CC BY
28С. А. Кизилова S. A. Kizilova
10.24412/cl-35672-2022-1-0080
Уровни применения технологии биоадаптивных фасадов с использованием водных ресурсов и аквакультур
Bioadaptive façades using aquatic resources and aquaculture application spheres
Ключевые слова: биоадаптивные фасады, биодинамическая архитектура, экоустойчивые ограждающие конструкции, параметрические фасады, кинетические фасады.
Keywords: bioadaptive facades, biodynamic architecture, eco-sustainable building envelopes, parametric facades, kinetic facades.
Аннотация: Статья посвящена определению уровней применения современной технологии фотобиореактивных панелей для конструирования фасадов зданий. На основе анализа реализованных и концептуальных примеров из мировой архитектурной практики выявлены уровни реализации технологии: исходный, макромасштаб, микромасштаб. Выделены направления развития формообразования биоадаптивных фасадных панелей: традиционный, нелинейный.
Abstract: The article is devoted to identifying the levels of application of modern technology of photobioreactive panels for the design of building facades. Based on the analysis of implemented and conceptual examples from the world architectural practice, the levels of technology implementation were identified: initial, macro-scale, micro-scale. The directions of bioadaptive facade form-finding development are identified: traditional, non-linear.
Современные проблемы экологии побуждают к поиску новых путей к созданию строительных конструкций, предотвращающих негативное воздействие эксплуатации зданий на окружающую среду. Технологии биоадаптивных фасадов основаны на гибридном взаимодействии органических компонентов и традиционных ограждающих конструкций. Биоадаптивные фасады позволяют обеспечить полную или частичную энергетическую автономность здания путем использования процессов, происходящих в естественной среде, для выработки энергии.
Впервые термин «биоадаптивный фасад» был применен по отношению к проекту жилого дома BIQ, реализованного в 2013 году строительной компанией Arup в рамках Международной строительной выставки (IBA) в Гамбурге. Технология фасадных систем SolarLeaf, примененная в проекте, позволяет накапливать энергию биомассы для обеспечения обогрева здания.
Ограждающими конструкциями здания стали типовые панели размером 2,5 на 0,7 м, послужившие прозрачными контейнерами для выращивания водорослей. Каждая панель имеет 4 слоя остекления: 2 внутренних слоя ограничивают контейнер с водой и биомассой емкостью 24 л, 2 внешних слоя создают воздушную прослойку для сохранения тепла. Пространство между слоями заполняется аргоном - инертным газом, широко применяющимся в промышленности и строительстве, в частности при изготовлении стеклопакетов. Внешний слой панели имеет прозрачное антибликовое покрытие, в то время как стекло на интерьерном слое может быть оформлено декоративно (рис. 1).
Сжатый углекислый газ вводится в нижнюю часть каждого контейнера для питания водорослей с установленными временными интервалами. В полости панелей помещены абразивные пластиковые шарики, очищающие внутренние поверхности от осадка водорослей. В нижней части панели расположены коммуникации для отвода накопившейся биомассы. Когда уровень биомас-
сы достигает критическои точки, производится очистка контейнера путем выкачивания биомассы. Энергия, выделяющаяся при сжигании биомассы, поступает для работы отопительных систем здания. Часть полученного при сжигании биомассы углекислого газа может быть сохранена для обеспечения питания водорослей, предотвращая выбросы СО2 в атмосферу и реализуя замкнутый цикл. Таким образом, 129 фотобиореактивных панелей общей площадью 200 м2 позволяют обеспечить до 1/3 потребности в отоплении здания [10].
Рис. 1. Проект BIQ House c интегрированными биоадаптивными панелями фасада
Рис. 2. Биоадаптивные фасадные панели различной степени прозрачности с параметрическим узором
Методы
313
В рамках исследовательского проекта Университета Северной Каролины (США) были разработаны панели биоадаптивного фасада, обладающие сквозным рисунком перфорации и различной степенью прозрачности. Для типовых панелей размером 1,52 на 3,66 м был разработан параметрический рисунок отверстий с целью обеспечения естественного освещения интерьера. Органический рисунок перфорации позволяет обеспечить беспрепятственную циркуляцию воды и углекислого газа внутри панелей, не затрудняя рост водорослей. Панели из акрилового стекла подвергались пескоструйной обработке, чтобы обеспечить разную степень освещенности внутренних пространств здания [7] (рис. 2).
Гибридные фасадные системы, разработанные лабораторией Epiphyte Lab Корнеллского университета, состоят из параметрического навесного фасада, в который установлены трубчатые системы для подвода воды к растениям. Конструкция может быть помещена как на новый, так и на существующий фасад. За счет волнообразной конструкции фасада становится возможным разместить высотные сады в оболочке здания и скрыть системы технологического оснащения. Навесной фасад располагается на относе 1,2 м от существующего здания, чтобы обеспечить размещение скрытых строительных лесов, необходимых для обслуживания биоадаптивного фасада. Для полива растений используется «серая» вода, полученная в результате бытовой деятельности. Вода проходит очищение в высотном бассейне на крыше здания, где выращиваются болотные растения, обладающие способностью к естественной фильтрации [4].
Рис. 3. Проект "Algae tower" с системой поворотных биоадаптивных фасадных панелей
Модернизация существующих зданий путем их оснащения биодаптивными фасадами, направленная на снижение количества выбросов углекислого газа в городской среде, была отражена в проекте башни Марина-Сити в Чикаго (США). На крыше небоскребов предлагается разместить установки для улавливания CO2, который направляется для питания водорослей, расположенных в системе труб, опоясывающих многоярусную парковку. Для преобразования фасада Федерального здания в Лос-Анджелесе архитектор Ш. Куинн разработал систему модульных труб, в которых размещается биомасса для производства энергии [6].
Биоадаптивный треугольный модуль для производства биомассы Urban Algae Canopy был разработан британскими архитекторами ecoLogicStudio. Конструкция состоит из трехслойной пленки ETFE, расположенной на треугольной раме, позволяющей свободно соединять модули с целью организации навесов различной формы и площади. Один модуль может автономно производить более 135 кг биомассы в день, обеспечивая выработку энергии и одновременно создавая затененную площадь [9].
В продолжение развития идеи биоадаптивных фасадов архитекторами ecoLogicStudio был спроектирован небоскреб Urban Algae Farm, переосмысляющий традиционные подходы к организации жилища в Иране. Снаружи фасад покрыт сетью прозрачных трубчатых каналов, скрывающих интерьеры здания и уходящих во внутренние дворы-колодцы. Каналы являются резервуарами для размещения зеленых водорослей, обеспечивающих здание энергией. Таким образом, за счет использования биоадаптивных технологий в оформлении фасада сохраняется традиционный минимализм, а в интерьере появляется система внутренних дворов с бассейнами [3].
Фасады с интегрированными биоадаптивными панелями могут быть частью крупных высотных комплексов и мегаструктур. Группа небоскребов, объединенных общим стилобатом, спроектированная XTU Architects для г. Гуанчжоу (Китай) в 2022 году, обладает параметрической оболочкой, в которую встроены биоадаптивные трапециевидные панели. Вода для наполнения панелей поступает из дождевого бассейна, расположенного во внутреннем дворе, после чего проходит биологическую очистку с помощью выращиваемых аквакультур. В данном высотном комплексе биоадаптивные панели используются в синтезе с вертикальным озеленением фасада и кровли в рамках общей экоустойчивой стратегии эксплуатации здания [5].
Экспериментальный проект, выполненный XTU Architects в рамках инициативы Réinventer Paris, предлагает альтернативную организацию фасадов студенческих общежитий, расположенных в центральном районе Парижа. Биоадаптивные фасады, с помощью которых будет производиться выращивание водорослей, будут способствовать организации научных исследований в области медицины, проводимых в лабораториях университета [1].
Организация биоадаптивных панелей в проекте Algae tower для Мельбурна (Австралия) имитирует движение листьев на дереве, поворачивающих лицевую поверхность к солнцу. Оболочка здания становится навесом из рукотворных листьев, каждый из которых представляет собой отдельный фотобиореактор. Сезонная адаптация фасада позволит достигать большей степени затененности помещений в летнее время, когда объем производства водорослей будет максимальным. Форма здания позволяет обеспечить равноценное улавливание солнечного света всей поверхностью фасада.
На фасад устанавливается структура из стального каркаса, повторяющая ромбовидный рисунок остекления. Каждая панель оснащена шарниром для поворота: таким образом обеспечивается более длительное освещение фотобиореактора, разворачивающегося вслед за траекторией движения солнца. Пластиковый контейнер, в котором размещается биомасса с водой, спроектирован по принципу замкнутого контура для обеспечения лучшей циркуляции жидкости [2] (рис. 3).
Принцип работы конструкции Biolamp, разработанной П. Ховартом, функционирует схожим образом с фасадными фотобиореактивными панелями. Городские фонари со встроенными резервуарами для производства биомассы улавливают углекислый газ с помощью насоса, расположенного во впускном клапане, и проводят его сквозь спиралевидный контейнер с зелеными водорослями. Второй клапан фонаря работает на выпуск очищенного воздуха. Спиралевидный резервуар соединен с помощью подземных коммуникаций со станцией для сбора накопленной биомассы. Впоследствии подобные станции могут быть организованы в заправочные станции для транспорта, работающего на экологическом топливе [8].
Таким образом, на основе анализа проектов биоадаптивных фасадов с использованием водных ресурсов и зеленых водорослей были выявлены следующие уровни применения технологии:
- исходный масштаб, заключающийся в применении данной технологии в рамках оформления фасадов жилых и общественных зданий;
- макромасштаб, в рамках которого технология биоадаптивных фасадов экстраполируется на высотные многофункциональные комплексы и мегаструктуры;
- микромасштаб в контексте преобразования и организации элементов, формирующих городскую среду.
Системный анализ примеров организации биоадаптивных фасадных структур позволил выявить два на-
правления, в рамках которых производится поиск новых форм:
- традиционное, характеризующееся установкой контейнеров простых геометрических форм (кубических, прямоугольных, трапециевидных);
- нелинейное, в русле которого производятся эксперименты с организацией замкнутого контура, состоящего из трубчатых структур.
Из вышесказанного видно, что биоадаптивные технологии преобразуют и обогащают современные подходы к организации ограждающих конструкций зданий. В настоящее время наблюдается усложнение форм фотобиореактивных конструкций, поиск прочных и долговечных материалов для оформления биорезервуаров, а также пути интеграции данной технологии в существующий городской контекст. Развитие направления биоадаптивных технологий фасадов на основе использования воды и аквакультур потребует дальнейших поисков в практическом и теоретическом поле архитектуры.
Список цитируемой литературы:
1. Algae to re-oxygenate the city // Divercity Mag : [website]. -Published 11/072019. - URL: https://www.divercitymag.be/en/ algae-to-re-oxygenate-the-city (date of access: 09.05.2022).
2. Algae Tower: Photo-Bio-Reactor Facade // UOOU : [website]. -URL: https://uooustudio.com/algae-tower (date of access: 09.05.2022).
3. Algae Urban Farm: Eco-project from Britain for Iran // Futuristic news : [website]. - URL: https://thelastnewspaper.com/algae-urban-farm-eco-project-from-britain-for-iran/ date of access: 09.05.2022).
4. EatMe Wall // Architizer : [website]. - URL: https://architizer.com/ projects/eatme-wall/ (дата обращения: 09.05.2022).
5. French Dream Towers // XTU : [website]. - URL: https://www. xtuarchitects.com/french-dream-towers-hangzhou-china-1 (date of access: 09.05.2022).
6. Henrikson, R. The Future of Algae - Pt.5 / R. Henrikson // Algae Industry Magazine : [website]. - URL: https:// algaeindustrymagazine.com/the-future-of-algae-pt-5/ (date of access: 09.05.2022).
7. Kim, K.-H. Beyond Green: Growing Algae façade / K.-H. Kim. // ARCC Conference Repository. - 2013. - P. 500-505.
8. Recycled Smog: Algae Street Lamp Eats Smog, Fuels Cars // Gajits : [website]. - URL: https://gajitz.com/recycled-smog-algae-street-lamp-eats-smog-fuels-cars/ (date of access: 09.05.2022).
9. Urban algae canopy produces d forest's worth of oxygen daily // WebUrbanist : [website]. - URL: https://weburbanist. com/2015/05/10/urban-algae-canopy-produces-a-forests-worth-of-oxygen-daily/ (date of access: 09.05.2022).
10. Wurm, J. Worldwide first façade system to cultivate micro-algae to generate heat and biomass as renewable energy sources / J. Wurm / / Arup : [website]. - URL: https://www.arup.com/projects/solar-leaf (date of access: 09.05.2022).
