Na wiosnę 2010 roku nastąpiło w Warszawskim zoo otwarcie, mieszczących się w jednym obiekcie, hipopotarium i akwarium morskiego, wyposażonych w nowoczesne, nowatorskie i jedyne w Polsce tego rodzaju instalacje przygotowania wody i powietrza. Obiekt służy do hodowli i ekspozycji hipopotamów nilowych oraz dużych, drapieżnych ryb morskich (druga, popularna nazwa akwarium to rekinarium).
* dr inż. Anna Charkowska, Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa, Politechnika Warszawska
Mieszkańcy
Nim przejdziemy do omówienia instalacji, poznajmy mieszkańców i ich zwyczaje oraz wymagania, które miały decydujący wpływ na założenia projektowe.
• Hipopotarium obecnie zamieszkują dwa hipopotamy nilowe (gatunek zagrożony wyginięciem, wpisany w 1984 roku do II Załącznika Konwencji Waszyngtońskiej): Hugo 8-latek i 27-letnia Pelagia, która w 2011 roku, po śmierci 48-letniej hipopotamicy Anielki, przyjechała z Berlina, ale urodziła się we wrocławskim zoo w 1985 roku. W basenie wraz z hipopotamami pływają jazie, karpie, amury, tołpygi pstre, piranie paku i jesiotry.
• Najważniejszym mieszkańcem akwarium jest tawrosz (tygrys piaskowy) – rekin pochodzący z mórz południowych, od 2006 roku wpisany na listę gatunków, którym grozi wyginięcie.
Oprócz niego w akwarium pływają: blisko dna niewielki rekin arabski z MorzaCzerwonego, żółte zebrosomy, pasiaste argusy i ławica innych ryb z mórz tropikalnych i raf koralowych.
Tryb życia i odżywianie hipopotamów
Hipopotamy prowadzą ziemno-wodny tryb życia. W wodzie rozmnażają się, rodzą i karmią młode, wydalają, odpoczywają, a także śpią. W warunkach naturalnych nocą mogą wędrować w płytkiej wodzie na odległość do kilkunastu kilometrów. Dodatkowym celem przebywania w wodzie jest regulacja temperatury ciała w wyniku jego ochłodzenia i ochrona skóry przed wysuszeniem.
Dzienna porcja wyżywienia to około 1,5% masy ciała (mogą ważyć do 3,5 ton). Warszawskie hipopotamy (poza owocową przekąską w południe) po zamknięciu zoo otrzymują kolację w swoich boksach w części zagrodowej. Zjadają dzienne około 20-30 kg pożywienia składającego się z: siana, zielonki, miękkich gałęzi z liśćmi (m.in. wierzbowych), buraków, marchwi, miękkich owoców (np. jabłek), pociętych na ćwiartki arbuzów i dyni, słomy wspomagającej proces trawienia oraz pełnowartościowego granulatu białkowego.
Mają zwyczaj znaczenia swojego terytorium przez rozpryskiwanie odchodów ogonem wokół siebie w promieniu kilku metrów, co w połączeniu z faktem, że wydalają do wody, stanowi istotny problem eksploatacyjny dla instalacji oczyszczających i przygotowujących wodę basenową.
Zwyczaje tygrysów piaskowych
Tawrosze prowadzą aktywne życie przede wszystkim nocą. W warunkach naturalnych najchętniej przebywają na głębokości 15-20 metrów. Żywią się rybami i polują na małe rekiny i płaszczki. Osiągają długość do 4 m. W warszawskim akwarium tawrosz otrzymuje do jedzenia 1-2 sole trzy razy w tygodniu, kalmary, ośmiornice, mątwy i inne ryby łososiowate (pstrągi) oraz jod (mieszkanie w akwarium powoduje wrażliwość na niedobór jodu).
Wymagania cieplno-wilgotnościowe
Ze względu na warunki zdrowotne i przyzwyczajenia hipopotamów, temperatura wody w przeznaczonym dla nich basenie zewnętrznym nie może spaść poniżej wartości 10oC. Basen użytkowany jest od kwietnia do października i – biorąc pod uwagę spadek temperatury wody – konieczne jest jej ogrzewanie. Skutkiem kąpieli hipopotamów w zimniejszej wodzie byłyby przeziębienia i infekcje, poza tym zwierzęta te po prostu nie wchodzą do wody o temperaturze niższej niż 10oC.
Temperatura wody w basenie wewnętrznym wykorzystywanym przez cały rok utrzymywana jest w zakresie 16-24oC. Tawrosz jest bardzo wrażliwy na zmianę warunków termicznych w akwarium, dlatego konieczne jest utrzymanie stałej temperatury wody z niewielką tolerancją, czyli 25°C±1. W przypadku ogrzania lub ochłodzenia wody przekraczającego dopuszczalny zakres, rekin stanie się albo ospały, albo agresywny.
Temperatura powietrza wewnętrznego w rejonie widowni, basenu i plaży w hipopotarium latem utrzymywana jest na poziomie 27oC, a zimą w obszarze widowni 18-22oC. Takie same wartości temperatury powietrza zapewnione są w rejonie widowni i na zapleczu akwarium morskiego.
Akta prawne
W rozporządzeniu ministra środowiska z dnia 20 grudnia 2004 r. zamieszczone zostały wymagania dotyczące warunków hodowli i utrzymywania poszczególnych grup gatunków zwierząt w ogrodzie zoologicznym (Dz.U. 2005 nr 5 poz. 32). W załączniku do tego rozporządzenia znajduje się wykaz minimalnych warunków przestrzennych dla hodowli i utrzymania zwierząt poszczególnych gatunków lub grup gatunków.
Na mocy rozporządzenia, dla hipopotamów nilowych konieczna jest powierzchnia pomieszczenia zewnętrznego wynosząca co najmniej 150 m2 dla pary oraz dodatkowe 30% powierzchni dla każdego kolejnego osobnika, a pomieszczenia wewnętrznego: 50 m2 dla pary plus 20% dla każdego kolejnego osobnika. Niezbędnym wyposażeniem jest basen.
Dla ryb morskich niezbędne jest minimum 100 dm3 wody. Maksymalna obsada ryb w akwarium morskim powinna wynosić 1 cm długości ryby na 4 dm3 wody. Jakość wody powinna odpowiadać parametrom charakterystycznym dla rejonów pochodzenia danego gatunku i spełniać następujące warunki:
• temperatura: 0-25oC dla ryb strefy umiarkowanej,
15-30oC dla ryb strefy subtropikalnej,
22-28oC dla ryb strefy tropikalnej,
• stopień twardości: 0-30odH,
• wartość pH: 7-8,5,
• dopuszczalna zawartość substancji szkodliwych:
– azotyny: poniżej 0,1 mg/dm3,
– azotany: poniżej 20 mg/dm3,
– stopień zasolenie: 2-40 g/dm3 (2-40‰).
Opis obiektu
Hipopotarium wraz z panoramicznym akwarium morskim to nowo wybudowany, wolno stojący budynek, w głównej części 1-kondygnacyjnyz nadbudowaną częścią socjalną i wentylatornią.
Powierzchnia użytkowa obiektu wynosi 481 m2, powierzchnia zabudowy: 1321 m2, kubatura: 7200 m3.
W obiekcie wyróżnione są 3 grupy pomieszczeń:
• basen wewnętrzny dla hipopotamów wraz z plażą i dwupoziomową widownią (część zwana szklarnią), zagroda z 4 boksami noclegowymi oraz basen zewnętrzny,
• akwarium morskie wraz z widownią i zapleczem,
• zespół pomieszczeń socjalnych, technicznych, technologicznych i magazynowych.
Pomieszczenia przeznaczone dla publiczności łączą hipopotarium i rekinarium. Basen wewnętrzny wykonany jako niecka betonowa ma powierzchnię całkowitą około 115 m2 i objętość 215 m3, a basen zewnętrzny (betonowy) powierzchnię 200 m2 (25×16 m), objętość 240 m3. Nad wewnętrznym basenem dla hipopotamów został wykonany dach typu szklarniowego z uchylnymi oknami, których otwieranie jest sterowane automatycznie.
Jednym z trzech charytatywnych celów tegorocznego, planowanego na 15 września, marszu pod nazwą Ecco Walkathon jest zebranie funduszy na powiększenie trawiastego wybiegu zewnętrznego dla hipopotamów tak, aby mogły one w nocy spędzać tam czas.
W części budynku przeznaczonej na rekinarium znajduje się żelbetowy ekspozycyjny zbiornik wodny w kształcie wycinka walca o powierzchni około 41 m2 i objętości 90 000 litrów (90 m3), z wygiętą w kształcie łagodnego łuku panoramiczną szybą akrylową o wymiarach 9,6×2,7 m i grubości 14 cm (fragment takiej szyby prezentowany jest jako eksponat na ścianie obok akwarium), a także zbiornik kwarantannowy z tworzywa sztucznego o powierzchni około 4,6 m2 i objętości 4,1 m3. W rekinarium mieści się też m.in. widownia i eksponaty dydaktyczne.
Instalacje wodne
Hipopotarium
Dla dwóch basenów dla hipopotamów wykonano dwie odrębne, różniące się sposobem uzdatnienia wody, instalacje technologiczne.
W basenie wewnętrznym hipopotamy i towarzyszące im ryby pływają przez cały rok. Proces uzdatnienia wody rozpoczyna się od odprowadzenia wody z basenu za pomocą górnych przelewów w sposób grawitacyjny do zbiornika przelewowego. Zbiornik przelewowy jest zaprojektowany na przejęcie wody wypieranej przez wchodzące do basenu trzy hipopotamy oraz wody wylewanej w wyniku falowania. Ze względu na ubytki wody, woda w basenie automatycznie uzupełniana jest wodą wodociągową. Wydatek uzdatnionej wody obiegowej to 90 m3/h. Woda ze zbiornika jest wstępnie oczyszczana na mikrosicie bębnowym, skąd spływa grawitacyjnie do studni. 90% wody pompowane jest na dwa filtry piaskowe z tworzywa sztucznego, mające usunąć z wody zanieczyszczenia mechaniczne, zawiesiny i cząstki koloidalne, a potem, po wstępnym podgrzaniu do temperatury 20-22°C, jest kierowane do wlotów dennych znajdujących się w pobliżu szklanej ściany basenu.
W ciągu dnia, gdy hipopotamy przebywają w basenie, realizowana jest cyrkulacja wody. Woda filtrowana jest w filtrze piaskowym, w stacji ozonowej dezynfekowana i uzdatniana w celu utlenienia niepożądanych związków organicznych oraz oczyszczana na filtrze węglowym ze związków organicznych, które mogłyby stanowić pożywienie dla rozwoju mikroorganizmów i kierowana do dysz znajdujących się w strefie wejściowej do basenu. Zarówno płukanie filtrów piaskowych, jak i węglowego odbywa się ręcznie z wykorzystaniem pobieranej z rurociągów wody czystej. W nocy cała ilość wody wpływa przez dysze w strefie wejściowej basenu. Powstający silny strumień wody ma spowodować przepychanie zanieczyszczeń ze schodów basenu w kierunku części głębokiej, do znajdujących się tam króćców. Zastosowano dodatkową pompę w celu odsysania zanieczyszczeń z dna basenu w jego głębszej części. Zanieczyszczona woda przepływa przez mikrosito bębnowe. W celu umycia basenu przewidziano całkowite jego opróżnianie co dwa miesiące, a później ponowne napełnienie wodą wodociągową przez zbiornik przelewowy, mikrosito, filtry piaskowe.
Dla basenu zewnętrznego użytkowanego przez całą dobę w okresie od kwietnia do października przewidziano wydatek wody także wynoszący 90 m3/h. W tym okresie woda powinna być wymieniana co dwa tygodnie, czyszczona niecka basenowa i konserwowane urządzenia technologiczne.
Tak samo jak w basenie wewnętrznym proces uzdatniania wody rozpoczyna się od grawitacyjnego odprowadzenia wody z basenu przez górne przelewy. Woda wpływa do fosy. Do niej także wprowadzana jest uzupełniająca woda wodociągowa. Woda pompami tłoczona jest na mikrosito w celu jej wstępnego mechanicznego oczyszczenia i spływa do studni. Następnie pompowana jest na filtry ukośne. W wyniku naporu słupa wody woda przepływa do wlotów dennych w basenie. Także w tym basenie jest dodatkowa pompa do okresowego odsysania zanieczyszczeń z dna głębszej części basenu. Dla obu basenów w celu oczyszczenia dna oraz szyb zaproponowano w projekcie wykorzystanie odkurzacza podwodnego.
Zraszanie szklarni
W hali tropikalnej wilgotność powietrza wynosi około 80%. W celu zapewnienia właściwych warunków wilgotnościowych dla roślin tropikalnych i hipopotamów, odbywa się zamgławianie za pomocą systemu zraszającego. Wykorzystywana jest woda po odwróconej osmozie i deszczówka zbierana ze szklanej kopuły hali. Woda ta spływa rynnami do zbiornika przez ssak oczyszczający ją z cząstek zanieczyszczeń (fragmenty roślin) i pompami podawana do systemu zraszania. Działanie zraszania jest sterowane aktualną wartością wilgotności względnej powietrza wewnętrznego.
Akwarium morskie
Do zbiornika ekspozycyjnego dla ryb morskich, użytkowanego przez cały rok, wpływa woda w ilości 90 m3/h. W akwarium i w systemie filtracji znajduje się łącznie około 100 ton wody. Woda, uprzednio zdemineralizowana w procesie odwróconej osmozy, jest specjalnie przygotowana przez – konieczne w przypadku hodowli ryb morskich – zasolenie (stężenie 33‰) w wyniku dodania specjalnej soli syntetycznej przeznaczonej do zbiorników morskich.
Podczas uzdatniania woda spływa grawitacyjnie przez przelew górny i kratę do wstępnego oczyszczania mechanicznego odbywającego się w znajdującym się w pomieszczeniu zaplecza akwarium zbiorniku zawierającym, jako część wypełnienia, złoże z żywą skałą (rumosz skalny, tutaj zastosowano tłuczeń koralowy, czyli luźne, drobne fragmenty, które w sposób naturalny odpadły z rafy koralowej). Na złożu skalnym, ważącym około 10 ton, rozwijają się makroglony, zwane potocznie wodorostami. Woda przepływając przez rumosz, wzbogaca się o florę bakteryjną. Odbywa się tam cały cykl azotowy, polegający na pojawieniu się odpowiednich bakterii itryfikacyjnych w akwarium, które pomagają w przemianie amoniaku w azotyny, a następnie w przekształcaniu azotynów w azotany.
Amoniak w akwarium pojawia się jako skutek przemiany materii (czyli z odchodów ryb) oraz z procesów gnilnych odpadów niezjedzonego pokarmu. Azotyny są równie toksyczne dla ryb jak amoniak. W ograniczonej ilości wody w akwarium, może wystąpić stężenie zabójcze dla ryb. Azotany są względnie niegroźne dla ryb, ale powyżej pewnego stężenia również nie są dla nich obojętne.
Następnie woda jest kierowana do odpieniacza białek, w którym zachodzi usunięcie z wody nierozpuszczonych i rozpuszczonych zanieczyszczeń w wyniku flotacji. Proces oczyszczania wspomagany jest przez ozon wytwarzany w generatorze z tlenu z powietrza atmosferycznego. Powstająca piana usuwana jest do kanalizacji.
Pozostałe stopnie uzdatniania wody to:
• biologiczny filtr ze złożem zraszanym z wypełnieniem z polietylenu,
• filtry z węglem aktywnym służące do adsorpcji rozpuszczalnych związków węgla organicznego,
• lampa UV-C do głębokiej dezynfekcji,
• filtr nitryfikacyjny wypełniony biokulami filtracyjnymi z tworzywa sztucznego o specjalnej budowie prowadzącej do zwiększenia powierzchni roboczej kul, na której rozwijają się bakterie nitryfikacyjne, oczyszczające wodę z toksyn (zachodzi pełny cykl azotowy),
• filtr denitryfikacyjny wypełniony granulatem siarkowym, służący do usunięcia azotynów z wody w warunkach beztlenowych,
• reaktor węglanowy – do wzbogacania wody obiegowej w jony wapnia i jony wodorowęglowe,
• reaktor wody wapiennej – do wytwarzania wody wapiennej w warunkach beztlenowych i jej dozowania do wody zdemineralizowanej w celu obniżenia stężenia dwutlenku węgla w wodzie i wytrącania fosforanów.
W instalacji przygotowania wody znajduje się, wykonany z tworzywa sztucznego i odporny na działanie wody morskiej, wymiennik służący do stałego podgrzewania wody obiegowej.
Instalacje wentylacyjne
Łączny maksymalny strumień powietrza dla wszystkich pomieszczeń (wraz z pomieszczeniami technicznymi i technologicznymi oraz socjalnym) w opisywanym obiekcie wynosi 11 650 m3/h. Jest dostarczany i usuwany przez 3 instalacje wentylacyjne nawiewno-wywiewne. Do usuwania powietrza wykonano także 4 instalacje wentylacji wyciągowych z toalet, śmietnika i magazynów chemikaliów.
Hipopotarium
Hipopotarium obsługuje niezależna instalacja wentylacyjna zrównoważona z chłodzeniem w lecie i ogrzewaniem powietrznym w zimie.
Strumień powietrza wentylacyjnego dla pomieszczenia z widownią i basenem wewnętrznym określono w oparciu o zyski ciepła i wymaganie normatywne dotyczące minimalnej ilości powietrza zewnętrznego (tzw. higienicznego) wynoszącego 30 m3/h dla każdej osoby przebywającej w obiekcie z zakazem palenia wyrobów tytoniowych. Wynosi on 4500 m3/h, co odpowiada 12 wymianom powietrza na godzinę. Uzdatnione powietrze dopływa do obszaru przebywania ludzi za pomocą nawiewników wirowych. Usuwane jest z górnej części nad basenem oraz przez kratki wywiewne umieszczone w tylnej ścianie plaży. Instalacja działa w sposób ciągły: w godzinach otwarcia obiektu dla osób zwiedzających z całkowitym obliczeniowym strumieniem powietrza, a w nocy przewidziane jest zmniejszenie strumienia powietrza do około 1 wymiany powietrza, czyli 375 m3/h. Centrale wentylacyjne realizują odzysk ciepła za pomocą wymiennika glikolowego i pompy ciepła. W okresie letnim schładzają gorące powietrze zewnętrzne. Wymiennik glikolowy zastosowano w celu uniknięcia przenikania zapachów z powietrza usuwanego do strumienia powietrza nawiewanego na widownię.
Ze względu na wysoką wilgotność powietrza w części wywiewnej instalacji dobrano centralę wentylacyjną w wykonaniu basenowym.
W okresie letnim w celu uzupełnienia ilości powietrza wykorzystuje się otwierane okna w dachu szklarniowym służące do usuwania powietrza zbierającego się pod przeszklonym dachem. Nawiew uzupełniający jest realizowany przez otwierane boczne okna w elewacji frontowej. System ten współpracuje z wentylacją mechaniczną nawiewno-wywiewną hipopotarium.
Problemem, który występuje w trakcie eksploatacji hipopotarium jest unoszący się w powietrzu specyficzny zapach związany z procesami przemian metabolicznych u tych dużych zwierząt, uwydatniony dodatkowo w ciepłym i wilgotnym środowisku powietrznym. Planuje się zaprojektowanie systemu oczyszczania powietrza z tych nieprzyjemnych zapachów. Wiadomo, że system ten nie może polegać na ozonowaniu powietrza, gdyż ozon powoduje niszczenie roślinności (ozon musiałby być w 100% usunięty z oczyszczanego powietrza przed jego nawiewem do hali). W ramach poszukiwania rozwiązania problemu próbowano z dość dobrym skutkiem zastosować jonizację powietrza. Zastosowane niewielkie urządzenia ustawione w pobliżu hipopotamów doprowadziły do częściowego usunięcia zapachów z powietrza.
Audytorium akwarium morskiego
Dla odrębnej instalacji obsługującej widownię przed akwarium morskim i zaplecze obiektu strumień powietrza wentylacyjnego w ilości 1800 m3/h (9 1/h) określono na tej samej zasadzie, jak dla hipopotarium. Do nawiewu powietrza wykorzystano nawiewniki wirowe, do wywiewu szczeliny umieszczone w stropie podwieszonym. Centrala nawiewna zawiera m.in. wymiennik glikolowy do odzysku ciepła oraz pompę ciepła, a centrala wywiewna to także urządzenie w wykonaniu basenowym, ale odporne na działanie wody morskiej.
Podziękowania
Autorka bardzo serdecznie dziękuje Panu mgr inż. Rafałowi Okońskiemu, ichtiologowi, Kierownikowi Działu Akwarium Miejskiego Ogrodu Zoologicznego w Warszawie za udzielone wyczerpujące informacje na temat hipopotarium i akwarium wodnego, ich zadań, mieszkańców i działania instalacji technologicznych.
W artykule zostały wykorzystane informacje zamieszczone w projektach wykonawczych instalacji technologicznych uzdatniania wody i wentylacji wykonanych przez Autorską Pracownię Architektury CAD sp. z o.o. z Warszawy (za zgodą projektanta głównego arch. Krzysztofa Popińskiego). Za ich udostępnienie Autorka bardzo serdecznie dziękuje.