Устойчивый имплантат

Устойчивый имплантат — это городская типология , которая действует как децентрализованный центр предоставления инфраструктуры в масштабе района или округа. Устойчивые имплантаты предоставляют интегрированные инфраструктурные услуги, которые поддерживают циклы энергии, воды и материалов, а также обеспечивают социальную и экономическую отдачу. Концепция берет свое начало в исследовании Арьяна ван Тиммерена Autonomy & Heteronomy (2006) как ответ на проблему масштаба против инноваций в инфраструктуре ; где инфраструктура выигрывает от увеличения отдачи от масштаба, но страдает от чрезвычайно медленной скорости изменений и оборота. ^[1] Чтобы ответить на эту проблему, устойчивый имплантат — это инструмент для содействия альтернативным системным инновациям среднего масштаба. Устойчивый имплантат — это синтез методов устойчивой обработки городских потоков в экологическом устройстве обработки. Цель устойчивого имплантата — генерировать качественные и количественные улучшения для предоставления коммунальных услуг. ^[2]

Устойчивый имплантат не может рассматриваться как фиксированная конструкция, которую можно повторять. Устройство включает в себя руководящий принцип для устойчивого решения в основном неустойчивых потоков в новых или существующих районах, используя соответствующую технологию EF Schumacher , сопоставляя технологию с потребностями. Устойчивый имплантат облегчает совместную работу сообщества как когнитивного агента в процессах перехода к устойчивому развитию . На уровне района или округа устойчивый имплантат влечет за собой проектирование более устойчивой основной структуры для транспортировки воды, сточных вод, питательных веществ, энергии, материалов и/или отходов.

Устойчивый имплантат подбирается под социальную культуру, микроклимат и амбиции клиента. Техническая морфология устойчивого имплантата формулируется путем сравнения соответствующих альтернатив с традиционным подходом. Поддержание чистых городских циклов (через интегрированный инфраструктурный подход устойчивого имплантата) анализируется для доказательства выполнения амбиций устойчивости. Помимо технократии, устойчивый имплантат должен быть социально калиброванным и экономически прибыльным.

Разработка концепции устойчивого имплантата

Устойчивый имплантат возник из желания найти гармонию между автаркией и отдачей от масштаба в области инфраструктуры посредством децентрализации предоставления коммунальных услуг в соответствующем масштабе, чтобы можно было достичь более устойчивого городского развития. В отличие от устойчивой архитектуры , устойчивый имплантат связан с потоком материалов и энергии через построенную среду . Устойчивый имплантат часто будет использовать децентрализованную санитарию и повторное использование для улучшенного повторного использования воды, энергии и питательных веществ, а также отходов.

В своем исследовании Арьян ван Тиммерен сформулировал следующие пять вопросов:

В какой степени существующие технические (инфраструктурные) структуры оказывают решающее влияние на возможности и невозможность устойчивого развития?
Может ли централизованное или децентрализованное решение основных потоков генерировать дальнейшие процессы сохранения на более высоком масштабном уровне?
Существует ли оптимальный масштаб самодостаточности по потоку, и если да, то каков этот оптимальный масштаб?
В какой степени можно повысить участие и вовлеченность пользователей путем решения проблем устойчивого развития?
Следует ли объединить различные методы оптимизации потоков в одном устройстве и можно ли это сделать, или их следует интегрировать по отдельности в существующие (инфраструктурные) структуры или здания?

Важно признать необходимость соединения или взаимосвязи с сетями на более высоких уровнях масштаба. Фактически, стремление к полной закрытости или «автаркии» даже противоречит принципу «внешней экономии масштаба». Напротив, расположение кластера в более крупной сети может отвечать желанию самодостаточности, создавая своего рода «квазиавтаркию», с прямым преимуществом использования в качестве запасного сценария растущей зависимости от других областей, стран или даже континентов.

Такой альтернативный сетевой принцип может также помочь преодолеть исторические связи между внутренней организацией внутри самих организаций и связями друг с другом и с более общими социальными структурами в конкретных местах. ^[3]

Критерии устойчивости имплантатов

Существует три группы критериев устойчивого внедрения: экологические, пространственные и связанные с пользователем.

Категория	Критерии	Описание
Относящийся к окружающей среде	Поддерживает циклы настолько, насколько это возможно	Максимизирует повторное использование потоков материалов, энергии и питательных веществ. Желаемый эффект заключается в ограничении количества входов извне системы и уменьшении количества не подлежащих повторному использованию отходов, выходящих из системы.
	Безопасность и последовательность поставок	Инфраструктурные услуги не требуют технического обслуживания и не требуют перебоев, при необходимости используются резервные системы.
	Минимальное количество добавленного сырья	Процессы инфраструктуры используют минимум химикатов и добавок извне. Строительство физической инфраструктуры мудро в выборе материалов.
	Минимальное загрязнение почвы, воздуха, приземной зоны и поверхностных вод	Инфраструктуры и процессы не выбрасывают загрязняющие вещества и не допускают утечек загрязняющих веществ.
	Максимальная гарантия гигиены и безопасности	Устойчивый имплантат не несет рисков и угроз физической безопасности, является чистым и гигиеничным объектом и не воспринимается обществом как риск.
	Минимальное потребление энергии и максимальная выработка возобновляемой энергии	Сбор, транспортировка и обработка компонентов устойчивых имплантатов требуют минимального количества энергии, а ее сбор максимален.
	Устойчивость к саботажу/неправильному использованию	Системы надежны и рассчитаны на апатичных и злобных пользователей.
	Будущая стоимость	Устойчивый имплантат способен развиваться, оставаясь гибким, чтобы не устареть.
Пространственный	Оптимизирует сбор и транспортировку	Сбор и транспортировка потоков в районе (вода, сточные воды, твердые отходы и т. д.) максимизируются с точки зрения пространства, энергии и материала. Пространственные последствия определяются методами транспортировки и кластеризацией процессов.
	Минимизирует/оптимизирует использование материалов	Строительные материалы являются разборными, а конструкция Sustainable Implant гибкая и проста в обращении.
	Адаптация и расширение	Устойчивый имплантат может добавлять/удалять процессы и расширять/сужать производительность процессов.
	Защита от саботажа и вандализма	Устойчивый Имплант, а также связи между Имплантом и районом непроницаемы для саботажа, оставаясь при этом видимыми.
	Оптимизированное землепользование	Площадь здания минимизирована. Системы, зависящие от солнечного света, размещены соответствующим образом. Погрузочные доки, пространство доступа и зоны помех оптимизированы.
	Вписывание в среду обитания	Устранены риски, связанные со здоровьем, безопасностью, шумом, вибрацией, визуальными неудобствами и запахами, благодаря чему устойчивый имплантат вписывается в городскую среду.
	Доступность сторон-участников	Sustainable Implant проницаем для контрольных групп, менеджеров, обслуживающего персонала и образовательных туров. Процессы ощутимы на расстоянии, но при этом недоступны для посторонних лиц.
	Эстетическое качество	Красота — критерий долгосрочного успеха здания.
Связанные с пользователем	Такой же или больший комфорт	Инфраструктура и коммуникации в домах не имеют запаха, надежны, просты в использовании, тихие и ненавязчивы.
	Аналогичные расходы	Окупаемость инвестиций, расходы на обслуживание и управление устойчивым имплантатом равны или ниже, чем при использовании традиционной инфраструктуры, включая расходы, связанные с разработкой зданий, подключенных к устойчивому имплантату.
	Такая же или большая простота использования	Пользователи должны столкнуться с одинаково простым или более легким использованием своих домашних установок, а также с ритуалами обслуживания.
	Независимость специализированных учреждений и обязательных сетей	Пользователи являются акционерами Sustainable Implant и не зависят от более крупных кооперативов, которые они не могут контролировать, поэтому у жителей есть возможности для личного развития и возможность самостоятельно определять свое будущее.
	Изображение и прозрачность	Чувствительность, мониторинг, обратная связь и визуальное распознавание устойчивого имплантата и процессов максимизируются; это приводит к рациональному и эффективному использованию ресурсов и повышает удобство и простоту использования в противном случае невидимой инфраструктуры.

Примеры устойчивых имплантатов

EVA Ланксмер

Устойчивый Имплант был разработан (но пока не реализован) для площадки EVA Lanxmeer . Устойчивый Имплант в этом случае включал биогазификацию органических отходов, общественное компостирование и парковочные места. Программно и физически Устойчивый Имплант был соединен с отелем и спа, которые использовали остаточное тепло.

Флинтенбрайт, Любек

Район Флинтенбрайт — это рыночно-ориентированный проект, делающий акцент на инновационных инфраструктурных услугах для энергоэффективности. В 1999 году была построена часть жилых домов (на 111 жителей) и техническое здание с общественным центром. Одиннадцать лет спустя оставшиеся запланированные здания на 350 жителей все еще не построены из-за плохого рынка жилья. Участок находится на зеленой территории на окраине Любека с хорошим доступом к общественному транспорту и местной начальной школой. ^[4]^[5]

Известными элементами в Flintenbreite являются разделение черной , серой и ливневой воды ; вакуумная канализация и анаэробное сбраживание органических отходов; и местная интегрированная компания по предоставлению инфраструктуры. Местная инфраструктурная компания предоставляет услуги по электричеству, отоплению, водоснабжению и канализации из одного технического здания. Техническое здание является центром предоставления инфраструктуры. Все машины спрятаны в подвале и в задней части первого этажа. Остальная часть первого этажа - это общественный центр , состоящий из большой комнаты, ниши с мини-кухней, открытого патио и ванных комнат. Жители со временем приспособили центр под свои нужды.

Инфраструктура подводится к рядам жилых домов через компактную бетонную разводку (1,5 метра на 0,3 метра), включая горячее водоснабжение, обратный трубопровод горячей воды, вакуумную канализацию (диаметр трубы 63 мм), питьевую воду, электроэнергию и телекоммуникации.

Строительство и эксплуатация

Инвестиции в инфраструктуру района и техническое здание с общественным пространством были сделаны поставщиком интегрированной инфраструктуры, независимой компанией Infranova GmbH & Co KG. Строительство здания было выполнено одним застройщиком (Schutt), а вакуумная система была построена Roediger Vacuum GmbH, которая также поставила вакуумные туалеты. Район был построен без каких-либо государственных субсидий, за исключением субсидии на планирование, предоставленной OtterWasser GmbH для проектирования раздельной системы водоснабжения. Дома доступны по рыночной цене и могут быть даже немного ниже рыночной, учитывая количество зеленых насаждений вокруг и расположение рядом с начальной школой.

Впечатляет, что Infranova GmbH может предоставлять услуги на 20% дешевле, чем обычные поставщики. Это объясняется интеграцией инфраструктурного обеспечения. Экономический успех, а также экологический успех проекта являются положительным примером для Sustainable Implant и Erasmusveld Energy BV.

Infranova GmbH нанимает одного штатного смотрителя, который ранее работал смотрителем отеля, поэтому он знаком с системами HVAC. Владелец Infranova — Ральф Оттерполь, чья компания OtterWasser разработала концепцию района. Жители могут быть заинтересованными сторонами в Infranova за единовременную плату в размере 350,00 евро. Как заинтересованные стороны, они имеют право голоса по вопросам сообщества, но не делятся прибылью. Фактически, Infranova не работает как коммерческая компания; она просто поддерживает стоимость инфраструктурных услуг на максимально низком уровне. Жители получают выгоду от более близких отношений со своим поставщиком инфраструктуры. OtterWasser приглашают 2–3 раза в неделю для бесед о районе по вопросам, не связанным с инфраструктурой, например, для советов по садоводству. Как правило, жители гордятся своим районом и инфраструктурой.

Организация Flintenbreite предлагает важный пример для Эразмусвелда. Практические данные, полученные за первые восемь лет работы, дают представление о том, чего можно ожидать, если подобная система будет применена в Эразмусвелде. Например, количество черной воды в вакуумной канализации (6 литров на душу населения в день), концентрация питательных веществ в сточных водах, энергия, используемая для работы вакуумной канализации (45 кВт·ч на душу населения в год), и социально-техническая эксплуатация комбинированного общественного центра и технического здания.

Инфраструктурные услуги

Энергия: Теплоснабжение домохозяйств осуществляется от газовой когенерационной турбины, размещенной в техническом здании, через местную тепловую сеть . Тепловая сеть образует кольцо по всему району. В каждом блоке местная тепловая сеть проходит через теплообменник для нагрева питьевой воды для бытовых нужд и обогрева помещений. Техническое здание также является посредником между национальной электро- и газораспределительной сетью и домохозяйствами.

Водоснабжение: Вся потребляемая вода является питьевой водой из муниципалитета.

Сточные воды: серая вода собирается в домохозяйствах и поступает в сооруженное водно-болотное угодье по трубам свободного потока. Сооруженные водно-болотные угодья имеют вертикальный тип потока, построенные из расчета 2 м2 на человека. Сточные воды чище, чем на муниципальных очистных сооружениях. Черная вода собирается вакуумной канализацией в техническое здание. Конечными стоками будут жидкие удобрения, которые можно повторно использовать в сельскохозяйственных процессах.

Твердые отходы: Отдельные отходы и смешанные отходы обрабатываются обычным для Любека способом, а именно, мусоровозами, вывозимыми еженедельно. Органические отходы собираются в пределах района в отдельный контейнер и могут быть вручную добавлены в процесс анаэробного сбраживания для получения дополнительной энергии.

Долгосрочные проблемы

Незначительные проблемы возникли с вакуумной канализацией. В течение первых двух месяцев был период адаптации поведения жителей. После этого периода ошибки продолжали возникать из-за засорения вакуумного клапана неподходящими отходами в туалете. OtterWasser предположил, что эту проблему можно решить, повторив информацию жителям.

Долгосрочное накопление отложений струвита и карбоната в трубах также необходимо было решить путем обработки соляной кислотой раз в пять лет. Установленные туалеты все еще хорошо функционируют, но считаются слишком шумными. Однако с момента установки одиннадцать лет назад компания Roediger усовершенствовала свою технологию, чтобы сделать туалеты более тихими.

Построенные водно-болотные угодья для очистки серой воды работают исключительно хорошо, даже после стольких лет и даже зимой. Благодаря теплоте серой воды не было замерзания ни в отстойнике, ни в самом водно-болотном угодье, а климат Любека довольно суровый.

Другая децентрализованная инфраструктура, включая газовую ТЭЦ, сеть горячего водоснабжения, инфильтрацию ливневых вод и общественный центр, функционировала без каких-либо отмеченных трудностей. В социальном плане наблюдался положительный отклик на развитие, включая гордость за инфраструктуру и адаптивное использование общественного центра.

В заключение, Flintenbreite является успешным случаем децентрализованных инфраструктурных услуг, в частности, включая вакуумную канализацию, которая многими воспринимается скептически. Infranova GmbH далее показывает, что управление децентрализованной инфраструктурой может быть экономически устойчивым и с простой организационной структурой.

Извлеченные уроки:

Местный поставщик интегрированной инфраструктуры может быть экономически устойчивым.
Вакуумная канализация может успешно применяться в районе, хотя в период адаптации можно ожидать возникновения небольших технических проблем.
Искусственные водно-болотные угодья — это проверенный на практике надежный и эффективный метод очистки серых вод в условиях Северной Европы.
Участники рынка также могут стать движущей силой децентрализованных инфраструктурных сообществ.
Децентрализованная инфраструктура и общественный центр являются социально устойчивыми.

Пирамида сточных вод Колдинга

В рамках проекта по обновлению города в 1995 году город Колдинг построил впечатляющую децентрализованную установку по очистке сточных вод и стеклянную пирамиду в квартале в центре Колдинга. Это старый пилотный проект, поэтому можно увидеть долгосрочные последствия. ^[6]

Строительство и эксплуатация

Пирамида и окружающая инфраструктура были построены городом Колдинг в качестве пилотного проекта. После завершения строительства она была передана жителям квартала в качестве подарка. Жители продолжают использовать пирамиду для очистки сточных вод, но все другие функции, которые она должна была выполнять, прекратились. Из 120 домов, которые она обслуживает, только 30 заняты их владельцами, а остальные сдаются в аренду. Организация владельцев выставляет счета за очистку сточных вод так же, как и муниципальные очистные сооружения. Фактически, пирамида очищает воду за меньшие деньги, чем WWTP. Регулярное техническое обслуживание очистки сточных вод выполняется ландшафтной компанией, которая также следит за зелеными насаждениями в квартале. Раз в неделю сотрудник проверяет все датчики, чтобы убедиться, что система работает должным образом. Раз в год все насосы обслуживаются технической компанией. В случае возникновения проблемы ландшафтная компания получает сигнал тревоги и приезжает, чтобы ее устранить. В случае повреждения системы, например, сломанного насоса или разбитого окна, организация владельцев оплачивает замену.

С точки зрения эксплуатации, самой большой проблемой является запах, который является серьезным неудобством для жителей. Аэрационный пруд — это открытая система, и в нем постоянно пахнет канализацией, интенсивность запаха которой меняется изо дня в день в зависимости от погоды.

Инфраструктурные услуги

Энергия: Для поддержки децентрализованной системы сточных вод над парковкой был установлен ряд солнечных фотоэлектрических панелей. Однако он не обеспечивает достаточно энергии для компенсации всей работы.

Водоснабжение: Помимо питьевой воды, с крыш зданий собирается дождевая вода . Она стекает по желобам в резервуар для хранения внутри квартала. Оттуда она перекачивается через простой тканевый фильтр в дома для смыва в туалете и стиральной машине. Одной из трудностей была слегка грязная вода после длительного периода без дождя, когда на крышах оседает пыль. Затем эта первая дождевая вода немного темнее, и почти каждый раз поступают жалобы. Решением является дополнительная фильтрация дождевой воды перед использованием или информирование жителей о том, что вода может быть мутной. В самое сухое время года дождевую воду необходимо дополнять питьевой водой.

Сточные воды: Децентрализованная очистка сточных вод является наиболее важным элементом схемы. Черные и серые воды собираются вместе внутри блока с помощью обычной канализации в буферный резервуар. Оттуда осаждается ил, который удаляется и обрабатывается на муниципальной станции очистки сточных вод, поэтому не все части потока сточных вод очищаются в районе. Оставшаяся жидкая фракция сточных вод проходит через ряд реакторов для аэрации, осветления и очистки озоном и ультрафиолетовым светом. После этого последнего шага очищенные сточные воды поступают в пирамиду, где они предназначались для орошения и содержания рыбы тиляпии. Однако обе эти функции прекратились. Наконец, после пирамиды сточные воды просачиваются в поверхностные воды.

Твердые отходы: внутри блока жители имеют пункты приема смешанных отходов, стекла, бумаги, проблемных отходов (химикатов, металла, батареек и т. д.) и органических отходов. Контейнеры для сбора размещены в хорошо спроектированных шкафах для удобства использования с хорошими инструкциями и зелеными крышами. Муниципальная компания по сбору мусора вывозит мусор из контейнеров в шкафу. Органические отходы собираются в ряд ящиков объемом 1 м3 в блоке. В любое время открывается только один ящик. Когда он заполняется, открывается следующий ящик, а полный ящик запирается. В конце года все ящики вынимаются и компостируются для создания удобрения компанией-уборщиком, нанятой для обслуживания. Это простое решение, которое хорошо работает, за исключением использования полиэтиленовых пакетов высокого уровня, которые загрязняют поток отходов.

Долгосрочные проблемы

Пирамида продолжает выполнять свою основную функцию очистки воды, однако, очень заметно, что жители потеряли интерес к пирамиде. Четыре уровня в пирамиде были запланированы как тепличное пространство для жителей; теперь оно используется лишь частично одним садоводом-любителем (бесплатно), в то время как большая часть тепличных грядок пустует. Это также можно увидеть рядом с пирамидой, где участок земли был отведен под городское сельское хозяйство и теперь не используется. У основания пирамиды есть три водоема в каскаде, в которых, когда она была построена, обитала рыба тиляпия, но теперь там растут только водоросли. По словам смотрителя, проблема состоит из трех частей: во-первых, сообщество превратилось из владельцев в арендаторов, а у арендаторов нет долгосрочного инвестиционного интереса в использовании предоставленного пространства; во-вторых, ни один профессиональный земледелец не может использовать теплицу, потому что она слишком мала и в ней слишком много ступенек; в-третьих, пирамида представляет собой повторение обслуживания, поскольку почти каждая квартира оборудована собственным небольшим застекленным патио, на котором также можно с большим удобством выращивать небольшие растения. ^[7]

Извлеченные уроки:

Децентрализованная очистка сточных вод может быть обеспечена с меньшими затратами, чем на муниципальных очистных сооружениях.
Эффективность очистки сточных вод зависит от пространственного расположения резервуаров, что позволяет сократить количество используемых насосов (и электроэнергии).
Обеспечение дождевой водой в масштабах квартала осуществимо, и в долгосрочной перспективе возникнет мало проблем.
Если будет построена теплица, долгосрочное участие жителей в ней не может быть гарантировано, поэтому желательно, чтобы это место было интересно профессиональному садоводу, кафе или другой стороне.
Очистка сточных вод в городских условиях должна осуществляться в закрытом резервуаре, чтобы предотвратить проблемы с запахом.

Ссылки

^ Тарр, JA, 1984. Эволюция городской инфраструктуры в девятнадцатом и двадцатом веках. Журнал городской истории.
^ Тиммерен, А. против, 2006. Автономия и гетерономия . ТУ Делфт.
^ Нохрия и Эклс. 1992. Сети и организации: структура, форма и действие . Издательство Гарвардской школы бизнеса.
^ OtterWasser GmbH (2009). Экологический жилой комплекс, Флинтенбрайт, Любек, Германия - Проект. Исследование примеров устойчивых санитарных проектов. Sustainable Sanitation Alliance (SuSanA)
^ Ольденбург, М., Олболд, А., Вендланд, К., Оттерполь, Р. (2008). Erfahrungen aus dem Betrieb eines neuen Sanitaerkonzepts ueber einen Zeitraum von acht Jahren (на немецком языке) - Опыт применения новой концепции санитарии в течение восьми лет.
^ Нельсон, Нельс. 2010. Исследование устойчивого имплантата в районе Эрасмусвельд, Гаага. Университет Вагенингена.
^ Нельсон, Нельс. 2010. Посещение пирамиды Колдинга.

[1] Тарр, JA, 1984. Эволюция городской инфраструктуры в девятнадцатом и двадцатом веках. Журнал городской истории.

[2] Тиммерен, А. против, 2006. Автономия и гетерономия . ТУ Делфт.

[3] Нохрия и Эклс. 1992. Сети и организации: структура, форма и действие . Издательство Гарвардской школы бизнеса.

[4] OtterWasser GmbH (2009). Экологический жилой комплекс, Флинтенбрайт, Любек, Германия - Проект. Исследование примеров устойчивых санитарных проектов. Sustainable Sanitation Alliance (SuSanA)

[5] Ольденбург, М., Олболд, А., Вендланд, К., Оттерполь, Р. (2008). Erfahrungen aus dem Betrieb eines neuen Sanitaerkonzepts ueber einen Zeitraum von acht Jahren (на немецком языке) - Опыт применения новой концепции санитарии в течение восьми лет.

[6] Нельсон, Нельс. 2010. Исследование устойчивого имплантата в районе Эрасмусвельд, Гаага. Университет Вагенингена.

[7] Нельсон, Нельс. 2010. Посещение пирамиды Колдинга.