Зимние сады и оранжереи Арктики и Антарктики

Остров Кинг Джордж, Антарктика. Китайская станция "Великая китайская стена". Отсюда.

Заполярье и растения

В заполярных регионах многие привычные и обыденные вещи и явления умеренного региона сложны для воплощения. Суровость среды подчиняет себе все аспекты жизни человека: от строительства до распорядка дня. Но экстремальные природные условия сказываются не только на человеке – растительный мир, испытывающий влияние низких температур и вечномёрзлых грунтов, разительно отличается от привычного жителям умеренной полосы. В тундре не встретить высокие деревья, лишь карликовые ивы и берёзы, а фермеры здесь засаживают плантации ягодами: клюквой и княженикой.

Но что происходит с более традиционными овощами и зеленью? Сейчас можно говорить о развитии тепличных хозяйств, снабжающих свежей сельскохозяйственной продукцией такие города, как Салехард, Воркута, города Приморской области и Ненецкого АО. Однако большая часть сельскохозяйственной продукции ввозится в Арктику из других регионов, что ведёт не только к повышению цен на ввозимые продукты, но и порче продуктов из-за долгого времени транспортировки. Но если говорить об отдалённых районах Заполярья, особенно о таких местах, как научно-исследовательские станции или военные базы, расположенные на значительном удалении от населённых мест, то свежие овощи и зелень – вещь необходимая. Сейчас рацион людей, работающих вахтовым методом в удалённых областях Крайнего Севера, включает консервированные и долгохранящиеся продукты и может быть несбалансирован, о дефиците свежих продуктов забывать нельзя. Кроме того, овощи и зелень характеризуются сезонностью поставок и транспортировкой в замороженном или консервированном виде.

Но зелёный рацион – это ещё не всё. Реальность заполярной среды такова, что она оказывает пагубное воздействие на неприспособленные организмы приезжающих людей. И поражает как физическое здоровье, так и психологическое. Тяжело проходит процесс акклиматизации, сказывается нехватка ультрафиолетового излучения, колебания атмосферного давления, повышенная влажность воздуха в летний период и чрезмерная сухость в зимний. Более того, недавние исследования состояния учёных на немецкой антарктической станции "Ноймайер III" показали уменьшение объема гиппокампа, а также снижение показателей внимания и пространственной ориентации. Учёные связывают такие последствия с длительным пребыванием полярников в однообразных закрытых пространствах, социальной изоляцией (ограниченная группа исследователей), депривацией окружающей среды (однообразный антарктический ландшафт заснеженных пустынь).

Возможным, но, конечно, не единственным вариантом решения проблем психологического характера могут и должны стать зимние сады и оранжереи, включённые в состав научно-исследовательских станций и прочих сооружений, расположенных на значительном удалении от поселений. Общеизвестно положительное влияние зелёного цвета на психику человека, а создание помещений с большим числом растительных видов сможет хотя бы частично разнообразить однообразный снежный ландшафт.

Итак, свежая зелень и растения необходимы в Заполярье. Но как же их выращивать в экстремальных средовых условиях?

Что может предложить архитектура

Проблему нехватки свежих зелёных растений в Заполярье могут решить два вида строений. Это производственные оранжереи (или теплицы) и зимние сады. Первые предназначены как для выращивания продуктов питания, так и для проведения научных исследований.  Вторые выполняют функцию рекреаций.

При этом разные типологии строений требуют и разного проектирования и эксплуатации. Для оранжерей и теплиц важны вопросы инженерного обеспечения: контроль температуры и влажности, варианты и режимы освещения, а также выбор способа выращивания: традиционный с использованием почв, гидропонический или аэропонический. Главное же отличие зимнего сада: это свободно посещаемое место, предназначенное прежде всего для людей, их эмоциональной разгрузки и психологического комфорта. Такое место должно быть комфортно прежде всего людям, что исключает очень влажный и тёплый микроклимат. Но вместе с тем важно и грамотное проектирование условий для роста и развития растений, наполняющих зимний сад: это вопросы равномерного поступления освещения и удобства ухода за растениями.

Немного о средовых факторах

Температура. Задумать что-то пропускающее много естественного света, то есть зачастую стеклянное, в условиях падения температур до - 70 С^о – дело непростое. При таких высоких перепадах фактор температуры становится одним из первоочередных при проектировании и влияет на очень многие аспекты. Необходимо учитывать не только нормы по теплосбережению, оказывающие влияние на объёмно-пространственную композицию, но также и проводить подбор специальных материалов для конструкций, остекления и утепления, способных выдержать столь низкие температуры и не потерять в качестве.

Вечная мерзлота. Всем известны беспощадные ледяные почвы. Вмешательство в их структуру и последующее неконтролируемое поступление тепла приводит к неизбежному таянию льда. Что, в свою очередь, провоцирует потерю несущей способности грунта, осадки почвы и, наконец, частичное или полное обрушение зданий, элементов инфраструктуры и сетей. И если уж обычный жилой дом построить на вечномёрзлых грунтах – непростая задача, то устройством и проектированием функциональных оранжерей и зимних садов должен заниматься опытный специалист.

Неравномерность поступления солнечного тепла. Подобные периоды полярной ночи и полярного дня могут длиться от двух суток до шести месяцев. Без дополнительных мероприятий по досвечиванию или притенению растения неизбежно будут страдать то от дефицита, то от избытка солнечного света.

Существующие зимние сады и оранжереи Заполярья

Анкоридж. Аляска, США. Аляскинский ботанический сад

Небольшая одноэтажная оранжерея для нужд сада была сооружена в 2017-м году. Её площадь составляет 110 м². Архитектор – Тамас Дик (Tamas Deak, KPB Architects).

Главная конструктивная особенность – расположенный под углом витраж, поддерживаемый деревянной конструкцией. Он обращён на юг и оптимизирует получение максимального количества солнечных лучей. Из инженерных особенностей стоит отметить подземную гидравлическую систему отопления и охлаждения, которая помогает регулировать внутреннюю температуру круглый год, что увеличивает время посадки. Кроме того, строение оборудовано энергоэффективными системами освещения и собственной системой водонагрева.

Используется оранжерея как для выращивания теплолюбивых, неспособных расти в открытом грунте под воздействием арктического климата растений, так и для проведения лекций и семинаров, и (частично) как рынок. По словам архитектора, оранжерея должна способствовать исследованиям, образовательным программам и проведению общественных мероприятий в ботаническом саду.

Фото отсюда. 

Фото из архива автора.

Perlan. Рейкьявик, Исландия

Раньше это было обычное здание городской котельной, построенное в 1939 году и расположенное на холме Оскъюхлид (Öskjuhlíð). В 1991 году оно было преобразовано архитектором Ингимундуром Свейнссоном (Ingimundur Sveinsson). Строение составляют шесть циллиндрических резервуаров с водой, расположенных вокруг центрального объёма. Каждый резервуар вмещает четыре миллиона литров: вода подогревается геотермальными источниками и используется для нужд сада. Однако не все резервуары заполнены водой – в одном из них устроен планетарий, а в другом – музей восковых фигур. Интересной конструктивной особенностью является то, что стальная рама – не только несущая конструкция, но также и трубопровод, проводящий горячую воду по всему зданию в зимнее время года, а в летнее время – холодную. Сверху здание перекрыто светопрозрачным куполом.

На первом этаже расположен большой зимний сад, его площадь 10 000 м², он используется для проведения концертов.

  Фото отсюда. 

 Фото отсюда.

Зелёное иглу, Нунавут, Канада

Зелёные иглу – это проект теплиц, имеющих форму геодезических куполов. В них выращиваются овощи и зелень методом гидропоники и "вертикальных теплиц". Проект был реализован компанией Growing Spaces. Реализация проекта в самой северной части Канады имела ряд особенностей: вечная мерзлота препятствовала традиционному способу выращивания растений, да и местная культура инуитов более привычна к охоте и рыбалке. Таким образом, помимо производственной функции, "Зелёные иглу" выполняют образовательную задачу по знакомству инуитов с непривычным им образом производства пищи.

Геодезические купола были выбраны по нескольким причинам: они выдерживают нагрузки от ветровых порывов до 180 км/час и снегозаносы высотой до двух метров; элементы узлов и покрытий модульные и могут быть при необходимости легко заменены; комбинирование светоотражающих кровельных материалов, резервуаров с водой и общей изоляции показывает хорошие результаты по предотвращению самонагрева в летние периоды.

Сайт проекта приводит следующие данные о количестве выращиваемых видов: 47 видов овощей и фруктов, 63 вида трав и 45 декоративно цветущих видов.

 Фото отсюда.

Отечественный опыт

Полярно-альпийский ботанический сад-институт. Кировск, Мурманская область

Говоря об отечественных арктических оранжереях, невозможно не упомянуть о Полярно-альпийском ботаническом институте. На его территории возведено два строения, вмещающих коллекции тропических растений и суккуленты. Одноэтажные здания спроектированы с классической скатной светопрозрачной кровлей (в ходе недавних ремонтных работ стекло было заменено на поликарбонат), поддерживаемой стальными фермами и арками. Внутри действует система досвечивания.

  Фото отсюда.

Филиал Института биологических проблем криолитозоны СО РАН. Якутск

Расположенный в Якутске ботанический сад работает круглый год, а его коллекция растений насчитывает более трёхсот видов. Скатная кровля сада покрыта матовым полупрозрачным пластиком, поддерживается стальным каркасом. Светопрозрачная конструкция дополнительно затеняется с апреля по сентябрь, что бы уберечь растения от перегрева и ожогов. В остальное время производится подсветка, до 12 часов в день. Также в зимнее время, когда растения находятся в фазе покоя, температура в саду держится на уровне +18 С^о. В летнее время температура может подниматься до +40 С^о. Помимо основного помещения оранжереи тропических растений, также имеются оранжереи саженцев и маркет-оранжереи.

Фото отсюда.

Антарктика

Станция "Ноймайер III". Германия

Неподалёку от немецкой научно-исследовательской станции "Ноймайер III" находится небольшое прямоугольное одноэтажное здание вовсе без окон, на высоких опорах. Это экспериментальная аэропонная теплица Eden-ISS. Проект по выращиванию в ней овощей и зелени курируют Немецкий центр авиации и космонавтики и Институт полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера. Все работы направлены на разработку систем выращивания продуктов питания для международной космической станции и будущих космических аппаратов и планетарных аванпостов.

В число инженерных систем входят сама аэропонная система, обеспечивающая выращивание растений без почвы (путём обогащения питательными веществами посредством аэрозоля), высокоэффективная система светодиодного освещения, система обеззараживания. Свежими продуктовыми результатами научных экспериментов круглогодично снабжается станция "Ноймайер III".

 Фото отсюда. 

Станция "Великая китайская стена", КНР

Проект реализован в 2015 году компанией Shanghai Dushi Green Co. Площадь теплицы составляет 50 м². Прямоугольное в плане сооружение поддерживает система опор, поднимающая его над вечномёрзлыми грунтами. Стальные конструкции образуют вертикальные стены и скатную кровлю, заполненную светопрозрачным материалом. Для оптимизации получения солнечных лучей  и, как следствие, успешного выращивания овощей здесь применён материал Plexiglas Alltop, светопропускающая способность которого составляет 90%. Это многослойные листы оргстекла толщиной 16 миллиметров обеспечивают хорошую изоляцию и УФ-прозрачность. Кроме того, этот материал не желтеет даже после тридцати лет использования.

Сотрудники научной станции выращивают в оранжерее несколько видов овощей, таких как кабачки, тыква и пак-чой (китайская капуста).

   Фото отсюда. 

Подводя итог, стоит отметить, что, безусловно, строить и эксплуатировать оранжереи и теплицы, зачастую предполагающие большую площадь остекления, в Заполярье непросто. Однако такой вид сооружений уже сейчас имеет большой потенциал, особенно при создании оранжерей и зимних садов, включённых в состав более крупных образований, таких как научно-исследовательские станции. Функционируя для пользы и повышения комфорта полярников и других людей, работающих вахтовым методом в экстремальных регионах Заполярья, такие сооружения могут стать частью новой арктической архитектуры. Главной целью которой является повышение безопасности и комфорта проживания человека за полярным кругом.

Автор: Савинова Валерия Анатольевна, аспирант заочного отделения аспирантуры Московского архитектурного института.

Литература

1.      Природа Ямала / В. Н. Большаков, В. С. Балахонов, В. Д. Громик [и др.]. – Екатеринбург : Уральская издательская фирма "Наука", 1995. – 435 с. – ISBN 5020074357.

2.      Шаронов, А. Н. О сбалансированности рационов питания для Арктики / А. Н. Шаронов, С. А. Лопатин, Е. А. Шаронов // Научные проблемы материально-технического обеспечения Вооружённых Сил Российской Федерации. – 2019. – № 1(11). – С. 204-213.

3.      Солонин, Ю. Г. Медико-физиологические проблемы в Арктике / Ю. Г. Солонин, Е. Р. Бойко // Известия Коми научного центра УрО РАН. – 2017. – № 4(32). – С. 33-40.

4.      Stahn, A. C. et al. Brain changes in response to long antarctic expeditions. N. Engl. J. Med. 381, 2273–2275 (2019).

5.      Савинова В. А. Особенности проектирования зеленых зон в научно-исследовательских комплексах  в экстремальных условиях Арктики // Наука, образование и экспериментальное проектирование в МАРХИ : Тезисы докладов международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, молодых ученых и студентов. – Москва: МАРХИ, 2019. Сборник тезисов. – С.58-59