Новые взаимоотношения Архитектуры и Воды
описание: статья, заметка, исследование
публикации: m-A SPACe, syg.ma
автор: АННА БУДНИКОВА
иллюстрации: АННА БУДНИКОВА
by Anna Budnikova
Концепция устойчивого развития была принята на Конференция ООН в Рио-де-Жанейро в 1992 году. На повестку дня встали вопросы переориентации научно-технического развития, сохранения стабильности социальных и культурных систем, снижение уровня эксплуатации природных ресурсов (Будникова, 2017).
Однако, в последние годы человечество все чаще сталкивается с природными катастрофами и кризисами, что приводит к существенному ущербу во всех сферах общественной жизни.
Москва — мегаполис с населением более 12 миллионов человек — также подвержен ряду вызовов, связанных с нерациональным использованием водных ресурсов, повышенным загрязнением воздуха, водоемов; а также ряду социально-экономических проблем.
Фрагмент иллюстрации к проекту “Гидрологический кластер” (Hydrological cluster) открывает тему разумного использования водных ресурсов в архитектуре.
Рисунок символически отражает идею о том, что архитектура может быть технологичной / что дорогостоящие инженерные решения могут быть вытеснены биодизайном / что архитекторы могут глобально повлиять на проблему истощения пресной воды / а жители забудут, что такое экономить воду. ⠀
Мы представим 6 смелых, но работающих в архитектуре решений на примере Москвы, и ответим на вопросы: ⠀
— что если на самоизоляции закончится вода? как обеспечить нулевое водопотребление в доме и вести безотходную жизнь ⠀
— как и зачем плавить снег на крыше
— конденсат. проблема или потенциал? ⠀
— альтернативная вода. как и зачем ловить туман ⠀
— кирпичи-кондиционеры. еще немного о пользе атмосферной влаги
— чем полезен ландшафт-губка.
Все решения базируются на статистических данных, научных исследованиях и проектах Анны Будниковой в области `новых взаимоотношений архитектуры и воды` в эпоху перемен. ⠀
ЧТО ЕСЛИ НА САМОИЗОЛЯЦИИ ЗАКОНЧИТСЯ ВОДА? ⠀
Низкое качество воды из крана и высокая коммуналка — знакомо? Да, ведь Москва — мегаполис, где вода и отопление жестко централизованы.
И ведь 147 литров воды на человека в день — многовато, не правда ли?
Как же обеспечить нулевое водопотребление в доме и вести безотходную жизнь?
Единственное, что нужно — специально спроектированная система сбора и повторного использования воды. Серая вода и осадки могут быть использованы повторно для бытовых и технических нужд.
Как работает эта система ?
- Вода из крана и душа собирается в цистерны-коллекторы (расположенные в цокольной или подземной части здания), пройдя 2 стадии фильтрации. ⠀
- Осадки собираются в те же цистерны-коллекторы, проходя 1-стадийную фильтрацию. Для полива вода может собираться в отдельную систему коллекторов (по желанию).
- Очищенная вода по отдельному трубопроводу подается на смыв туалета / стиральную машину / кран и др. разборные точки дома/квартиры. ⠀
Чтобы узнать, насколько можно снизить потребление воды в здании, необходимо произвести отдельный расчет (где будут учитываться среднегодовое и среднемесячное количество осадков, среднее потребление воды чел/в день исходя из вместимости здания).
Мы можем спроектировать для вас такую систему, сделав дом полностью автономным. Она может закладываться как в новый проект, так и в уже построенный дом.
КАК И ЗАЧЕМ ПЛАВИТЬ СНЕГ НА КРЫШЕ ⠀
`Отходы — это ресурс не в том месте` — Б.Фуллер. ⠀
Сегодня 35 снегоплавильных станций Москвы перерабатывают до 14,4 млн.м3 снега. Плавить на них снег, затрачивая много тепловой энергии оказывается выгоднее, чем вывозить его за город. Однако, при этом талая вода просто сливается в канализацию. ⠀
Что можно делать? В регионе Хоккайдо, например, активно проектируют обогреваемые покрытия автостоянок и дорог. Но и у них талая вода отводится по сточным каналам в систему канализации и опять же никак не используется. ⠀
В чем преимущество подогреваемых крыш и покрытий? В том, что талую воду можно использовать.
Рассмотрим, как можно утилизировать снег на кровле жилого дома для орошения сада или зеленой кровли. Снег может плавиться электрической системой подогрева. Нужен небольшой нагрев кровли чуть выше 0 градусов, не нужна высокая температура. Талая вода отводится в коллектор под крышей или под землей. Для дальнейшего использования в бытовых нуждах.⠀
Такую систему можно легко заложить в проект наряду с типовыми системами теплого пола. Системы повторного использования воды позволяют обеспечить полную независимость от центрального водоснабжения. Главное – они обеспечивают автономность вашего здания.
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ВОДА. КАК И ЗАЧЕМ ЛОВИТЬ ТУМАН
С 1993 года дефицит пресной воды стал проблемой глобального масштаба. Сегодня 35% мирового населения проживают в районах с постоянной нехваткой воды, и этот процент продолжает расти. ⠀
Как создать автономную сеть источников пресной воды для людей?
Посмотрим на эту проблему взглядом архитектора. Как нам известно, вода имеет несколько агрегатных состояний, включая пар и лед. Мы уже говорили про растапливание снега на крыше дома в предыдущем посте, доказав, что это агрегатное состояние может быть полноценным источником пресной воды.⠀
Что же насчет водяного пара? Он постоянно в воздухе, но стоит ему соприкоснуться с холодной поверхностью, он оседает на ней в виде капель. Если представить, что эти капли могут удерживаться в конструкции фасада, то сколько воды можно собрать? ⠀
Ученые MIT в сотрудничестве с коллегами из Чили предложили систему сбора тумана — вертикальную сетку с микро-размером отверстий, чтобы в них могла `застрять` капля. А за счет химического покрытия этой сетки капли тумана скатывались вниз, в коллектор. Система позволила захватить 10% влаги (12 л. воды в день) и обеспечить пресной водой район вдоль чилийского побережья. ⠀
Вывод? Фасадные сетчатые конструкции могут давать по Х литров питьевой воды в день на 1 м2, улавливая до 10% тумана. В зависимости от объема, вода может использоваться и для иных нужд, например, поддержания зеленого фасада. Основные условия — расположение по розе ветров, близ водоемов или в горах (наиболее туманные места). Также необходимо помнить о правильной паро- и теплоизоляции основных конструкций здания, чтобы `полезный` туман не превратился в `пагубный` конденсат внутри конструкций здания.
КОНДЕНСАТ. ПРОБЛЕМА ИЛИ ПОТЕНЦИАЛ?
Сегодня 35% мирового населения проживают в районах с постоянной нехваткой воды, и этот процент продолжает расти. Тем более, в условиях изоляции можно задуматься — как создать автономную сеть источников пресной воды для людей. ⠀
Ученые рассматривают 3 альтернативных метода обеспечения пресной водой — ее транспортировки из других мест, опреснение соленой воды и извлечение воды из влажного воздуха. Первые два требуют больших экономических затрат. Получение же воды из атмосферного воздуха — более доступный метод, не зависящий от подземных вод. Он основан на феномене испарения и конденсации влаги. ⠀
Мы же решили испытать, работает ли этот способ в архитектуре. Наш проект Гидроматерия — прототип пассивной системы производства воды из воздуха — доказывает, что можно получить воду с поверхности любого материала, если обеспечить определенную разницу между температурой его поверхности и температурой воздуха. ⠀
Прототип состоял из 6 керамических модулей с встроенными торфяными элементами. Эксперимент показал, что 1 модуль 9*12 см и tпов.=13,7°C способен производить 5мл.воды каждые 20 мин при tвозд.=40°C и влажности 80%, способствуя росту семян в торфяной таблетке. В течение месяца система приобрела вид живого зеленого фасада. ⠀
Гидроматерия — научный эксперимент, подтверждающий что можно производить воду в бытовых условиях без специального дорогостоящего оборудования и экологического воздействия. Эта технология может быть интегрирована в архитектуру, тиражируясь в различных масштабах. ⠀
Но ведь конденсат — негативный феномен в строительной сфере? Просто конструкция, на которой конденсируется влага, должна быть изолирована от других слоев здания. Гидрометрия может крепиться непосредственно к фасаду здания как часть отделки или быть в интерьере (например, спа-центра).
КИРПИЧИ-КОНДИЦИОНЕРЫ. ЕЩЕ НЕМНОГО О ПОЛЬЗЕ АТМОСФЕРНОЙ ВЛАГИ
Мы уже начали говорить о полезном взаимодействии архитектуры и атмосферной влаги.
Например, что конденсат может служить альтернативным источником воды, а фасад — инженерной водосборной системой. При `выпадении росы` на холодных поверхностях (например, керамическом фасаде или металле) и при `застревании` капель тумана в микро-сетчатых конструкциях. Ключевой фактор здесь — покрытие `собирающей` поверхности, чтобы капли не впитывались и не успевали высохнуть. ⠀
А чем полезны архитектурные системы, впитывающие воду? Такие системы находят свое применение в архитектуре жарких стран или же летних домах без утепления. ⠀
Студия Emerging Objects изобрела высокопористые керамические кирпичи, которые впитывают влагу для пассивного охлаждения дома. Они представляют сотовую трехмерную структуру, через которую легко проходит воздух, ускоряя испарение из пор керамического блока. За счет этого испарения блоки охлаждаются, понижая, тем самым, и температуру воздуха внутри здания.
Ant Studio предложила подобную технологию для борьбы с жарой в Индии. Система из конических глиняных трубок естественным образом снижала температуру окружающей среды. ⠀
Это решение имеет преимущество перед стандартными системами охлаждения, такими как бассейны на крыше или кондиционеры, поскольку используют `неистощаемую` атмосферную влагу и не требуют специальных установок. Существенный нюанс — эти системы могут использоваться только в `летнем` варианте домов, не требующих теплоизоляции. ⠀
Отметим, что вода не будет испаряться с такой скоростью, если создать закрытую ячеистую структуру керамического кирпича. Тогда он может служить природной основой для роста растений-суккулентов, способствуя образованию самоподдерживающегося зеленого фасада. Основные условия — высокая пористость глиняного материала и наличие в нем питательных компонентов.
КИРПИЧИ-КОНДИЦИОНЕРЫ. ЕЩЕ НЕМНОГО О ПОЛЬЗЕ АТМОСФЕРНОЙ ВЛАГИ
Сегодня мы сталкиваемся с резким изменением климата — в то время как трети мирового населения не хватает воды, многие прибрежные регионы страдают от постоянных затоплений.
Например, в зона риска находятся Лондон, Нью-Йорк, Шанхай, Венеция, Гонконг и др. Шанхай, например, может полностью уйти под воду в 2700 — к этому времени средняя температура воздуха поднимется на 3С, а уровень воды в Мировом океане — на 6.5 метров. То же грозит и Венеции, которая подвергается разрушительным наводнениям уже сейчас. ⠀
Как бороться с этим явлением? Сегодня власти Китая и Германии запускают пилотный проект — города-`губки`, основанный на ряде решений от зеленых крыш до городских водно-болотных угодий. Зеленые `буфера` будут удерживать излишнюю воду, параллельно фильтруя ее для повторного использования и др. Чтобы впитывать воду как губка, дренажный слой может быть до 80 см. Это позволит справиться с проблемами наводнения, засухи, сильной жарой и загрязнениями. По плану властей Китая, к 2030 году 80% городских районов должны превратиться в `губки`. ⠀
Помимо зеленого ландшафта, который удерживает воду локально, ведутся научные разработки новых абсорбирующих материалов, удерживающих несколько литров на 1 м2. В их основе — адсорбенты типа угля, торфяные компоненты и др.
Ведь даже тем мегаполисам, которые не испытывают особых проблем от изменения климата, актуальным будет сохранение температурного баланса и важного ресурса – дождевой воды (о методах ее `умного` использования — подробнее в предыдущих постах). ⠀
Но такие решения все равно могут справиться только с относительно небольшими подтоплениями. А если представить, что уровень океана поднимется на 1м и выше, то `низинные` города не спасет ни одна технология. Глобально, в этом случае нужно переходить на новую типологию архитектуры — плавающие и летающие образования. Но пока и рост воды, и строительство плавучих городов остаются на уровне утопии.
