При современном проектировании жилищных комплексов важно использовать не только стандартные подходы, но и нестандартные решения, которые пока не находят своего отображения в устаревших нормах  по строительству. Сейчас много строится зданий, где крайне трудно соблюдать требования документации и нормативов по озеленению, поэтому новейшие мировые разработки и их внедрение позволят решить эти проблемы и улучшить современный вид новостроек. 

Формулирование целей статьи

Целью статьи является раскрытие преимуществ создания зелёных стен в современной ландшафтной архитектуре городской среды.

 Изложение основного материала

Название «Зелёная стена», в дальнейшем  зелёные стены, совместно с названием «Вертикальный сад»  являются  терминами, используемыми для обозначения покрытых растительностью по всей форме поверхностей стен (Green roof organization, 2008) [1].  Зелёные стены не только невероятно красивы, но и полезны в оживлении структуры городской среды. Зелёные стены способны поглощать нагретый газ в воздухе и понижать температуру,  как в помещении, так и снаружи. Кроме этого, они обеспечивают более качественный состав воздуха внутри зданий,  одновременно создавая более привлекательные места для внутренней рекреации и оформления интерьера (Yeh 2012) [2]. Снаружи зелёные стены замедляют поток дождевой воды и обеспечивают пищей и кровом  различных птиц и насекомых (Thomson and Sorvig 2000) [3].

Преимущества зелёных стен

Вертикальные сады обеспечивают большие экономические и экологические преимущества, а также высокую эстетическую ценность. Эти преимущества позволяют изменять параметры различных зданий путем внедрения новых технологий создания зеленых стен, их растительного многообразия и неповторимости, а также выбора освещенности растений c использованием   LED – ламп. В этой части рассматривается важные преимущества зеленых стен.

1. Красота и изобилие растений зеленых стен добавляют сильный визуальный эффект городской среде.

Растения являются одним из самых быстрых, наиболее экономически эффективных агентов для исправления негативного восприятия невзрачной городской среды и повышения привлекательности в зданиях общественного профиля, а также значительно улучшают визуальные свойства, экономические и социальные условия города. Применение вертикальных садов показало, что происходит увеличение стоимости недвижимости за счет резкого повышения удобства зданий и установления более высокого общественного признания, превращая их в узнаваемые местные достопримечательности [4].

2. Зелёные стены прикрывают вид плоских или некрасивых стен и обеспечивают защиту здания.

Защита в основном производится за счет уменьшения колебаний температуры на наружной оболочке здания. Уменьшение колебания температуры снижает расширение и сокращение строительных материалов и увеличивает продолжительность жизни здания. Зелёные стены ограждают здания от ультрафиолетовых лучей и кислотного дождя, уменьшают образование трещин и карбонизацию оболочки здания, при этом улучшается его долговечность и срок службы увеличивается (Doernach 1979) [5].

3. Зелёные стены снижают уровень шума.

Почва и растения, которые используются для высадки в вертикальных садах, обладают  функцией шумового поглощения. По этой причине они могут выполнять шумопоглощение,  которое происходит как в самом здании, так и в его закрытых зелеными стенами  областях. Зелёные стены обеспечивают создание буфера шума, который значительно снижает внешние шумы и вибрации (до 40дБ) внутри  домов и на рабочих местах [6].

Маленькое, закрытое  зеленью пространство, расположенное вокруг рабочего места в офисе, приведет к снижению шума на 5 децибел (Jacobs 2008) [7].

4. Экономия воды и на полив требуется меньше усилий.

Одним из самых больших преимуществ вертикальных садов, является то, как они управляют водой. Полив растений в этих вертикальных садах осуществляется очень эффективно, это делается с помощью системы капельного полива или системы гидропоники. Любые выпавшие осадки собираются в нижней части сада в специальном лотке. Эти осадки могут быть переработаны и запущены обратно в сад специальными насосами. Это означает, что вся практически вся вода расходуется растениями и там очень мало отходов. Современные системы вертикальных садов, кроме сбора воды, имеют и дренажную систему для отвода избытки влаги. Кроме сбора осадков, предусмотрена возможность подвода воды из коммунальных систем города или специальных накопителей воды, установленных в различных местах зданий [8] .

5. Снижают уровень CO2 и увеличивают поступление кислорода и улучшают качество воздуха.

Зелёные стены имеют непосредственные экологические преимущества в сокращении выброса парниковых газов и других летучих органических соединений из наших загрязненных городов. Растения действуют как естественные био-очистители и играют важнейшую роль в повышении качества городского воздуха путем биохимических процессов удаления и разрушения в воздухе загрязняющих веществ как снаружи, так и внутри здания. Благодаря фотосинтезу растений, которые производят чистый, богатый кислородом воздух, видна ценность использования  живых растений в качестве биофильтра в загрязнённых городских условиях. Приблизительно 1 квадратный метр зеленой стены будет фильтровать воздух для приблизительно 100 квадратных метров офисной площади. Рассмотренный в общем пример показывает, что создание только одной зеленой стены на одном из домов на улице из 50 домов, равно высадке 50 крупных деревьев на этой улице [9].

Еще одним преимуществом вертикальных садов является то, что они улучшают качество воздуха застроенных территорий, как внутри домов, так и снаружи. Это происходит потому, что растения являются естественными фильтрами – принимая диоксид углерода из воздуха и заменяя его необходимым кислородом. Они также помогают фильтрации загрязняющих веществ из воздуха. Это означает, что воздух, которым вы дышите, гораздо чище и здоровее[8]. Исследования показали, что существуют значительные более низкие концентрации токсинов в районе, где расположены вертикальные сады (Wolf 2002) [10].

6. Зелёные стены предотвращают влияние  от воздействия пыли и вредных микроорганизмов.

Растения снижают скорость ветра и также предотвращают попадание пыли во влажной среде, которая создана их корнями и листьями. При помощи этой среды, растения вызывают исчезновение вредных микроорганизмов, улучшают качество воздуха. Было доказано, что это может уменьшить возникновения кашля на 30 %,  уменьшить сухость в горле и раздражение на 24% благодаря установленным в помещениях зеленым стенам и очистке офисного воздуха растениями. Растения поглощают загрязняющие вещества через листья и передают токсины к своим корням, где они превращаются в пищу для растений. С таким естественным очищением воздуха в офисе люди имеют меньше шансов быть больными. Помещения с растениями содержат  меньшее количество в  воздухе плесени и бактерий на 50-60 %, чем в помещениях без растений [11].

7. Зелёные стены действуют как естественная изоляция для горячего и холодного воздуха и способствуют экономии энергии для вашего здания.

Зелёные стены снижают требования кондиционирования воздуха и потребление энергии городских зданий через охлаждение города. Растительность на стенах может помочь в охлаждении зданий летом и действуют изолирующие на них в зимний период. Зимой, вечнозелёные виды растений предлагают высокую степень изоляции путем улавливания слоя воздуха напротив фасада и уменьшение конвекционной потери тепла. Изолирующий эффект до 30% был зафиксирован, хотя такой высокий процент является лишь вероятным, когда температура опускается близко к замораживанию.  Экономия энергии более значительна на хорошо изолированных зданиях, с такими, как имеющими полости в стенах из кирпича. В течение лета, горячие стены вызывают повышение температуры  внутри зданий, и это приводит к растущему спросу на системы охлаждения и способствует большему увеличению потребления  энергии. Когда здания имеют зелёные стены, температура  поверхности здания под зеленой стеной уменьшается, и снижается значение  тепловой нагрузки. Зелёные стены могут уменьшить температуру на целых 15 ° F, что приводит к значительной экономии кондиционирования воздуха [12].

В Токийском технологическом институте  тесты показали, что зеленая стена  снижает температуру стенки на 10 ° С. Был также сделан вывод, что зеленая стена может уменьшить передачу энергии здания на 0.24kWh / м².   Расчеты в экономии энергии зелеными стенами в значительной степени зависят от направления стены, куда она  обращена, от угла солнца, и многих других факторов [13].

8. Растения зелёных стен становятся менее доступными для болезней и вредителей.

Так, как они растут вертикально, многие вредители не могут даже добраться до растений. Это означает, что у вас будут очень маленькие проблемы с вредителями, способными  атаковать ваши растения, так что вам не нужно использовать пестициды или инсектициды для растений зелёных стен, экономя с использованием химических веществ. Кроме того, воздух хорошо циркулирует вокруг вертикального сада и растения также получают много солнечного света, так что существует гораздо меньший риск заболеваний растений, страдающих от плесени, грибков или болезней [8].

9. Зелёные стены уменьшают уровень стресса, создают спокойную атмосферу.

Вертикальные сады показали, что восстановительное действие природных пейзажей держит внимание зрителя, отвлекает их от замыкания «в себе» и от тревожных мыслей и вызывает чувство медитации. Они помогают облегчить физиологические и психологические давления городской жизни, предоставляя духовную и физическую связь с природой. Красота зелёных стен на  покрытиях из бетона и стали может омолодить наш ум и физическая усталость значительно снижается. Участники Texas A & M University и исследования Surrey University также сообщили, что возникало чувство быть более внимательными и работоспособными, когда растения присутствовали на фасадах домов. Участники, которые работали в среде с растениями, были на 12% более производительными и меньше подвержены стрессу, чем те, кто работал в среде без каких-либо растений (Gilhooley 2002)[14].

10. Зелёные стены повышают ценность и посещаемость вашего дома или офисного здания.

Американские и британские исследования показывают, что наличие зелёных стен может увеличить стоимость имущества на 6-15% [15].

11. Зелёные стены создают возможность восстанавливать места, где дикая природа может выжить.

Природные места обитания исчезают с угрожающей скоростью, и потеря среды обитания является угрозой номер один для дикой природы сегодня. Зелёные стены являются частью решения, способного помочь восстановить дикую природу мест обитания для различных видов птиц и насекомых. Тщательно подбирая ассортимент и делая посадки привлекательных видов растений, зелёная стена может привлечь птиц и бабочек. Зеленые стены могут быть разработаны таким образом, чтобы обеспечить идеальные условия для птиц, пчел и бабочек, чтобы они могли выжить. Они могут обеспечить источниками воды, продуктами питания, защиты, а также местами, чтобы выносить и вырастить потомство [16].

12. Зеленые стены помогают смягчить городской тепловой эффект.

Городской тепловой остров (Urban Heat Island ,UHI) является городским районом, который значительно теплее, чем его окружающая сельская местность, особенно в конце второй половине дня и ночи в зимний сезон.

Во избежание путаницы с глобальным потеплением, ученые называют это явление «Urban HeatIsland Effect». «Есть несколько причин, которые могут объяснить эффект возникновения городского теплового острова, но основной причиной этого является чрезмерное развитие городов. Зелёные стены являются на сегодняшний день самым популярным способом охлаждения города. Зелёные стены в борьбе с охлаждением зданий и возникновением городского теплового острова показали хорошую эффективность и способны значительно уменьшить этот эффект, поглощая много тепла через процесс испарения» (Yamada 2008) [17].

Выводы

Для широкого внедрения создания зеленых стен в строительстве на пост-советской территории необходимо, прежде всего, изменить традиционный подход и изменить существующие ГОСТы и правила, принятые в строительстве, обязать застройщиков предусматривать возможность создания таких объектов, пусть даже в экспериментальном плане. На сегодняшний день эти технологии пока не получили достаточного развития на территориях таких стран как Россия, Украина, Беларусь.

Интересен в этом плане опыт Казахстана, где в 2014 году были разработаны новые правила и новые нормы озеленения жилищных кварталов. В этих нормах предусмотрено значительное увеличение площадей зеленых насаждений в расчете на одного жителя. С 2015 года началось строительство первого в Казахстане в г. Астана «Зеленого квартала», где будут внедряться зеленые стены на фасадах зданий и другие  инновационные идеи современной ландшафтной архитектуры.

Современные методы озеленения городского пространства позволяют решать проблемы экологии без сноса домов для создания нормативного количества озелененных зон. Одной из таких технологий являются вертикальные сады, которые выступают не только как украшение фасадов, но и очищают воздух, обеспечивают психологический комфорт, возвращая элементы природы в урбанистическую среду.

Формулирование целей статьи

Целью статьи является раскрытие конструктивных особенностей создания вертикальных садов и их классификация.

Изложение основного материала

Вертикальные сады можно рассматривать в двух основных категориях: зеленые фасады и живые стены. Категории можно разделить на подкатегории (рис.1).  Зеленые фасады состоят из выращенных растений, которые растут непосредственно на стене или в специально предназначенных емкостях для этих конструкций. С одной стороны, опорная конструкция может связывать растения с грунтом, и может обходиться без этой привязки. С другой стороны, в живых стенах модульные панели часто состоят из полипропиленовых пластиковых контейнеров, геотекстиля, которые не имеют связи непосредственно с грунтом вокруг здания, но имеют различные оросительные системы и питательные субстракты для хорошего роста растений [Green roof organization 2008) [1].

 Рис.1 Классификация вертикальных садов.

Кроме этого, вертикальные сады могут быть созданы при помощи других конструкций и со многими системами [2]. Эти системы включают в себя следующие структурные концепции (рис.авт.2).

Рис. 2 Конструкции, используемые при создании вертикальных садов.

   1. Зелёные фасады.

Зеленые фасады представляют собой тип зеленых стен (вертикальных садов), в которых преобладают вьющиеся растения и они созданы из каскадной растительности. Зеленые фасады могут быть привязаны к существующим стенам или построены в виде отдельно стоящих конструкций, таких как зеленые ограждения или колонны (Yeh 2012) [2] .

   1.1. Панельная система  зеленого фасада «Модульная решётчатая».

Строительный блок этой модульной системы представляет собой жесткую, легкую по весу трехмерную панель, изготовленную из оцинкованной  сварной стальной проволоки, которая поддерживает растения   глубиной панели и гранями сетки (рис.3). Эта система предназначена для сохранения зеленого фасада, приподнятого над поверхностью стены таким образом, что растительные материалы не наносят ущерба зданию, обеспечивая как бы «замкнутость» растений внутри конструкции и создания многочисленных опор для усиков растений внутри ячеек. Кроме того, такая конструкция позволяет сохранять тепло здания с прослойкой из воздушной мембраны между стеной здания и непосредственно конструкцией. Панели этой конструкции могут быть сложены и соединены между собой, чтобы покрывать большие площади, или быть сформированными для создания различных форм здания или кривых (рис.4). Они могут быть сделаны из переработанных материалов или стали, подлежащей вторичной переработке [3].

Рис.3 Панельная система зелёного фасада в форме панели (слева),

колонны (в центре) и изготовленная на заказ (справа)[4].

Поскольку панели являются жесткими, они могут охватывать различные структуры здания и также могут быть использованы для отдельно стоящих зеленых стен.

Рис. 4 Модульные решётчатые панели (слева) и изогнутая панель (справа)[4].

1.2. Системы зеленых фасадов из сетки и проволочных тросов и канатов.

При планировании создания такой системы широко используются металлические  и другие тросы и канаты в качестве опорных конструкций для растений (рис.5). Используемые натяжные сетки из этих материалов для зеленых фасадов предназначены для поддержки более высокого роста вьющихся растений с более плотной листвой. Эти сетки часто используются для поддержания медленно растущих растений, которые нуждаются в дополнительной поддержке. Такие системы позволяют натянуть канаты в более близких интервалах, чем стальные конструкции, рассмотренные выше. Обе указанных системы используют высокопрочные стальные  тросы, анкеры и дополнительное оборудование. Различные размеры и конструкции могут быть созданы путём использования гибких вертикальных и горизонтальных проволочных канатов и тросов, соединенных крестовыми зажимами (Yeh 2012)[2].

Рис.5 Тросово-канатная система вертикальных садов в MFO Park Switzerland [5].

2. Живые стены.

Живые стены – в дальнейшем – био-стены или вертикальные сады. Система живых стен состоит из  предварительно подготовленных панелей с высаженной растительностью, которые образуют вертикальные модули или создают эффект «ковра». Эти панели могут быть изготовлены из пластика, пенополистирола, синтетической ткани, а также их глины, металла, бетона. Панели способны поддерживать большое разнообразие и высокую плотность посадки растений, которая может колебаться от нескольких десятков растений на один метр площади до нескольких сотен (200-300  растений на метр площади). Живые стены нуждаются в большем уходе, чем системы зеленых фасадов, из-за многочисленного разнообразия растений и их большей плотности посадки. Живые стены состоят из трёх составляющих: металлического каркаса, слоя ПВХ, и воздушного слоя (не нужна почва). Эта система прекрасно себя зарекомендовала при использовании на различных объектах во всем мире. Смесь растительности в такой системе состоит из многолетних цветов, низких кустарников, различных видов папоротников и разнотравья, мхов и т.д. (рис.6). Эта система хорошо работает в разных климатических условиях. Таким образом, выбор  видов растений позволит  лучше адаптироваться к преобладающим в той или местности климатическим условиям и позволит сделать содержание системы менее затруднительным [2]. В этой системе может использоваться автоматический полив и подпитка растений необходимыми жидкими и быстрорастворимыми в воде микроудобрениями, что позволяет сделать более простой и лёгкий уход за такой системой (Yeh 2012)[1,2].

 Рис. 6. Живая стена, установленная в Semiahmoo Library in South Surre (Ванкувер, Канада) [6].

3. Пейзажные стены.

Эти стены эволюция так называемых «берм» ландшафта и они являются стратегическим инструментом  в подходе к созданию «живой»  архитектуры. Пейзажные стены, как правило, наклонены, в отличие от вертикальных зеленых стен и имеют основной функцией подавление шума и стабилизацию склона (рис.7). Они структурированы в той или иной форме укладки материала, изготовленного из пластика или бетона с нишами для растущих растений [1].

Рис. 7 Пейзажные стены [7].

4.  Зелёные растительные мат – стены Патрика Бланка.

Зелёные растительные мат-стены являются уникальной формой зелёных стен, разработанными современным первопроходцем,  французским ученым Патриком Бланком [Patrick Blanc],  который запатентовал и ввел новый способ озеленения [8]. Он предложил перенести зелёный покров с горизонтальной плоскости на вертикальную – технологию, известную как «Вертикальные сады» (Vertical Garden System), что позволяет озеленить большие площади фасадов, а позже включить «Зеленые стены» непосредственно в интерьер зданий. Самым грандиозным проектом вертикального озеленения Патрика Бланка на сегодняшний день является оформление стен музея современного искусства на набережной Бранли в Париже. На стене общей площадью в 800 м² разместилось более 170 видов и 15 000 растений. Сад на набережной Бранли меняет свой внешний вид в зависимости от угла зрения.

Технологические особенности (грунт, орошение, свет).

Основной проблемой создания растительных стен стал поиск несущей плодородной основы, которая не будет осыпаться под действием гравитационных сил, ветра и дождя. Патрик Бланк использует полимерный войлок с микро капиллярной структурой, который проводит питательные вещества и воду от ирригационной системы. Вес одного квадратного метра конструкции, включая растения и опору, не превышает 30 кг, что позволяет их монтировать практически на любой стене. Основой сооружения является рама, которая крепится к стене. На ней размещаются поливинилхлоридные пластинки (толщиной 10 мм), на которых закрепляются 2 слоя (трёхмиллиметровых) с войлоком из полиамидного волокна. Капельный полив осуществляется с помощью насоса и конструкций из трубок питания. Система функционирует в замкнутом круге – корни растений берут необходимое количество влаги, а остаток влаги с помощью реверса накапливаются в нижней части емкости и снова возвращается в систему (рис.8).

 Рис.8 Конструкция зелёной мат-стены Патрика Бланка [9].

5. Модульные живые стены и зеленые стены контейнерного типа.

Модульная система живых стен возникла частично из-за использования модулей для зелёных крыш как приложение с целым рядом технологических новшеств. Модульные системы живых стен состоят из квадратных или прямоугольных панелей разных размеров, которые содержат питательную среду для поддержки роста растительного материала. Модульные живые стены появились позже, чем ковровые вертикальные сады. При этом методе создания вертикальных садов растения располагаются в т. н. «Фитомодулях» – обычно это ящики из пластика или металла, в которые высаживаются растения с грунтом или без него, в зависимости от технологии. После высадки растений фитомодули должны находиться в горизонтальном положении несколько недель для укоренения растений, после чего их можно монтировать на стену. Этот метод позволяет избежать перелива воды и монтажа оборудования системы водоотвода. Вес такой конструкции составляет 45-95 кг /м². Растения для создания такого вертикального сада подбираются индивидуально, в зависимости от конкретных климатических условий и общего архитектурного решения. Преимущественно применяют низкорослые виды до 35 см. В качестве примера модульного вертикального озеленения может служить «Зеленая живая стена», которую разработал архитектор Эмилио Лобато (Emilio Lobato). Эта система была разработана на заказ и при поддержке компаний «Magla Architects», «Azahar Energy» и «Сeracasa» (рис.9).

Рис.9 Модульные живые стены архитектора Эмилио Лобато [10].

Размер каждой плитки (модуля) – один квадратный метр, что позволяет создать множество комбинаций растений. Технологию «живых зеленых стен» используют с другой технологией от компании «Ceracasa» – «бионической фарфоровой фасадной плиткой». Она выполнена из фарфора и поглощает солнечные лучи. Благодаря энергии солнца плитка впитывает загрязняющие вещества из воздуха. Эти технологии дополняют друг друга. «Бионическая фарфоровая плитка» фильтрует вещества, которые поступают к растениям «живой зеленой стены», контролируя их нормальный рост. Тестирования этой системы показали, что при ее использовании на 200 домах, более 2,6 миллионов кубических метров воздуха в год были бы обеззаражены и 400000 человек смогли бы дышать намного чище воздухом [11].

   Зеленые стены контейнерного типа (рис.10)