Анализ конструктивных и экономических особенностей систем вертикального озеленения

Колесников Александр Георгиевич кандидат технических наук доцент, кафедра городского, дорожного строительства и строительной механики, Юго-Западный государственный университет 305054, Россия, Курская область, г. Курск, ул. 50 Лет Октября, 94 Kolesnikov Aleksandr Georgievich PhD in Technical Science Associate Professor, Department of Urban, Road Construction and Structural Mechanics, Southwestern State University 305054, Russia, Kurskaya Oblast' oblast', g. Kursk, ul. 50 Let Oktyabrya, 94 ag-kolesnikov@mail.ru Другие публикации этого автора

Введение

Городские районы обладают более пониженным биоразнообразием, чем пригородные экосистемы. Необходимость сохранения биологического разнообразия для сохранения видов и тот факт, что предпринимаемых усилий по организации охраняемых территорий недостаточно, привело к разработке новых экологических концепций и способов сохранения биоразнообразия Земли. Вертикальные системы озеленения создают условия для обитания животных и растений на земле, которые непосредственно используются людьми в качестве живого пространства. Они улучшают городское биоразнообразие и таким образом городскую среду, позволяя растительности колонизировать эти системы. Имитируя естественные вертикальные места обитания, они обеспечивают среду обитания для птиц и насекомых, отвечающие за множество функций и экосистемных услуг, например, опыления и биологического контроля. Они могут также использоваться, чтобы вырастить виды, которые могут решать конкретные функции, которых не хватает в городской среде, в основном ориентируясь на способность растений поглощать загрязнения из воздуха ^[1-3].

При сегодняшнем многообразии, представленных в проектировании городов, систем вертикального озеленения, наблюдается отсутствие систематизации систем и рекомендаций для выбора в условиях конкретного проектирования ^[4,5].

Анализ конструктивных решений вертикальных систем озеленения

Вертикальные системы озеленения состоят из конструкций, которые распределяют растительность, и прикреплены к фасаду здания или к несущим конструкциям ^[6]. В зависимости от типа растительности и используемых вспомогательных структур, вертикальные системы озеленения можно условно разделить на «зелёные фасады», «зелёные стены» и «вертикальный лес» (рис. 1).

Рисунок 1 - Классификация систем вертикального озеленения

В «зеленых фасадах» или «зеленых экранах», растительный покров формируется с помощью вьющихся растений или каскадного почвопокрова (рис.2).

Рисунок 2 - Система «зелёных фасадов»

Специально разработанные конструкции используются чтобы усилить крепление растений к стене здания или служат в качестве опоры для вьющихся растений. Обычно «зеленые фасады» укореняют у основания в грунт или в контейнеры, которые крепятся к стене на определенной высоте. Также используются контейнеры, установленные в уровне кровли с применением падающих зеленых каскадов.

Хотя живые стены были первоначально вдохновлены ростом эпифитных растений в тропических лесах, с течением времени, было установлено, что широкий спектр видов растений смогли приспособиться и расти соответственно на «зелёных фасадах». Растения, используемые на «зелёных фасадах», могут быть эпифитными (растущие на других растениях для механической поддержки, получая влагу и питательные вещества из воздуха, дождя, и иногда от органического или неорганического материала, который накапливается вокруг них) или литофитными (растущие на скалах и каменистых почвах и получающие питание из атмосферы). Папоротники, суккуленты, кустарники и травянистые и вьющиеся растения также могут быть использованы. Сверх декоративных видов, есть много успешных опытов посадки в структуре «зелёных фасадов» съедобных трав и овощей, салата, мяты, чабреца, земляники и др. ^[6].

«Зелёные стены» являются в общем более сложными структурами, в которых используются поддерживающие конструкции с различными методами крепления ^[7]. Для изоляции ограждающих конструкций фасада требуется устройство гидроизоляции. Также необходима оросительная сеть с установкой систем внесения удобрений, освещения и мониторинга.

Наиболее часто используемыми методами крепления растительности к опорной конструкции является ткань (фетра) и панели (боксы).

Конструкции «зелёных стен» по принципу работы можно разделить на три вида (рис.1) ^{[8, 9]}:

- войлочные системы (гидропонные);

- модульные системы (с использованием субстрата);

- контейнерные системы.

В основе конструкции, выполненной по войлочной (гидропонной) технологии лежит рама, которая закреплена непосредственно на декорируемом фасаде здания ^[8]. На раму устанавливаются пластины (в основном поливинилхлоридные) с закреплённым слоем с войлоком полиамидного волокна. К конструкции проводится система дренажа и система автоматизации капельного полива, которые включают в себя небольшие трубы и насосы, поставляющие воду и различные удобрения для растительности (рис.3).

Рисунок 3 - Схема (а) и пример (б) войлочной системы «зелёных стен»

В системе «зелёных стен», выполненных по модульной системе, на фасаде устанавливается рама по верх которой размещаются вертикальные стойки с кронштейнами для фиксации модулей с проектным шагом конструкции ^[9]. В раме разворачиваются гидропонная система орошения и система освещения. В модулях используются особые, заранее выращенные растения, приспособленные исключительно для вертикального роста (рис.4).

Рисунок 4 - Схема (а) и пример (б) модульной системы «зелёных стен»

Основа конструкции в системе контейнерного озеленения – это несущий гидроизолированный каркас, который можно разделить на три вида: каркасная сетка, встроенный каркасный стеллаж, переносной каркасный стеллаж с направляющими ^[9].

На каркасе фиксируется система полива, представляющая собой сеть из труб и ёмкостей с почвенным субстратом, в которые впоследствии высаживают растения. Для каждой ёмкости проводится личная оросительная трубка для подачи воды и удобрений. Система полива подключается к системе водоснабжения и канализации.

Рисунок 5 - Схема (а) и пример (б) каркасной системы «зелёных стен»

В связи с низким видовым разнообразием и плотностью растений, «зелененые фасады», как правило, требуют менее интенсивного обслуживания и защиты, чем «зелёные стены» ^[10].

При реализации «зелёных стен» существует возможность посадки зелёных насаждений как на месте после того, как эта конструкция крепится к стене, так и с помощью панелей с уже предварительно высаженным растительным материалом, которые готовятся перед посадкой в специально разработанных конструкциях (например, в теплицах). В каждом из этих случаев, растительная среда (субстрат) распределяется внутри кармана (если используется тканевая система) или панели. Системы, которые используют органические или неорганических субстраты наряду с минеральными питательными веществами для выращивания растений вне почвы, известны как беспочвенные или гидропонные системы.

В некоторых конфигурациях, растения не укореняются в субстрат, а корни непосредственно прикрепляются к ткани, превращаясь в единую систему гидропоники.

В целом, материалы, используемые для построения элементов вертикального озеленения, весьма разнообразны и могут поддерживать большое разнообразие видов растений ^[11]. В части размещения и установки, вертикальные системы озеленения, как правило, находятся на открытом воздухе и крепятся к наружной стене здания. Однако, существуют аналогичные решения и для озеленения внутренних стен и перегородок внутри зданий.

При устройстве системы озеленения по типу «вертикальный лес» зелёные насаждения высаживаются в ёмкости, расположенные на консольных участках плит перекрытий (рис.6). Ёмкости соединены системой дренирования. Поливка растений осуществляться установкой централизованной капельной системы орошения ^{[12, 13]}.

Наиболее ярким примером могут служить жилые здания Bosco Verticale, построенные в Милане ^[14].

Рисунок 6 - Схема (а) и пример (б) системы «вертикального леса»

Выбор типа конструкции основываться не только на эстетических соображениях, но и на многих других факторах, таких, как системы выращивания, микроклиматические условия и воздействия солнца. Например, во внутренней живой стене, растения находятся в совершенно других условиях по сравнению с растениями в открытых живых стенах, поэтому используемые виды растений, как правило, отличаются. С другой стороны, виды зелёных насаждений, используемые в открытых системах вертикального озеленения, сильно различаться в зависимости от географического расположения, микроклимата, воздействия солнца и ветра, высоты т. д.

Проанализировав рассмотренные виды систем озеленения, опираясь на данные ^[8], можно составить рекомендации по их использованию (табл.)

Таблица

Сравнительная характеристика систем вертикального озеленения

Экономический анализ различных решений вертикальных систем озеленения

Учитывая существующие различия между системами вертикального озеленения, анализ имеет большое значение для принятия правильного решения о типе системы, которая является наиболее подходящей для конкретного проекта ^[8]. Чтобы достичь этого должны учитываться такие факторы, как конструкция и климатические ограничения, воздействия на окружающую среду и связанные с ними затраты в течение всего жизненного цикла ^[14].

Зеленые фасады экономичнее и проще в установке и обслуживании (рис.7) ^[9]. Однако, «зелёные стены» обладают такими преимуществами, как возможность использовать широкое разнообразие видов, создание комплексного и более эстетичного дизайна (моделирование формы с помощью различных видов), быстрое получение полного покрытия стены после установки, а также улучшение температурного режима и шумоизоляции. Кроме того, в зависимости от выбранной системы, её эффективность с точки зрения необходимости поддерживающих конструкций, использования воды, выживаемости растений, а также изоляции или эстетических эффектов будут разными.

Например, тканевая система будет более гибкой (легче адаптироваться к фасаду) и легче, чем панели, но выживаемость растений зависит от надежной организации орошения ^[8].

Рисунок 7 - Процентное соотношение стоимости возведения различных систем вертикального озеленения (за единицу принята стоимость устройства «зелёных фасадов»)

При составлении гистограммы сравнения стоимости возведения различных систем вертикального озеленения учитывались затраты на возведение поддерживающей конструкции, подвод систем полива и дренирования (при наличии), грунта. Из-за большого разнообразия ассортимента, не учитывались затраты на сами растения. За единицу принята стоимость устройства «зелёных фасадов».

Гистограмма позволяет выбрать подходящий по затратам вариант вертикального озеленения. Однако, необходимо учитывать дополнительные расходы на эксплуатацию систем, в том числе в зимний период времени.

Эксплуатация систем вертикального озеленения в зимний период

Основным недостатком систем вертикального озеленение является то, что в условиях климата с продолжительным холодным периодом система не выполняет как эстетически - визуальные, так и эколого-энергосберегающие функции. Более того, это обстоятельство может ухудшить восприятие объекта (рис.8).

Рисунок 8 - Элементы вертикального озеленения в зимний период

Для устранения этого недостатка, при устройстве систем вертикального озеленения по типу «зелёных стен» и «зелёных фасадов» подбираются специальные виды зелёных насаждений, выполняется невымерзающая конструкция стены, усложняется система полива и предусматриваются мероприятия по специальной подготовке растений к зимовке, что приводит к значительному удорожанию проектов ^[15-16].

При устройстве систем вертикального озеленения по типу «вертикального леса» ограждающие конструкции лицевых фасадов могут выполняться в виде двойного остекления светопрозрачными панелями (рис. 9).

Рисунок 9 - Схема (а) и пример (б) фасадных систем с двойным остеклением

Расстояние между двумя рядами панелей выбирается в зависимости от растений, которые предполагается использовать для озеленения. Пространство между рядами остекления представляет собой теплицу или оранжерею, которая может эксплуатироваться круглый год. В теплый период времени наружные панели демонтируются или открываются, что превращает закрытую (внутреннюю) систему вертикального озеленения в открытую (внешнюю).

Это создает комфорт для посетителей, за счет визуально-эстетического общения с элементами живой природы.

Ограждающие конструкции лицевых фасадов в виде двойного остекления светопрозрачными панелями не усложняет систему полива и дренирования, подбор растений и не нуждается в дополнительных сезонных эксплуатационных мероприятиях. То есть, такая система не приводит к значительному удорожанию проекта озеленения при использовании в зимний период.

Заключение

Приведенный анализ различных систем озеленения позволяет подобрать конструкцию для конкретного объекта проектирования с учетом особенностей несущих конструкций и затрат на строительство. Представление данных в расширенной табличной форме позволяет выбрать систему, учитывая различные дополнительные параметры.

Представленный экономический анализ позволяет провести сравнительную оценку затрат на устройство систем вертикального озеленения различных типов.

Приведены решения, позволяющие использовать системы вертикального озеленения в зимний период для различных типов конструкций.