УДК 72.012.27:631.2

Кандидат арх., профессор Магай А.А., Семикин П.П.

Открытое акционерное общество «Центральный научно-исследовательский и проектный институт жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища)», Россия

Архитектура высотных сельскохозяйственных ферм

Актуальной проблемой в ближайшие 50 лет станет проблема обеспечения жителей Земли продуктами питания. По прогнозам социологов население Земли к середине нынешнего столетия достигнет 9 млрд. человек, при этом 80% населения будет проживать в городах, оставшиеся 20% при нынешней культуре возделывания земли и получения урожая, вряд ли смогут накормить городское население. Большая часть обрабатываемой в настоящее время земли истощена, добавление гербицидов и других химикалий усугубляет экологическую обстановку, изменяя окружающую среду в худшую сторону. Специалисты уже сейчас ищут пути решения данной проблемиы. Одним из таких вариантов является концепция вертикальных ферм, впервые опубликованная в апреле 2007 года профессором микробиологии и экологии Колумбийского университета доктором Диксоном Деспомьером (Dickson Despommier) в журнале «Нью-Йорк». По словам профессора, это единственный выход накормить население будущего и предупредить глобальное потепление.

Проектирование и строительство таких ферм требует привлечения передовых идей и проведения новых исследований сразу в нескольких областях: архитектуре, гидропонике, микробиологии, генетике растений и животных, утилизации отходов, энергетике. Разработанные проекты ферм помогают вникнуть в проблемы данного типа сооружения.

На данный момент существует несколько десятков проектов вертикальных ферм. Одной из первых была вертикальная ферма «Стрекоза» (англ. «Dragonfly») бельгийского архитектора Винсента Каллебо (Vincent

Рис. 1. Общий вид и используемые технологии в высотной вертикальной ферме «Стрекоза», архитектор Винсет Каллебо (Бельгия).

Callebaut). Здание включает в себя 132 этажа, общая высота составляет 600 метров (рис.1). В этом объекте запроектированы офисы, исследовательские лаборатории, жилые помещения и общественные пространства, а также фруктовые сады, фермы и производственные помещения. Небоскрёб способен разместить до 28 различных сельскохозяйственных участков для производства фруктов, овощей, зерновых культур, мяса и молочных продуктов. Растениеводство и животноводство располагаются вдоль крыльев стрекозы. Объемно-пространственное решение представлено двумя симметрично расположенными башнями вокруг массивной климатической теплицы, которая их соединяет и размещается между двумя прозрачными крыльями, форма которых повторяет структуру крыльев стрекозы. Внешняя отделка в сочетании с бионическим структурным остеклением обеспечивают необходимые условия для выращивания растений и животноводства. Внутренняя часть палисадников жилых и офисных помещений формирует консоль, оснащенную шестиугольными секциями с гидропоникой, благодаря чему увеличивается количество слоев с выращиваемыми культурами. Предполагается, что небоскреб будет полностью обеспечивать себя энергией за счет солнца и ветра. Место для строительства предусмотрено на острове Рузвельта, практически в центре Нью-Йорка.

Следующим проектом стала вертикальная ферма «Plantagon», которая согласно проекту, представляет собой гигантскую сферическую теплицу с пропускающими солнечные лучи стенами (рис.2). Предполагается, что она будет сконструирована на основе геодезического купола, что обеспечит ей отличные несущие свойства. Внутри теплицы будет находиться спиральная платформа, поднимающаяся до самого верха купола. На ней будут расположены участки с растениями, которые, по замыслу авторов проекта, будут получать необходимую долю солнечного освещения и питательных веществ. Конструкторы объекта полагают, что создание подобных теплиц в городах позволит выращивать экологически безопасные сельскохозяйственные культуры даже в условиях современных мегаполисов.

Рис. 3. Общий вид и внутренние пространства вертикальной фермы

«Circular Symbiosis Tower»

В отличие от большинства проектов вертикальных ферм, предусматривающих их размещение в городской среде, проект южнокорейских архитекторов «Circular Symbiosis Tower» предусматривает новый облик не столько фермы, сколько нового сельского поселения (рис.3). Вертикальная ферма состоит из платформ, покрытых травой, которые расположены по спирали, идущей с первого этажа до самого верха объекта. Окружающие ядро спирали выполняют несущую функцию для ферм, рынка на первом этаже, жилых квартир, ресторана, а также расположенной на высоте зоне отдыха. Пастбища расположены непрерывными террасами, для получения необходимого уровня освещенности, а на некоторых уровнях установлены экраны для защиты животных от жары. Полноценное и устойчивое функционирование фермы опирается на симбиоз между пастбищами для коров и кур.

Одной из самых оригинальных и футуристических идей, стала концепция итальянских архитекторов из «Studiomobile», придумавших вертикальную морскую ферму «Seawater Vertical Farm» для Объединенных Арабских Эмиратов (ОАЭ). Небоскреб использует местные ресурсы для создания экологически чистых продуктов, чтобы сделать Дубай более чистым, зелёным. Конструкция задумана в виде побега, разветвляющегося воздушными садами; она использует морскую воду для создания экосистемы, обеспечивая возможность выращивания злаков среди облаков. Вертикальная ферма использует морскую воду для охлаждения и увлажнения воздуха в теплицах, а солнечный свет помогает превращать солёную воду в пресную, обеспечивать ею тысячи растений.

Одним из наиболее комплексных проектов стал «Harvest green project» от «Romsesarchitects», проект победитель конкурса «The 2030 challenge» в Ванкувере. Башня состоит из взаимосвязанных камер, в которых выращивают разнообразные фрукты и овощи, также в них находятся птицеферма и рыбоводческое хозяйство. На верхней части вертикальной конструкции установлена цистерна для сбора дождевой воды, для полива растений и обеспечения всех животных. В основании башни – пастбище для домашнего скота, а так же зона обитания птиц, сооружения для мелкого рогатого скота. Ниже – бакалейный магазин, сельскохозяйственный рынок и ресторан «Harvest Tower Restaurant» (см. рис. 4). Предусмотрены следующие источники возобновляемой энергии: ветряные турбины на крыше и фотоэлектрические панели на окнах, геотермальные тепловые насосы и установка по производству метана из компоста. Небоскрёб сможет не только производить местные натуральные пищевые продукты, но и сможет обеспечить людей работой и стать образовательным центром Ванкувера.

Еще одна идея вертикальной фермы была предложена в столице Великобритании - «London Farm Tower» от архитектора Брэндона Мартелла (Brandon Martella). Здание расположено на южном берегу реки Темза. Небоскреб собирает дождевую воду и энергию солнца подобно дереву, для обеспечения энергонезависимости. Ветер проходит сквозь вертикальные турбины, которые расположены по периметру всего здания. На жилых этажах организована естественная вентиляция через оконные проемы. Один миллион квадратных метров земли в небоскребе может производить в среднем 1500 тысяч фунтов разнообразных овощей и фруктов, обеспечивая в среднем 20% питания Лондона.

На основе анализа приведенных примеров, можно выделить следующие обобщенные характеристики проектов вертикальных ферм: полная энергетическая независимость, благодаря использованию солнечной, ветровой и энергии биомассы; системы сбора и очистки воды, переработки СО₂ и отходов; гибкая конструкция и возможность установки дополнительных юнитов; зеленые сады, гидропонные и аэропонные участки для выращивания растений и зерновых культур, бассейны с рыбой, фермы с животными; участки с экспериментальными культурами (см. рис. 5).

Все проекты предусматривают соседство с человеком. Продукты с вертикальных ферм поставляются в расположенные неподалеку магазины и рестораны. Помимо промышленных, производственных и общественных

Рис. 5. Схема возможных функций в вертикальных сельскохозяйственных фермах

помещений, в здании могут находиться офисы и квартиры. Таким образом, по архитектурно-функциональному наполнению, можно классифицировать типы высотных вертикальных сельскохозяйственных ферм следующим образом (таблица 1).

Таблица 1

Архитектурно-функциональная классификация высотных сельскохозяйственных ферм

№ п/п	Функции, находящиеся в высотном здании	Краткое описание взаимодействия функций
1.	Ферма	Включает разнообразный комплекс по выращиванию растений и разведению домашней птицы, животных.
2.	Ферма + жилье	В здании предусматриваются определенные «блоки» или этажи для проживания людей. Целевыми группами могут быть как обслуживающий ферму персонал, так и обычные люди. Происходит реализация схемы «квартира + участок земли». Каждый житель может выращивать необходимые растения, как это происходит сейчас в частных домах.
3.	Ферма + офисы	В данном случае, желательно предусмотреть специальные сады / зеленые площадки для работников офисов. Это поможет людям восстановить связь с природной средой. Продукты, выращенные на ферме, могут быть использованы в питании людей, работающих в этом здании.
4.	Ферма + производство	В данном типе возможна организация как стороннего производства так и связанного с переработкой, заготовкой продуктов, производимых на ферме.
5.	Ферма + общественно-выставочная + торговая функции	Организация выставок, проведение различных семинаров (для профильных ВУЗов и профессий), а также свободное посещения для желающих, в целях улучшения общего психоэмоционального состояния. Предусматривается оптово-розничная торговля продуктами, производимыми на ферме. Возможна поставка продуктов близлежащим потребителям.
6.	Ферма + производство + торговля	Организация выращивания растений, домашней птицы, животных, оптово-розничная торговля. Формирование специализированных магазинов по продаже экологически чистых продуктов.
7.	Ферма + жилье + офисы	Комплекс, включающий места приложения труда и проживания людей. Возможна организация «зеленых поясов», которые будут связывать фермы и общественные пространства офисной и жилой частей.
8.	Ферма + жилье + торговля + рекреации (общественная функция, зоны отдыха)	Многофункциональный объект, позволяющий осуществлять широкий спектр видов деятельности, начиная от проживания людей, вплоть до прогулок по организованным общественным пространствам.

Возведение высотных вертикальных ферм позволит круглогодично обеспечивать городское население разнообразными свежими продуктами питания, резко сократить срок поставки продуктов к потребителю, приведет к обновлению внешнего вида городов, росту их жизнеспособности, будет способствовать восстановлению экосистемы и оздоровлению среды обитания. Данный тип многофункциональных объектов не только компенсирует ликивидоравнные для строительства небоскреба зеленые насаждения, но и позволит увеличить площадь озеленения за счет вертикальной развитости структуры.