City Cell Prototype (CCP) vznikl spoluprací výzkumné platformy NEXT Institute a architektonického studia KOGAA. Slouží jako prototyp k testování opatření, ke kterým města mohou přistoupit v boji s klimatickými extrémy, jako jsou sucha, vedra nebo přívalové srážky. Vlivem probíhající klimatické změny budou tyto extrémy navíc častější a intenzivnější. Projeví se jak v krajině, tak v městském prostředí. Modul byl od 22. srpna do 31. října 2018 instalován v Brně a k dispozici jsou cenné zkušenosti z jeho provozu.
Klimatické změny v městském prostředí
Město Brno má zpracovanou tzv. Strategii adaptací na klimatickou změnu. Z tohoto dokumentu vyplývá, že město není v současné době na důsledky těchto extrémů dostatečně připraveno. Mnohé části města jsou zastavěny zpevněnými plochami, které při letních vedrech přispívají ke zhoršenému mikroklimatu. Zejména asfaltové plochy (ať už na vozovce, nebo v podobě asfaltových pásů na plochých střechách) akumulují velké množství tepla, které poté uvolňují do svého okolí. Tento proces přispívá k tomu, že se město nezvládne přirozeně ochladit, a to ani během nočních hodin. V kombinaci s dalšími aspekty, jako je např. odpadní teplo z klimatizací nebo špatná geometrie města, která brání provětrávání, vzniká efekt tzv. tepelného ostrova, kdy jsou ve městě výrazně vyšší teploty vzduchu než v okolní krajině.
Zpevněné asfaltové a betonové plochy také nejsou schopny retence vody a jsou většinou odvodněny jednotnou kanalizací. Případné přívalové deště tak mohou v důsledku tuto infrastrukturu přehltit a poškodit.
Města se však mohou na dopady klimatické změny připravit a pomocí tzv. adaptačních opatření zmírnit dopady na obyvatele a infrastrukturu. Adaptační opatření mohou být jak technická (např. nádrže na sběr dešťové vody), tak přírodní (jezírka, zelené střechy, zelené fasády, dešťové zahrady apod.).
Princip a cíl City Cell
Projekt City Cell přímo navazuje na závěry Strategie adaptací a představuje prototyp konkrétních opatření, přičemž kombinuje přírodní procesy a moderní technologie.
Adaptační opatření jsou poměrně novým pojmem a s jejich realizací není příliš praktických zkušeností. V současné době jsou adaptace na úrovni strategických dokumentů široce zpracovaným tématem, nicméně v oblasti implementace se jedná o poměrně nové téma.
Cílem projektu bylo proto vytvořit jednoduchý funkční prototyp na bázi dočasné instalace, který bude sloužit k testování vhodných materiálů a technologií pro budoucí výstavbu stálých adaptačních opatření. Důležitým aspektem prototypu je také osvěta veřejnosti.
Pro realizaci prototypu byla vybrána lokalita Malinovského náměstí, která je velmi zranitelná ze strany dopadů klimatických extrémů. Hodnocení zranitelnosti vychází z metodiky Czech Globe a jedním z podkladů pro výběr lokality byly letecké snímky teploty povrchů z roku 2015. Lokalita byla diskutována také se zástupci Kanceláře architekta města, odboru životního prostředí a zástupci Veřejné zeleně města Brna.
Malinovského náměstí je z velké části tvořeno zpevněným povrchem a s výjimkou pár stromů nenabízí další prvky, které by zajistily vhodné mikroklima. Stromy v této lokalitě navíc neprospívají a musí se častěji obnovovat. Celá oblast je odvodněna jednotnou kanalizací, která neumožnuje retenci nebo akumulaci dešťové vody.
Architektonickou formu prototypu navrhlo studio KOGAA a cílem návrhu bylo zajistit vhodnou formu městského mobiliáře, která naváže na své okolí a umožní přímou interakci s veřejností a představení této problematiky.
Prototyp je založen na technologii biofiltru, do kterého stéká dešťová voda ze střechy. Biofiltr za pomoci sedimentace a fytotechnologií osázených rostlin zbavuje vodu nečistot a poté ji uchovává v nádržích, odkud je pomocí kapkového závlahového systému přečerpávána k zavěšeným rostlinám na vnějších stěnách prototypu.
Biofiltr mimo jiné pomáhá zadržovat dešťovou vodu, která se poté odpařuje, a zlepšuje tím okolní mikroklima. Ke zlepšení mikroklimatu slouží také vertikální zeleň umístěná na konstrukci.
Zeleň je zasazena v závěsných květináčích, které jsou vloženy do rastru konstrukce. Každý z nich má dvě komory, jednu na substrát a druhou na dešťovou vodu. Rostlina si v období sucha zajišťuje závlahu pomocí knotu, který vede z komory na vodu ke kořenům. Jakmile dojde voda v komoře květináče, je aktivován systém kapkové závlahy ze zásobních nádrží.
Konstrukce
Ekologická šetrnost je důležitou vlastností celého projektu, a proto stavbu primárně tvoří dřevěné KVH profily, které jsou předem vysušeny, a nevyžadují proto dodatečnou impregnaci. Základem konstrukce je hranol 40×60 mm, který se využívá pro střešní laťování. Cílem návrhu bylo vytvořit lehkou konstrukci založenou na jednoduchém systému skládání menších profilů. Ve sloupech doplňují konstrukci hranoly 40×40 a 60×60 tak, aby do nich bylo možné vložit stěnové hranoly.
Střešní konstrukce a obklad biofiltru jsou kvůli zjednodušení montáže a demontáže zesíleny hranoly 120×40 mm. Sloupy jsou v dolní části opatřeny rektifikovatelnou ocelovou patou a v horní části je pro snadnější montáž střešních segmentů umístěna ocelová hlava.
Další ztužení konstrukce zajišťuje lomený ocelový nosník, který přenáší zatížení od střechy do krajních sloupů a nevyžaduje další podpory v místě nádoby biofiltru, což dále podpořilo čistotu a jednoduchost architektonické formy projektu.
Prototyp CCP je složen z několika dílů, díky čemuž je možné ho v krátkém čase rozebrat a přemístit. Všechny díly jsou navrženy tak, aby se v případě opotřebení nebo poškození daly jednoduše nahradit.
Elektřinu, kterou prototyp potřebuje pro osvětlení a pohon čerpadla, dodávají solární panely umístěné na střeše, díky čemuž je celý prototyp energeticky soběstačný.
Rozměry prototypu jsou 8,50×3,60×3,05 m. Zastavěná plocha je 30,60 m2 a obestavěný prostor 85,00 m3.
Zkušenosti s provozem
Za dobu provozu byl celkový úhrn srážek poměrně nízký, navíc nastaly velmi problematické kombinace dlouhého období vysokých denních teplot a sucha. Deště jsou velmi nepravidelné, více než polovina vody napršela za pouhé dva dny. Pro udržení zdravé zeleně ve městě je nutné pomocí vhodně zvolené technologie zadržovat dešťovou vodu a postupně ji uvolňovat pro pravidelnou zálivku. I při relativně malé ploše střechy prototypu (25 m2) bylo za zkoumané období možné akumulovat až 2600 litrů vody. Maximální objem nádrží a zásobníků květináčů byl pouze 420 litrů, což neumožnilo zadržet veškerou srážkovou vodu, která byla k dispozici. Pokud se jedná o několik dní sucha, rostliny jsou schopny přežít pouze z vody dostupné v zásobnících. Trvá-li však sucho déle než čtyři dny, je nutné využít kapkovou závlahu.
Pro další aplikaci je nutné zajistit vhodnou distribuci vody po dobu extrémního sucha a vysokých teplot. Je nutné akumulovat co nejvíce vody a plánovat její spotřebu v čase tak, aby zeleni umožnila tyto extrémy přečkat. Po extrémně vysokých teplotách a suchu letošního léta pracovníci Veřejné zeleně města Brna odhadují, že až 20 % stromů bude mít v dalším roce problém podobné extrémy přečkat.
Aplikovatelnost
Prototyp slouží zejména k testování uvedených principů v malém měřítku, sběru dat a jejich hodnocení. Všechny principy lze aplikovat u velkých infrastrukturních projektů. Biofiltr je základem vsakovacích průlehů (bioswales) nebo dešťových zahrad. Tvoří je mírná terénní prohlubeň (u bioswales liniová, u dešťových zahrad plošná), do které stéká dešťová voda ze střech, chodníků a jiných zpevněných ploch. Jsou v ní vysázeny vybrané rostliny, které čistí a zadržují dešťovou vodu, která se poté vypařuje. Vypařováním se ochlazuje okolní vzduch, a tím zlepšuje mikroklima. Voda se zde udrží jen několik hodin, tudíž nedochází např. k výskytu komárů.
Fytotechnologie jsou přírodní procesy, které zbavují půdu od nečistot. Pilotní projekty ve Skandinávii ukázaly možnost sanace půdy pomocí těchto procesů. Biofiltr je v našem případě osázen kostřavou atlaskou (Festuca mairei) a kostřavou metlovitou (Festuca gautieri). Zeleň umístěná v květináčích může tvořit zelené stěny a fasády, je však nutné zajistit dostatečné množství závlahy pro její správný růst.
NEXT Institute
NEXT Institute je platforma pro aplikovaný výzkum v architektuře a urbanismu. Ve své činnosti se soustředí na propojení expertů z různých oblastí a vytvoření dialogu českého a mezinárodního výzkumu. Projekt CCP vznikl v laboratoři Climate Architecture, která se zabývá dopadem změny klimatu na architekturu a urbanismus. NEXT Institute vychází ve své práci z principů udržitelného urbanismu a vedle Climate Architecture rozvíjí další laboratoř Urban Dynamics, která se soustředí na dynamiku městské mobility. V rámci této laboratoře jsme navázali spolupráci s předními odborníky ze Skandinávie a Nizozemí.
NEXT Institute je nově vzniklou organizací, své sídlo má v Brně. Její činnost přesahuje rámec standardní tvorby v architektuře a pomocí testování prototypů cíleně usiluje o tvorbu inovativních projektů. Realizace funkčních prototypů v architektuře je zcela unikátní postup, který nám umožňuje testovat nové prostupy v praxi jednoduchým a zároveň efektivním způsobem. Důležitým aspektem je také sběr reálných dat z provozu prototypu.
V současné době podrobně vyhodnocujeme všechna data a rozpracováváme jednotlivé technologie použité v prvním testovacím prototypu. Intenzivně pracujeme na automatizaci systému a dálkovém odečtu dat, aby bylo možné co nejlépe optimalizovat budoucí fungování těchto technologií. Připravujeme také testování nových typů substrátů, které se výborně osvědčily ve Skandinávii. Tyto substráty zajistí dostatek prostoru pro rozvoj kořenového systému v hustě zastavěných oblastech a také dostatek vláhy při extrémním suchu.
VOJTĚCH LEKEŠ
foto archiv NEXT Institute, BoysPlayNice
Vojtěch Lekeš, MSc., (*1984)
absolvoval studium architektury na Chalmers University of Technology v Göteborgu,
po absolutoriu pracoval v ateliéru Tengbom ve Stockholmu. Je spoluzakladatelem NEXT Institute a pracuje jako jeho programový ředitel.
