Экоустойчивая архитектура как способ решения экологических проблем Антарктиды

ЭКОУСТОЙЧИВАЯ АРХИТЕКТУРА КАК СПОСОБ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ АНТАРКТИДЫ

В.В. Семенова, студент Д.А. Осетрина, студент Ю.К. Савельева, студент

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

DOI: 10.24411/2500-1000-2018-10319

Аннотация. В данной статье рассмотрены экологические проблемы такого важного элемента экосистемы планеты, как Антарктика. Этот ледяной материк таит в себе не только полезные ископаемые и мировой запас питьевой воды, но и является важны кли-матообразующим фактором на планете, поэтому современные экологические проблемы, вызванные исследовательской деятельностью на территории материка требуют безотлагательных решений. На данный момент в качестве одного из способа борьбы с беспрестанно ухудшающейся экологической ситуацией мы предлагает создание и использование зданий и сооружений по принципам «зелёного строительства», что, несомненно, должно замедлить ухудшение экологического кризиса на материке. Авторы изучили «зелёные» технологии, которые могут позволить минимизировать влияние человека на окружающую среду и добиться положительного результата. В качестве примера была выбрана бельгийская антарктическая станция «Принцесса Елизавета».

Ключевые слова: Антарктида, архитектура, экоустойчивая архитектура, устойчивое развитие, альтернативные источники энергии, экология.

Антарктика обладает огромным ресурсным потенциалом, что делает ее крайне привлекательной как для науки, так и для промышленности. В первую очередь Антарктика крайне богата такими природными ископаемы как: железная руда, каменный уголь, медь, цинк, свинец, графит; а также пресной водой. Однако добыча природных ресурсов на материке полностью запрещена, так как хозяйственная деятельность может вызвать таяние снегов, что приведет к природной катастрофе. Климатологические и метеорологические наблюдения показали, что процессы, протекающие в Антарктиде, являются важными климатообразующими факторами.

В Антарктику каждый год приезжает около 6 тысяч туристов. Большинство из них направляется на Антарктический п-ов, на котором расположены туристическая база и аэродром. В 1990-х годах, в связи с растущей популярностью этого далекого ледяного материка, туризм распространился до моря Росса и районов, расположенных к югу от Австралии.

Покорение Антарктиды началось с экспедиции норвежского исследователя Руаля Амундсена, которая 14 декабря 1911 г достигла берегов материка. Это произошло за месяц до того, как там побывал офицер британского флота капитан Роберт Ф.Скотт. Однако Скотт и его команда, преодолевшие немалые трудности и погибшие на обратном пути, также заслуживают ничуть не меньшего уважения. Спустя 8 месяцев поисковый отряд обнаружил палатку с останками тел участников экспедиции, а также их ценнейшие дневники и коллекции. Вторая экспедиция Амундсена в Антарктику в 1910-1912 стала кульминацией исследований Южного полюса. Эта экспедиция открывает период подлинно научного исследования антарктических районов.

Развитие авиации вновь подтолкнуло ученых к исследованию Антарктики. Благодаря развитию технологий в 1933-1935 году второй экспедиции Ричарда Э. Бэрда удалось картографировать более 500 тысяч квадратных километров поверхности. В

декабре 1946 года ученые из четвертой экспедиции Ричарда Э. Бэрда впервые провели аэрофотосъемку Антарктики площадью более 880 тысяч квадратных километров вдоль береговой линии, протяженность которой составила 8900 км. В результате данной экспедиции был открыты неизвестные ранее острова, заливы, ледники, плато, подводные вулканы, соленые озера, связанные с морем, и 9 горных хребтов.

В 1958 году Антарктида стала районом проведения Международного геофизического года (МГГ). Данное событие внесло неоценимый вклад в изучение и развитие антарктического региона, в ходе него экспедиции из одиннадцати стран построили более 60 станций и баз. Помимо этого во время проведения Международного геофизического года на материке было произведено множество географических, геологических, метеорологических, океанографических, гляциологических, сейсмологических исследований, а также исследования явлений гравитации, геомагнетизма, полярного сияния, физики и химии верхних слоев атмосферы. Благодаря этому следующие научные экспедиции получили в Антарктиде относительно развитую инфраструктуру и намного белее мощную материальную базу. После завершения МГГ и подписания Договора об Антарктике значительно возрос интерес ряда стран к материку [1].

Однако подобная популярность не осталась бесследна и повлияла на Антарктику, на данный момент на территории материка отмечают большое количество экологических проблем.

Из-за сурового климата Антарктида является единственным не населенным материком, исключение составляют полярные исследователи. Но, не смотря на необитаемость региона, экосистема Антарктида особенно чувствительна к загрязняющим факторам, так как из-за низких температур естественные процессы очистки экосистемы протекают здесь в разы медленнее, таким образом, можно судить о том, что загрязнение здесь только накапливается. Так мельчайшие частицы искусственных химикатов, используемых в дру-

гих частях мира, могут быть обнаружены в снегу, который выпадает в этом регионе. Эти вещества концентрируются в организмах представителей местной фауны, таких как рыбы, а порой и отравляют более крупные организмы, таких как пингвины.

Антарктида, однако, экологически наиболее защищенная законом часть Земли. На территории материка действует строгий Протокол по охране окружающей среды к Договору об Антарктике, подписанный в Мадриде 4 октября 1991 г. и вступивший в силу в 1998 г. Он определяет Антарктику как «природный заповедник, предназначенный для мира и науки», и устанавливает основные принципы, применимые к деятельности человека в Антарктике [2].

Наибольший вред материку приносит глобальное потепление, которое затрагивает всю планету в целом. Глобальное потепление - повышение средней температуры на планете, вызванное парниковым эффектом, то есть увеличением концентрации парниковых газов в верхних слоях атмосферы в результате деятельности человека. Выхлопные газы автомобилей, выбросы в атмосферу промышленных предприятий, другие выбросы, связанные с сжиганием топлива, гибель тропических лесов, разложение органики и многое другое приводит к значительному росту концентрации, прежде всего, углекислого газа и метана, которые, в свою очередь, отражают часть инфракрасного излучения от земли, что приводит к ее постепенному нагреву. Данное явление приводит к таянию ледников, а их полное исчезновение влечет за собой повышение уровня Мирового океана на 70 метров и, как следствие, затопление значительно части суши. На сегодняшний день темпы повышения уровня Мирового океана оцениваются в 1 мм/год. Изменение климата приводит к нарушению глобальных процессов, таких как циркуляция водных масс, баланс углекислого газа в атмосфере, и возникновения погодных аномалий.

Еще одна проблема Антарктики - озоновые дыры. Снижение концентрации озона в верхних слоях атмосферы приво-

дит к ослаблению барьерных функций озонового слоя, вследствие чего на поверхность Земли проникает большее количество ультрафиолетовых лучей. Таким образом, озоновые дыры становятся еще оной причиной изменения климата на планете [1].

Согласно новейшим исследованиям ученых, над Антарктидой озоновая дыра постепенно стала затягиваться и, может быть, через десятки лет исчезнет. Если же люди не примут меры для восстановления озонового слоя, а дальше будут способствовать атмосферному загрязнению, озоновая дыра над ледяным континентом может снова увеличиться.

Ничуть не меньшую угрозу представляет для Антарктиды бытовое загрязнение, связанное с деятельностью полярников и туристов. Это вызвано особенностями климата. Из-за экстремально низких температур органический материал там может разлагаться десятилетиями, когда в частях мира с умеренных климатом на это потребовалось бы всего несколько месяцев.

Согласно Протоколу по охране окружающей среды а Антарктике сточные воды и пищевые отходы разрешено сбрасывать в море, всё больше и больше научных станций оснащаются системами биологической очистки сточных вод, которые уменьшают негативный эффект от присутствия человека на континенте.

Однако это не даёт абсолютной гарантии, что вода не будет заражена. Так недавние исследования показали, что очищенные сточные воды, сбрасываемые с американской базы Макмердо в регионе Моря Росса, содержат химикаты огнезащитного состава, известные как ИБСБ, следы которых были найдены в организмах у пингвинов, рыб, губок и морских червей, обитающих поблизости. Уровень этого химиката в сточных водах был близко к среднему уровню населенных областей Европы и США. База Макмердо, вероятно, не является единичным случаем. Однако понять, насколько это затрагивает другие антарктические станции невозможно, так как среди них используются различные технологии очистки сточных вод.

Обращаясь к вопросу решения подобных экологических проблем, стоит отметить, что одним из способов борьбы с ухудшающейся экологической ситуации в последние десятилетие стала постройка и эксплуатации зданий и сооружений, соответствующих экологическим нормам.

Роль зеленых технологий в создании экоустойчивой архитектуры огромна. Они определяются как «экономически безопасные инновационные технологии, позволяющие сократить потребление ресурсов и негативное воздействие на окружающую среду при сохранении их экономической эффективности [3].

Наиболее общим, охватывающим наибольшее число сторон, характеризующих архитектуру, в которой реализованы принципы устойчивого развития, представляется термин «экоустойчивая архитектура». При всем многообразии форм современной архитектуры принципы такого развития определяют сущностный характер построек.

Существуют несколько фундаментальных принципов экоустойчивой архитектуры. Создание устойчивой архитектуры начинается с надлежащего выбора места. Местоположение, ориентация и геодезические показатели выбранного участка влияют на окружающую среду, методы транспортировки материалов и выбор источника энергии. Территория устойчивого здания должна по возможности не влиять на существующую экосистему и на ландшафт местности. Из-за беспрестанного роста населения, потребность в природных ресурсах только увеличивается, из-за этого важно добиться продуманного и экономичного использования материалов для строительства зданий. Для постройки эко-устройчивого здания используются экологически чистые материалы, которые пригодны для повторного использования или переработки. Помимо этого, в ходе проектирования важно добиться оптимизированного использования энергии, а также сокращения расхода воды ля обслуживания нужд жителей здания и его обслуживания [4].

Говоря о «экоустойчивой архитектуре» сурового северного материка, стоит отме-

тить, что Антарктика во всех сферах требует к себе особенного отношения, это относится и к архитектуре строений, пригодных для эксплуатации на территории материка. Это вызвано климатическими особенностями этой зоны, так как Антарктика географически определяется как пустыня. Количество осадков на континенте крайне мало и территориально неравномерно. Вблизи берегов идёт снегопад, но вглубине материка по причине низких температур снег скапливается быстрее, чем тает. Полярные ветры перемещают эти снежные массы по материку, поэтому любой объект, который выступает из общего плоского ландшафта, в скором времени заметает снежным покровом с наветрен-

Бельгийская станция "Принцесса Елизавета" стала первой базой, функционирующей на экологически чистой энергии. Бельгия участвует в научно-исследовательских работах в Антарктиде еще с 1898 года. Еще за год до международного симпозиума в США на «шестом континенте» уже работала бельгийская научная станция Король Бодуэн, которая располагалась на вершине шельфового ледника - Земля Королевы Мод. Но в 1967 году база была законсервирована.

Четыре десятилетия спустя Международная полярная комиссия инициировала

ной стороны. Скопившийся снег может попасть внутрь здания или даже частично его разрушить.

Поэтому в течение стольких десятков лет единственным подходящим жильем в Антарктике были простые одноэтажные дома. Сегодня архитектура континента становится более впечатляющей и разнообразной. Но учитывая сложившуюся экологическую ситуацию, стоит обратить внимание не столько на внешние эстетические особенности станций, сколько на их соответствие принципам экоустойчивой архитектуры. В качестве примера была выбрана антарктическая станция «Принцесса Елизавета» (рис. 1).

возвращение Бельгии в Антарктиду, привлекши ее правительство к проектированию и строительству научной станции с «нулевым выбросом». Для возведения станции была выбрана Земля Королевы Мод, а именно скалистый пик - Ш81етеп №па1ак (высота 1382 метра), который находится в секторе Е восточной части Антарктиды.

Станция «Принцесса Элизабет» полностью соответствует экологическим нормам и обладает нулевой эмиссии в атмосферу. Эта база является безотходной, т.к. работает за счёт солнечной и ветряной энергии,

№ВГ:

Рис. 1. Бельгийская станция "Принцесса Елизавета"

а также благодаря замкнутой система потребления и очистки воды, установленной на станции

Наиболее значимым свойством станции является то, что она не нуждается в каком-либо виде отопления. Принцесса Элизабет сохраняет свою внутреннюю температуру, используя только солнечный свет и тепло, выделяемое людьми и электроприборами станции. Основным источником энергии станции стало беспрерывное солнце антарктических летних месяцев и порывы ветров с плато.

Солнечные панели покрывают большую часть поверхности станции и крыши технических зданий. Панели обеспечивают энергией автоматизированную энергосистему станции, а в случае накопления любой избыточной энергии она хранится в батареях.

Для того, чтобы нормально функционировать во время антарктической зимы, станции Элизабет был необходим второй источник энергии, доступный в течение всего этого времени. Катабатический ветер (гравитационный поток холодного воздуха из внутренних частей ледниковых покровов к их периферии) на Антарктическом континенте отлично подходит для решения подобной проблемы.

В небольшом удалении от станции на гребне установлены девять ветряных турбин, специально разработанных для работы в самых яростных бурях Земли. Лопасти турбин могут складываться в случае шторма, тем самым уменьшая скорость вращения, чтобы предотвратить возможный ущерб.

Конечно, установленные энергетические системы, которые обеспечивают станцию, надежны в эксплуатации и находятся под постоянным контролем даже в суровых условиях Антарктиды, тем не менее, для обеспечения безопасности и в качестве запасного источника энергии дополнительно были установлены два генератора. Они также используются для обеспечения запланированных полных циклов нагрузки, которые являются частью жизненного цикла блока батарей.

Несмотря на то, что возобновляемые источники энергии являются одним из способов минимизации экологического воздействия антарктической станции, разработчики Принцессы Элизаветы пошли дальше и оптимизировали использование полученной энергии. Работая в тесном сотрудничестве с партнерами Schneider Electric и GDF Suez (Laborelec), команда полярного фонда разработала уникальный вариант умной энергосети, которая в три раза более эффективна, чем любая энергетическая сеть из ныне существующих.

Альтернативные источники энергии, как правило, являются переменными, особенно в Антарктиде. Станция не может бесконечно создавать энергию для удовлетворения неконтролируемого спроса, и все сотрудники станции должны адаптировать свои потребности к количеству доступной энергии. Центральный компьютер контролирует доступную энергию и распределяет его в соответствии со сводом строгих правил.

Для того, чтобы обеспечить непрерывную и достаточную доступность энергии, станция Принцесса Элизабет была оснащена кластером свинцово-кислотных аккумуляторных батарей для хранения избыточной энергии для последующего использования. Кроме того, оболочка станции имеет слоистую конструкцию (рис. 2), что позволяет создавать идеальную интеграцию жилых помещений, которая максимизирует как распределение тепла, так и потребление энергии.

Каждый из девяти слоев станции выполняет свою функцию: от изоляции до блокировки водяного пара, внося свой вклад в эффективность пассивного здания. Наружные панели станции состоят из следующих слоев: 1) нержавеющая сталь - 1,5 мм; 2) пена с закрытыми ячейками - 3 мм; 3) EPDM силиконовый герметик - 3 мм; 4) деревянные ламели - 80 мм; 5) полистирол низкой плотности, наполненный графитом - 400 мм; 6) деревянные ламели - 60 мм; 7) вощеная бумага; 8) алюминиевый паровой барьер; 9) шерстяной войлок.

Интегрированные теплообменные системы вентиляции станции обеспечивают забор использованного воздуха (воздуха без кислорода) и заменяют его свежим. Благодаря наземной станции спутниковой связи станция Принцесса Элизабет постоянно связана с Бельгией, что позволяет ученым отправлять научные данные лабораториям по всему миру.

Так же на станции существуют инновации в сфере переработки сточных вод. Их технология очистки подобно той, что используют на космических станциях и позволяет получать чистую питьевую воду [5].

Таким образом, сотрудники станции Элизавета не испытывают дискомфорт и трудности во время проживания и работы над исследованиями в Антарктиде, а также абсолютно не влияют на окружающую их экосистему, что, по нашему мнению, должно быть высоко оценено. Помимо этого, многим соседям бельгийской стан-

режного отношения к окружающей среде, особенно когда речь идёт о таком клима-тообразующем элементе, как Антарктика.

В заключение стоит отметить, что человечество подошло к черте, когда игнорировать вопрос экологии больше нельзя. И в первую очередь это касается Антарктики, потому что её значение для будущего не может быть переоценено. Местная экосистема является одной из самых хрупких на Земле, а экологические проблемы этого региона в силу природно-географических особенностей имеют высокую вероятность перерасти из региональных в глобальные. Этот материк является не только запасом пресной воды и полезных ископаемых, но может таить в себе ответы на многие вопросы, волнующие человечество. Но борьба с загрязнением и разрушением экосистемы всегда должна начинаться с малого, поэтому любая деятельность в Антарктике в первую очередь должна основываться на принципах экоустойчивой архитектуры.

ции нужно взять пример подобного бе-

Библиографический список

1. Энциклопедия Кругосвет. 2008.

2. Словарь современных географических названий. - Екатеринбург: У-Фактория. Под общей редакцией акад. В. М. Котлякова. 2006

3. Есаулов Г.В. Энергоэффективность и устойчивая архитектура как векторы развития // АВОК. - 2015. - №5.

4. Федеров О.П. "Экоустойчивая архитектура" как профессиональный термин в архитектурной деятельности // Вестник гражданских инженеров. - 2016. - №6 (59).

5. PRINCESS ELISABETH ANTARCTICA // http://www.antarcticstation.org/ URL: http://www.antarcticstation.org/station

SUSTAINABLE ARCHITECTURE AS ONE OF THE PROBABLE SOLUTIONS OF ENVIRONMENTAL PROBLEMS IN ANTARCTICA

V.V. Semenova, student D. A. Sturgeon, student Yu.K. Saveliev, student

St. Petersburg state university of architecture and civil engineering

Abstract. This article is considered about environmental problems of such important element of an ecosystem of the planet as Antarctic. This ice continent conceals not only minerals and world reserves of drinking water, but also it is important as a climate factor on the planet. Therefore, the modern environmental problems caused by research activity on the territory of the continent require urgent solutions. At the moment as one of the ways of fight against incessantly worsening ecological situation, that we offers, is creation and use of buildings and constructions by the principles of «sustainable architecture" that, undoubtedly, has to slow down deterioration in ecological crisis on the continent. We studied "sustainable" technologies which minimize influence of the person on the environment and are able to achieve positive results in our aims. To see how sustainable architecture works in details we choose the Belgian Antarctic station "Princess Elizabeth" as an example

Keywords: Antarctica, architecture, sustainable architecture, sustainable development, alternative energy source, ecology.