнем объективных механизмов приема, переработки и дальнейшей передачи вещества, энергии и информации.
Строго говоря, отсюда следует парадоксальный вывод: чтобы себя прокормить и одеть, надо не деструктурировать природу. Не вторгаться в нее. Монокультурные агроландшафты -абсолютное разрушение природы. Пермоландшафты - возвращение природы, но не полностью по природным схемам. Фермы на основе аэропоники и динопоники - абсолютное возвращение Природы Природе. Впервые за тысячи лет эволюции цивилизации, начавшей поиск рукотворных путей обеспечения себя растительной пищей с подсечно-огневого земледелия -первой исторически известной модели уничтожения природы, появилась возможность не разрушать естественную среду нашего обитания. Выращивание растений без использования почв - технологический прорыв, несущий новые возможности и в области архитектуры и градостроительства. Если почвы утрачивают роль носителя агрокультур, то эти агрокультуры можно выращивать в искусственных сооружениях, имеющих малую площадь опирания на землю или не имеющих опирания вообще (в вертикальных фермах). Земле же предоставляется шанс воссоздать естественный облик ландшафтов. Это один из постулатов использования территорий в программе экополис «Днепровские пороги» на участке речной долины Днепра между Днепропетровском и Запорожьем.
Таким образом, объективный переход на возвышающиеся над землей вертикальные фермы - оправданный шаг вперед. Это решение многих эколого-градостроительных проблем в контексте использования “зеленых технологий”, набирающих все больше сторонников на планете.
Предполагается, что такие экофермы будут энергетически независимы благодаря использованию солнечной и ветровой энергии, а значит полностью автономны в вопросах привлечения энергетических ресурсов, что повлечет за собой значительный экономический эффект.
Аэропонные и динопонные агрофермы будут подобны аэростатам или дирижаблям, зависшим над землей на регулируемой высоте, либо они будут прозрачны и при необходимости получат светопоглощающие покрытия, превращающие такие комплексы в почти невидимые.
Вертикальные агрофермы оснастят системой сбора и очистки воды, переработки углекислого газа и отходов, что даст возможность использовать еще один источник безвозмездной энергии - биогаз. Они будут иметь сверхлегкие и гибкие конструкции, которые могут быть использованы при установке дополнительных юнитов, что, в свою очередь, даст возможность расширять вертикальное фермообразование.
Это относительно новое веяние в архитектуре по праву требует внедрения последних достижений научно-технического прогресса в сфере строительных материалов, использования потенциала нанотехнологий.
Наиболее вероятностный материал для висящих в воздухе динопонных и аэропонных ферм - полимерные пленки и прозрачные пластики с так называемой внутрипленочной молекулярной арматурой, выполненной на основе нанотехнологий. Квадратный метр такой пленки имеет память молекулярной структуры и память формы пленки. Проткнуть её невозможно. Разрезать - тоже. Один квадратный метр пленки удерживает на себе до 70 тонн полезной нагрузки (растений и оборудования для их удержания, питания, контроля и т. п.).
Для вертикальных ферм, опирающихся на поверхность земли, предлагается использовать радикально новый материал - Lucem.
Lucem - это комбинация стекловолокна и мелкозернистого бетона. Всеобщее представление о бетоне изменится.
Благодаря многочисленным оптическим волокнам Lucem является полупрозрачным материалом, позволяя играть светом и тенью. Бетонный блок, сквозь который видны очертания предмета, находящегося по другую сторону, кажется невесомым. Однако комбинация бетона со стекловолокном нисколько не сказалась на прочности исходного материала. Небольшой размер оптических волокон, входящих в состав Lucem-а, делает однородной не только внутреннюю структуру блока, но и его внешнюю поверхность. Толщина блока может быть весьма внушительной, без ущерба для своих уникальных свойств, так как стекловолокно в составе бетона способно проводить свет на расстояние более 20 метров.
51
Вісник ПДАБА
Используя его при строительстве зданий, можно естественным образом осветить изначально глухие помещения, такие как технические коридоры, бытовые комнаты персонала и др. А в случае применения блоков из светопроводящего бетона совместно с системой фасадных креплений возможно создание вентилируемых фасадов с внутренней подсветкой.
Примечательно, что "прозрачный" бетон так же прочен, как и традиционный.
Существуют и другие материалы, которые предлагается использовать при создании архитектуры динопонных и аэропонных ферм.
Например, ученые смогли создать материал, который имеет много общего с драгоценными камнями, хотя представляет собой прозрачный алюминий. Он не является металлом. Это разновидность оксида алюминия, наночастицы которого спекают при очень высокой температуре. Прочность такого материала в три раза выше, нежели у самых качественных сортов стали.
Фантастическое по своим свойствам вещество - энергетический сорбент d3O представляет собой гель, который меняет свою плотность в зависимости от внешних факторов. Благодаря его пластичности можно формировать комки этого вещества.
Однако при ударе по нему d3O мгновенно затвердевает, приближаясь по плотности к твердым горным породам. Нагревание приводит к такому же результату.
Графен - это вещество представляет собой обычный углерод, атомы которого соединены в гексагональную двумерную кристаллическую решетку. Этот материал обладает отличной механической жесткостью и хорошей теплопроводностью. Его проводимость делает его перспективным материалом для использования в различных сферах промышленности.
Еще более интересным образом атомы углерода размещены у фуллерена. К нему относится так называемый "наноклей", позволяющий склеить буквально любые материалы, а порвать или поломать заклеенные элементы в месте склейки практически невозможно.
Одним из прочных изоляционных материалов является аэрогель. Это вещество всего в три раза тяжелее воздуха и на 99,98 % аэрогель состоит из воздуха, плавится при очень высокой температуре и обладает рядом интересных свойств.
И это лишь часть разработок, которые годятся для рассматриваемых вертикальных ферм.
Рис. 1. Авторская версия вертикальной фермы для экополиса «Днепровские пороги»
Касаясь вопросов размещения инженерных систем, отметим следующее: кроме полного отказа от централизованной системы энергоснабжения, появляется возможность отказаться от внешнего водоснабжения и прочих сетевых инженерных услуг за счет внедрения нано- и
52
№ 10 жовтень 2011
других инновационных технологий во всех направлениях строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
Например, нанесение нанофотогальванической краски, так называемых «чернил», на стены ферм, превращают поверхность этой стены в персональную электростанцию. При этом решении мы сможем питать энергией не только агрофермы, но и жилища в том числе. А также можно использовать углеродные нанотрубки. Эти уникальные трехмерные солнечные элементы, которые захватывают почти весь падающий свет, смогли повысить эффективность фотоэлектрических систем, одновременно уменьшая их размер, вес и механическую сложность. Для удержания тепла стены покрываются либо аэрогелем (который на 99 % состоит из воздуха, пропускает свет, но не пропускает тепло), либо полиэфирным волокном (это особый вид холодного льда с температурой -78°С) в окружении аэрогеля (не пропускающего ко льду тепло, а заодно и гасящего любое пламя с температурой до 1600°С, то есть снимающего проблему опасности пожаров навсегда), который уменьшает уровень выбросов в атмосферу. Большая часть этих фотогальванических элементов состоит из двух слоев силикона, проложенных между двумя металлическими пластинами. Верхний слой силикона содержит больше электронов, чем нижний, возникает разница зарядов и, как следствие, электрическое поле.
Пучки света от солнца, так называемые фотоны, расшатывают часть электронов, которые выстреливают из силикона к металлическим пластинкам, вырабатывая электричество.
Оптимизация температурно-влажностного режима обеспечивается специальными техническими следящими сенсорными устройствами.
Возможно, в ближайшем будущем научный прогресс наряду с нанотехнологиями позволит создать иллюзию надземного поселения, которое станет "невидимым" - оно превратится в некую живую природную композицию, внутри которой размещаются любые виды растительности. Поселение, совмещенное с фермой, - одно из направлений поиска архитектурного образа таких объектов. В мире уже существует несколько вариантов реализации подобных структур, и все они работают, "заставляя" видимые лучи огибать препятствие, встречаясь на другой стороне. Правда, один из "плащей-невидимок" просто передает "картинку" с одной стороны на другую посредством миниатюрных кинокамер, что позволяет стать сооружению как бы прозрачным. Поселение-ферма по организации производства не похоже на ферму как таковую. Визуально оно выглядит как поселение-сад. Однако данный подход не исключает создания все тех же вертикальных ферм для выращивания агрокультур. С градостроительной точки зрения такие фермы способны подчеркивать рельеф местности и играть роль «маяков-доминант», меняющих высоту. Это будет похоже на мегаколбы необычного вида. «Колбы» можно сгруппировать с помощью воздушных мостов в единый архитектурный ансамбль.
Еще одним из подходов к размещению агроферм являются горизонтальные эллиптические, зависающие над холмом, фермы. Обмен электроэнергией и продукцией в таком случае осуществляется при помощи вертикальных воздушных коридоров, соединяющих ферму с землей. Возможно также комбинированное решение композиции при использовании вертикальных «колб» и горизонтальных эллиптических формообразований. Наиболее сложным и в то же время эффективным направлением формообразования ферм является конструкция решетчатых ферм, состоящая из разных уровней произвольной формы, соединенных между собой упругими элементами. Это позволяет образовать агрокомплекс любой бионической формы.
Разумеется, существуют и другие аспекты создания различных надземных а также надводных решений для организации объемно-пространственной композиции агроферм, которые, подчеркивая или сливаясь с природными формами, образуют единое нанотехнологичное пространство, служащее во благо земли и людей.
53
Вісник ПДАБА
Рис.2. Поэтажная схема технологического процесса вертикальной фермы, разработанной авторами статьи
Вывод. 1. Экологоградостроительный потенциал динопонных и аэропонных вертикальных ферм позволяет:
а) отказаться от прежних моделей использования территорий на уровне региональной планировки группы административных областей; на уровне районной планировки Днепропетровской и Запорожской областей; на уровне генеральных планов ряда населенных мест. В схемах функционального зонирования территорий исчезнет прежнее понятие «агротерритории», а также изменится методика разработки разделов по экологии и охране окружающей среды;
б) создать новые планировочные и пространственные узлы, возвращающие Природе Природу;
54
№ 10 жовтень 2011
в) отработать новые концепции объемно-пространственных композиций вертикальных агроферм.
2. Подходы к объемно-пространственной композиции динопонных и аэропонных ферм должны опираться на следующие принципы:
а) вертикальные схемы технологического процесса; количество этажей и их высота могут меняться в зависимости от вида выращиваемых культур; процесс выращивания -автоматизированный (ферма-автомат);
б) геометрия объема фермы - ближе к бионическим формам, с комбинаторикой ферм в группы, зависающие над землей за счет интеграции технологии выращивания растений с аэроупругими динамическими конструктивными системами;
в) взаимодействие фермы с землей: на основе опирания на почву; на основе зависания в воздухе без опоры на рельеф;
Рис. 3. Трехмерный вид авторской версии вертикальной фермы для экополиса
«Днепровские пороги»
г) конструктивные схемы - на основе материалов, созданных по схемам нанотехнологий;
д) энергоснабжение - автономное.
55
Вісник ПДАБА
3. В рамках экополиса «Днепровские пороги» динопонные и аэропонные фермы как элементы градостроительной структуры территорий могут быть расположены:
- вдоль правобережной и левобережной водоразделительных линий долины Днепра;
- вдоль поперечных к Днепру водоразделительных линий;
- над зонами дельт притоков;
- над акваторией Днепра в местах, требующих пространственного акцентирования.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Майбутнє України в гармонії з природою. - Дніпропетровськ: АРТ-ПРЕС, 2010. - 56 с.
2. Разработка принципиальных вариантов рационального сочетания базовых
архитектурных, строительных и инженерных решений небольших энергоактивных зданий, оснащенных гелио- и ветротехникой для различных климатических условий. Отчет о НИР ГР 200041893 (рук. Д. Д. Жуков). - Минск : БНТУ, 2005.
3. Реутская И. П. Экологический подход к архитектурному проектированию жилых зданий / И. П. Реутская // Вестник БААРХ. - 2004. - № 1. - С. 39 - 42.
4. Архитектурный дизайн: словарь-справочник / под. общ. ред. Е. С. Агранович-Пономаревой. - Ростов н / Д. : Феникс, 2009. - 342 с.
5. Dr. Dickson Despommier. Vertical farm in the city // режим доступа: http//www .worldchanging. com/archives/011670.html. - Методы выращивания
сельскохозяйственной продукции в вертикальных агрофермах.
6. Dr. Dickson Despommier.Greenhouse village // режим доступа http //www.innovatienetwerk.org. -The energy system.
7. Кищенко Б. И. Вертикальные грядки. Сопки, грядки-рабатки. - К. : Аст. Стапкер, 2006. - 145с.
УДК 711.4
УРАХУВАННЯ ПЛАНУВАЛЬНИХ ОБМЕЖЕНЬ ЕКОЛОГІЧНОГО ЗМІСТУ ПРИ УРБАНІЗАЦІЇ ПРИРІЧКОВИХ ТЕРИТОРІЙ
А. В. Вадимова, аспірант*
^Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка
Ключові слова: національна екологічна мережа, сталий розвиток, прирічкові території, екосистемний підхід
Постановка проблеми. Актуальність питання, що розглядається, полягає в тому, що сучасна екологічна ситуація досить унікальна, оскільки значно зросла інтенсивність і змінилась сама суть впливу урбанізації на природне середовище. З 1950 p. населення планети подвоїлось, у період неоліту воно становило усього близько 25 млн. осіб, на початку нашої ери - близько 250 млн., на початку XIX сторіччя - 1 млрд., а зараз - понад 5 млрд. осіб. Років через сорок воно зможе подвоїтись ще раз і досягне 9 - 10 млрд. [7]. Поширилися процеси урбанізації, яка є головною рисою сучасної цивілізації, що зумовлено розширенням міст та міського способу життя населення. При цьому набувають критичної межі основні компоненти життєвого середовища людини, серед них - водні ресурси.
Метою статті є аналіз планування території України на різних ієрархічних рівнях з урахуванням планувальних обмежень екологічного змісту.
Основна частина. Головна складова життя - вода - ресурс вичерпний. Без неї немислиме існування органічної речовини і походження життя на Землі, 362 033 000 км2 поверхні Земної кулі вкрито водою (70,98 %) [1]. Загалом територія України має досить щільну річкову мережу, на її території близько 73 тис. водотоків [1], на прирічкових територіях розташована велика кількість населених пунктів. Тому необхідно розробити систему заходів формування планувальних обмежень прирічкових територій на різних територіальних рівнях із метою досягнення сталого розвитку. Це один із видів екологічного світогляду, модель використання ресурсів, спрямована на задоволення потреб людини при збереженні навколишнього середовища з тим, що ці потреби можуть бути використані не тільки для сьогодення, а й для майбутніх поколінь. Комісія Брундтланд (названа по імені її голови Гру Харлем Брундтланд), а
56
