En innovativ och prisbelönt urban jordbruksanläggning skapar energieffektiva odlingsförhållanden i tunnlar 120 fot nedanför de livliga gatorna i Clapham i London. Mikrogrönsaker och salladsblad frodas med hjälp av ett smart övervakningsprogram som registrerar temperatur, luftfuktighet och CO2-nivåer.

Växer under jorden, som lanserades 2015 och ligger i före detta skyddsrum för andra världskriget, använder hydroponiska system för att på ett hållbart sätt producera den bekämpningsmedelsfria grödan. Tunnlarna hyrs av Transport for London (TfL), som var glad att se dem sättas i arbete efter att ha legat vilande i 60 år.

Syftet med Growing Underground är att föra produktion av ätbara grödor till hjärtat av staden och samtidigt minimera koldioxidpåverkan från mattransporter. De grönskande brickorna av fänkål, vitlök gräslök, ärtskott och koriander, bland andra, kan plockas och på en tallrik på en restaurang inom några timmar. Det framåtsträvande företaget, som säljer sina greener genom Ocado och Marks &Spencer och har som mål att vara koldioxidneutral, har precis belönats med BBC Future Food Award.

Cambridge Center for Smart Infrastructure and Construction (CSIC) medutredare Dr. Ruchi Choudhary, som leder initiativet Energy Efficient Cities (EECi) vid Institutionen för teknik, började arbeta med Growing Underground 2015, efter ett energioptimeringsprojekt som slutförts för Royal Botanic Gardens, Kew. Denna retrofitstudie av växthusen i Kew såg utvecklingen av en simuleringsmodell som inkorporerade värme- och massöverföringen associerad med växttranspiration i den dynamiska energisimuleringen av växthusstrukturerna.

"Tanken var att utöka energioptimeringsprojektet till stadsodling och samarbetet med Growing Underground gav den idealiska miljön, säger Melanie Jans-Singh, en EECi -doktorand student som undersöker integrationen av urbant jordbruk i städer som återanvänder bortkastade resurser. Rebecca Ward, en forskarassistent vid EECi, som utvecklade växthusenergisimuleringen på Kew, är också en del av teamet som arbetar med Growing Underground.

I mars förra året en rad instrumentering, inklusive trådlösa sensorer och webbkameror som övervakar temperatur, fuktighet, CO2, lufthastighet och ljus, installerades i en del av tunneln som för närvarande används för odling av grödor. Fler sensorer lades till i somras för att hjälpa till att hålla en konstant tunneltemperatur på mellan 20-25C. "Det finns stora rumsliga temperaturvariationer i tunneln men överallt måste ha samma förhållanden, " förklarar Melanie, som har ägnat de senaste sex månaderna åt att bygga och kalibrera sensorerna. "De flesta sensorer behöver kablar. Våra sensorer är trådlösa och är designade för att klara av fukten under jorden."

Det finns två tunnlar på olika nivåer – totalt 65, 000 kvadratmeter hålor med kapacitet att rymma upp till 8, 000 personer – och Growing Underground har planer på att utöka verksamheten nästa år.

Stadsjordbruk växer snabbt i Japan och Sydostasien, där anläggningarna benämns fabriksfabriker som är belägna i dedikerade nya byggnader. "Medan vårt fokus är stadsodling, strävar vi efter att göra om utrymmen snarare än att använda nya byggnader, och dessa kan vara tunnlar eller tak som inte används för närvarande, säger Melanie.

Data som samlats in från instrumenteringen informerar värme- och massöverföringsmodellen för detta unika "tunnelväxthus". "Vår övervakning hjälper Growing Underground att optimera avkastningen samtidigt som energiförbrukningen minskar. Om, till exempel, det råder tvivel om hur växterna växer på en viss plats, Jag kan hänvisa till mätningen av lufthastighet så att vi kan identifiera de exakta förhållandena. När växterna växer bättre på ett område än i ett annat, instrumenteringen hjälper oss att ta reda på varför."

Realtidsövervakning innebär att förhållandena kan ändras enligt den analyserade datan. Ventilation är den främsta energikonsumenten i Growing Underground-projektet och övervakningsdata har möjliggjort justeringar som har minskat förbrukningen för ventilation utan att påverka utbytet.

Grundarna av det delvis publikfinansierade företaget, Richard Ballard, som upptäckte tunnlarna när han var filmstudent och letade efter platser, och Steven Dring, som har en bakgrund inom logistik, kan komma åt data 24/7. Den analyserade datan i sig är av värde; det skapar ett "livstidsprestationspass" som ger tillgångsägarna, nutid och framtid, med en rik informationskälla.

"Vi har haft mycket tur att samarbeta med University of Cambridge. Ruchi och hennes team har verkligen hjälpt oss att övervaka och utveckla utrymmet som kommer att göra det möjligt för oss att så småningom få den optimala odlingsmiljön, " säger Richard. "De har försett oss med månatliga rapporter som har gjort det möjligt för oss att göra justeringar för att förbättra temperaturen, luftfuktighet och lufthastighet, och nu arbetar vi tillsammans för att förbättra CO2-nivåerna genom anrikning."

Samarbetet mellan näringsliv och akademi gynnar alla intressenter. Growing Underground tillhandahåller fallstudien för vidare forskning och akademikerna levererar data som hjälper grödorna, och företaget, att blomstra.

På längre sikt skulle EECi-teamet vilja skapa en vägledning för att lägga till ett "växthus" till ett utrymme som inte tidigare använts för detta ändamål, identifiera de förutsättningar som krävs för att förvandla ett utrymme till ett växthus. "Vi använder den här fallstudien för att skapa ett baslinjesimuleringsverktyg för att integrera urbant jordbruk i outnyttjat stadsrum, " säger Melanie. "Den andra delen av min doktorsexamen. kommer att fokusera på att hitta optimala utrymmen i städer för urbant jordbruk. Jag kommer att titta på hela London och undersöka andra typologier av oanvända utrymmen i städer för urbant jordbruk."

Ytterligare aspekter kommer att introduceras till simuleringsmodellen i syfte att optimera energieffektiviteten. "Vi kommer att överväga hur vi kan integrera samfördelar mellan anläggningar och byggnader. När en byggnad har uppvärmning produceras mycket spillvärme. Spillvärmen (och kanske även CO2) kan utnyttjas för ett produktivt syfte." Melanie kommer också att titta på hur stadsodling kan bidra till att förbättra luftkvaliteten, energianvändning och vattenanvändning.

"När vi förstår synergierna genom vår simuleringsmodell, vilken stad som helst kan betraktas på detta sätt, säger Melanie.

Rebecca, som byggde simuleringsmodellen för energioptimering för Kew, tillämpar nu sina modelltalanger på Growing Underground. EECi-teamet besöker de växande underjordiska tunnlarna en gång i månaden för att kontrollera instrumenteringen, rapportera tillbaka till Richard och Steven och, ibland, njuta av frukterna av sitt arbete. "De färska salladsbladen och örterna är verkligen goda, " säger Melanie. "De är väldigt goda."