Земляное убежище , также называемое земляным домом , домом с земляными насыпями , домом, укрытым землей , [1] домом, покрытым землей , или подземным домом , представляет собой сооружение (обычно дом ) с землей ( почвой ) у стен и/или на крыше, или которое полностью зарыто под землю.
Земля действует как тепловая масса , что облегчает поддержание постоянной температуры воздуха в помещении и, следовательно, снижает затраты энергии на отопление или охлаждение.
Земляные убежища стали относительно популярными после середины 1970-х годов, особенно среди защитников окружающей среды . Однако эта практика существует почти с тех пор, как люди начали строить собственные убежища.
Земляные укрытия являются одной из древнейших форм строительства. [7] Считается, что примерно с 15 000 г. до н. э. кочевые охотники в Европе использовали дерн и землю для изоляции простых круглых хижин, которые также были заглублены в землю. [8] Использование некоторых форм земляных укрытий встречается во многих культурах в истории, широко распространенных по всему миру. [9] Обычно эти примеры культур, использующих земляные укрытия, встречаются без каких-либо знаний о методе строительства в других местах. [9] Эти сооружения имеют много разных форм и называются многими разными названиями. Общие термины включают землянку и землянку .
Один из старейших примеров берминга , возраст которого составляет около 5000 лет, можно найти в Скара-Брей на Оркнейских островах у северной Шотландии . Другим историческим примером земляных убежищ в холмах является Меса-Верде на юго-западе США. Эти здания построены прямо на уступах и пещерах на поверхности скал. Передняя стена построена из местного камня и земли, чтобы огородить конструкцию.
В Северной Америке почти каждая группа коренных американцев в той или иной степени использовала земляные сооружения. [4] Эти сооружения назывались « земляными домиками » (см. также: Barabara ). [ требуется ссылка ] Когда европейцы колонизировали Северную Америку, дома из дерна («soddies») были обычным явлением на Великих равнинах . [8] [10]
В Китае искусственные пещерные жилища использовались в качестве убежища с 2000 г. до н. э. В некоторых районах северного Китая, таких как провинции Шэньси и Шаньси, поскольку лессовая земля структурно однородна и уплотнена, обеспечивая легкий доступ к качественному строительному материалу со стабильной структурой, дома, укрытые землей, использовались на протяжении столетий. [11]
Нефтяной кризис 1973 года привел к резкому росту цен на нефть, что повлияло на огромные социальные, экономические и политические изменения во всем мире. [9] В сочетании с растущим интересом к альтернативному образу жизни и движением «назад к земле» , общественность США и других стран стала больше интересоваться экономией энергии и защитой окружающей среды. [12] [4]
Еще в 1960-х годах в США некоторые новаторы проектировали современные земляные убежища. [9] После нефтяного кризиса и до начала 1980-х годов наблюдался новый всплеск интереса к строительству земляных убежищ/подземных домов, [4] что было названо первой волной жилищ, покрытых землей. [9] Архитектор Артур Куормби закончил строительство земляного укрытия в Холме, Англия, в 1975 году. Названное « Андерхилл », оно занесено в Книгу рекордов Гиннесса как «первый подземный дом» в Великобритании. [2]
Большинство публикаций о земляных укрытиях относятся к этому периоду, а десятки книг, посвященных этой теме, были опубликованы в годы, предшествовавшие 1983 году. [9] Первая Международная конференция по земляным укрытиям прошла в Сиднее, Австралия, в 1983 году. [9] Вторая конференция была запланирована на 1986 год в Миннеаполисе, США. [9]
Другими известными сторонниками идеи земляных убежищ, действовавшими в эту эпоху, были Майк Олер , Роб Рой, Джон Хейт, Малкольм Уэллс , Питер Ветч , Кен Керн и другие.
С конца 1980-х годов дома, укрытые под землей, становятся все более популярными. [5] Эта технология более распространена в России, Китае и Японии. [5] Возможно, что в Северном Китае больше убежищ, чем в любом другом регионе. [9] По состоянию на 1987 год в регионе проживало около 10 миллионов человек в подземных домах. [9]
Некоторые утверждают, что тысячи людей живут под землей в Европе и Америке. [5] Известными европейскими примерами являются «Земляные дома» швейцарского архитектора Петера Веча . В Швейцарии насчитывается около 50 таких земляных убежищ, включая жилой комплекс из девяти земляных убежищ (Леттенштрассе в Дитиконе ). Возможно, наиболее известными примерами современных земляных убежищ в англоязычном мире являются Earthships , бренд пассивных солнечных земляных убежищ, продаваемых Earthship Biotecture. Earthships сосредоточены в Нью-Мексико, США, но встречаются реже по всему миру. В других областях, таких как Великобритания, земляные укрытия встречаются реже. [5]
В целом строительство земляных укрытий часто рассматривается архитекторами, инженерами и общественностью как нетрадиционный метод строительства. Методы земляных укрытий не стали общеизвестными, и большая часть общества не знает об этом типе строительства зданий. В целом, стоимость земляных работ, повышенная потребность в гидроизоляции и требование к конструкции выдерживать больший вес по сравнению с надземными домами означают, что земляные укрытия остаются относительно редкими. В этом отношении стандарт энергоэффективности пассивного дома (PassivHaus), применяемый к надземным герметичным, сверхизолированным низкоуглеродным или нулевым углеродным зданиям, получил гораздо более широкое распространение в наше время. Более 20 000 зданий, сертифицированных по стандартам PassivHaus, были построены по всей Северной Европе. [13] Некоторые постулируют, что со временем сокращение доступности пространства для строительства и растущая потребность и интерес к экологически чистому жилью сделают земляные укрытия более распространенными. [5]
По оценкам, в таких земляных домах до сих пор живут около 30-40 миллионов китайцев, в основном вдоль реки Хуанхэ в Северном Китае. В этом районе в основном есть два типа земляных домов. Первый тип — это жилища в пещерах. [11] Обычно люди выкапывают заглубленный двор, представляющий собой прямоугольную подземную яму глубиной около 10 метров, затем обустраивают комнаты, вырытые за пределами главного двора. Второй тип — это жилые помещения, вырезанные в земляных скалах, которые часто обращены на юг, а фасады иногда облицованы кирпичом или камнем. Обычно они имеют большие дворы, поскольку не требуют раскопок.
Описаны три основных типа земляного укрытия. [2] [3] Также существует большое разнообразие подходов к земляному укрытию с точки зрения используемых материалов и расходов. «Низкотехнологичный» подход может включать в себя естественные методы строительства, деревянные столбы и крыши в виде сараев, переработку материалов, труд владельца, ручную выемку грунта и т. д. [3] Относительно более высокотехнологичный подход будет больше, с использованием бетона и стали. [3] Хотя обычно более энергоэффективное постовое строительство, высокотехнологичный подход имеет более высокую воплощенную энергию и значительно большие затраты. [3]
В земляном укрытии (также называемом «обвалованным») [2] типе земля насыпается у внешних стен, [3] с уклоном вниз от здания. Укрытие может быть частичным или полным. [2] Стена, обращенная к полюсу, может быть обвалована, [3] оставляя стену, обращенную к экватору, необвалованной (в умеренных регионах). Обычно этот тип земляного укрытия строится на исходном уровне или лишь немного ниже него . [ требуется ссылка ] Поскольку здание находится выше исходного уровня земли, с земляным укрытием связано меньше проблем с влажностью по сравнению с подземным/полностью утопленным строительством, [ требуется ссылка ] и его строительство обходится дешевле. [14] Согласно одному отчету, земляное укрытие обеспечивает 90-95% энергетического преимущества, поскольку полностью находится ниже уровня земли. [14]
Конструкция в холме (также называемая «покрытой землей», [3] или «возвышенной») [5] — это когда земляное укрытие устанавливается на склоне или склоне холма, и земля покрывает крышу в дополнение к стенам. [3] Наиболее практичным применением является использование холма, обращенного к экватору (юг в Северном полушарии и север в Южном полушарии ), к афелию (север) в тропиках или к востоку сразу за тропиками. В этом типе земляного укрытия есть только одна открытая стена, стена, обращенная наружу холма, все остальные стены встроены в землю/холм. Это самая популярная и энергоэффективная форма земляного укрытия в холодном и умеренном климате. [6] [15]
Настоящее подземное (также называемое «камерным» или «подземным») земляное убежище описывает дом, где земля вырыта, и дом установлен ниже уровня земли. Они могут иметь атриум или двор [9], построенный в середине убежища, чтобы обеспечить достаточное освещение и вентиляцию. Атриум не всегда полностью закрыт приподнятой землей, иногда используется U-образный атриум, который открыт с одной стороны. [15]
При атриумном земляном убежище жилые помещения, как правило, располагаются вокруг атриума. Расположение атриума обеспечивает гораздо менее компактный план, чем одно- или двухэтажный дизайн с бермами/в холме; поэтому он обычно менее энергоэффективен с точки зрения потребностей в отоплении. [ необходима цитата ] Поэтому конструкции атриума встречаются в основном в более теплом климате. [15] Однако атриум имеет тенденцию удерживать внутри себя воздух, который затем нагревается солнцем и помогает сократить потери тепла. [ необходима цитата ] Конструкции атриума хорошо подходят для плоских участков и довольно распространены. [15]
В зависимости от того, какое определение земляного укрытия используется, иногда включаются и другие типы. В домах-водопропускных трубах («Cut and Cover») сборные бетонные контейнеры и трубы большого диаметра собираются в соединительную конструкцию, чтобы сформировать жилое пространство, а затем засыпаются землей. [5] Экспериментальный строительный проект 1980-х годов в Японии, названный « Alice City », предлагал использовать широкую и глубокую цилиндрическую шахту, погруженную в землю, с куполообразной крышей. [5] Искусственные пещеры можно построить, проделав туннель в земле. [5] Также предполагалось строительство теплиц под землей. [16] Школы, торговые центры, правительственные здания и другие здания можно было бы построить под землей. [9]
Земляное укрытие часто сочетается с системами солнечного отопления. Чаще всего в земляных укрытиях используются пассивные методы проектирования солнечных батарей. В большинстве стран Северного полушария наиболее эффективным применением пассивных солнечных систем является обращенная на юг конструкция с северной, восточной и западной сторонами, покрытыми землей . Большое окно с двойным остеклением, тройным остеклением, охватывающее большую часть длины южной стены, имеет решающее значение для получения солнечного тепла. Полезно дополнить окно изолированными шторами для защиты от потери тепла ночью. Кроме того, в летние месяцы для блокировки избыточного получения солнечного тепла используется навес или какое-либо затеняющее устройство.
Пассивное годовое хранение тепла — это концепция здания, теоретически разработанная для создания круглогодичной постоянной температуры в земляном укрытии посредством прямого получения пассивного солнечного отопления и эффекта тепловой батареи, длящегося несколько месяцев. Утверждается, что земляное укрытие, спроектированное в соответствии с этими принципами, будет сохранять солнечное тепло летом и медленно отдавать его в течение зимних месяцев без необходимости в других формах отопления. Этот метод был впервые описан изобретателем и физиком Джоном Хейтом в его книге 1983 года. [17] Основным его компонентом является изолированный и водонепроницаемый «зонтик», который простирается от земляного укрытия на несколько метров во всех направлениях. Отсюда и термин «дом-зонтик». Земля под этим зонтиком остается теплой и сухой относительно окружающей земли, которая подвержена постоянным ежедневным и сезонным изменениям температуры. Это создает большую область хранения тепла земли, фактически огромную тепловую массу. Тепло накапливается через пассивное солнце в земляном укрытии и передается в окружающую землю путем теплопроводности. Таким образом, когда температура в земляном укрытии опускается ниже температуры окружающей земли, тепло возвращается в земляное укрытие. Через некоторое время достигается стабильная температура, которая является средним годовым изменением температуры во внешней среде. Некоторые критикуют эту технику (вместе с техникой укрытия землей в целом), высказывая опасения, включая сложность и стоимость строительства, влажность и отсутствие доказательств. [18]
Другая конструкция, направленная на пассивное сезонное хранение энергии, — это годовая геосолнечная энергия , которая иногда применяется в земляных укрытиях. [ необходима ссылка ]
Пассивное охлаждение , которое втягивает воздух с помощью вентилятора или конвекции из воздуха с почти постоянной температурой в зарытые в землю охлаждающие трубы , а затем в жилое пространство дома. Это также обеспечивает свежий воздух для жильцов и воздухообмен, требуемый ASHRAE .
В 1981 году Олер продвигал свой проект малобюджетного здания (простая яма в земле со стенами из деревянных досок, обшитых пластиковой пленкой), утверждая, что для него не нужен фундамент, используется меньше строительных материалов и рабочей силы, требуется меньше обслуживания, он эстетичен, имеет более низкую ставку налогообложения в США в то время, требует меньших затрат на регулирование температуры, меньше подвержен влиянию штормовой погоды, имеет трубы, которые не замерзают в месте входа в дом, является «экологически безопасным», относительно огнестойким, звуконепроницаемым и имеет больше места для сада по сравнению с обычным домом на участке земли такого же размера. [19]
Он также утверждал, что вид из окна под землей был лучше, чем из других окон, и что напольное покрытие, которое он использовал в своем подземном доме (пластиковая пленка поверх голой земли), было «лучше» того, что доступно в других местах. [19]
Он заявил, что в проекте будет встроенная теплица. [19]
Он утверждал, что его дома могут быть использованы в качестве убежищ от радиоактивных осадков в случае ядерных войн, а также утверждал, что в случае полного коллапса общества его проект будет более защищенным, чем обычный дом, в случае случайных атак, а также будет лучше скрыт от потенциальных врагов (без карты и незнакомых с местностью). Он считал, что под землей жители будут лучше защищены от «атмосферной радиации» ( радиации ). Поскольку его проект не был водонепроницаемым, человек будет «ближе к источнику воды», и потенциально сможет просто вырыть колодец в середине комнаты. [19]
Он также утверждал, что любой желающий, независимо от навыков и способностей, может построить одну из его конструкций всего за 50 долларов. [19]
Из-за своей плотности уплотненная земля действует как термическая масса , [14] что означает, что она хранит тепло и медленно его отдает. Уплотненная почва является скорее проводником тепла, чем изолятором. Утверждается, что почва имеет значение R около 0,65-R на сантиметр (0,08-R на 1 дюйм), [17] или 0,25-R на 1 дюйм. [14] Изменения в значении R почвы могут быть связаны с различными уровнями влажности почвы, с более низкими значениями R по мере увеличения уровня влажности. [17] Самый поверхностный слой земли обычно менее плотный и содержит корневые системы многих различных растений, тем самым действуя скорее как теплоизоляция , [14] что означает, что он снижает скорость прохождения через него температуры.
Приблизительно 50% тепла от Солнца поглощается поверхностью. [20] Следовательно, температура на поверхности может значительно меняться в зависимости от цикла день / ночь, в зависимости от погоды и особенно в зависимости от сезона. Под землей эти изменения температуры притупляются и задерживаются, что называется тепловой задержкой . Тепловые свойства земли, таким образом, означают, что зимой температура под поверхностью будет выше, чем температура воздуха на поверхности, и наоборот, летом температура земли будет ниже, чем температура воздуха на поверхности.
Действительно, в достаточно глубокой точке под землей температура остается постоянной круглый год, и эта температура приблизительно равна среднему значению летних и зимних температур. [20] [17] Источники различаются в своих заявленных значениях для этой глубокой постоянной температуры земли (также называемой поправочным коэффициентом амплитуды). Сообщенные значения включают 5–6 м (16–20 футов), [13] 6 м (20 футов), [17] 15 м (49 футов), [20] 4,25 м (13,9 фута) для сухой почвы и 6,7 м (22 фута) для влажной почвы. [21] Ниже этого уровня температура увеличивается в среднем на 2,6 °C (5 °F) каждые 100 м (330 футов) из-за тепла, поднимающегося из недр Земли. [20]
Суточные изменения температуры между максимальной и минимальной температурами можно смоделировать как волну, как и сезонные изменения температуры (см. диаграмму). В архитектуре соотношение между максимальными колебаниями внешней температуры по сравнению с внутренней температурой называется амплитудным демпфированием (или амплитудным фактором температуры). [13] Фазовый сдвиг — это время, необходимое для того, чтобы минимальная внешняя температура достигла внутренней. [13]
Частичное покрытие здания землей увеличивает тепловую массу конструкции. [13] В сочетании с изоляцией это приводит как к амплитудному затуханию, так и к фазовому сдвигу. Другими словами, конструкции, защищенные землей, получают как некоторую степень охлаждения летом, так и нагрева зимой. [13] Это снижает потребность в других мерах отопления и охлаждения, экономя энергию. [4] Потенциальным недостатком термически массивного здания в более холодном климате является то, что после длительного периода холода, когда внешняя температура снова повышается, внутренняя температура конструкции имеет тенденцию отставать и требует больше времени для нагрева (при условии отсутствия других форм отопления).
Уменьшение инфильтрации воздуха в земляном убежище может быть выгодным. Поскольку три стены конструкции в основном окружены землей, очень малая площадь поверхности подвергается воздействию наружного воздуха. Это решает проблему утечки теплого воздуха из дома через щели вокруг окон и дверей. Кроме того, земляные стены защищают от холодных зимних ветров, которые в противном случае могли бы проникать через эти щели. Однако это также может стать потенциальной проблемой качества воздуха в помещении. Здоровая циркуляция воздуха имеет ключевое значение.
В результате увеличения тепловой массы конструкции, тепловой инерции земли, защиты от нежелательной инфильтрации воздуха и комбинированного использования пассивных солнечных технологий потребность в дополнительном отоплении и охлаждении минимальна. Таким образом, происходит резкое снижение потребления энергии, необходимой для дома, по сравнению с домами типичной конструкции.
Уникальная архитектура земляных домов защищает их от сильных ветров. Их не может сорвать или опрокинуть сильный ветер. Структурная инженерия и, прежде всего, отсутствие углов и открытых частей (крыши) исключают уязвимые поверхности, которые в противном случае пострадали бы от штормовых повреждений. [22]
По сравнению с материальными потребностями стандартных зданий, дома, защищенные землей, могут значительно сократить количество природных ресурсов. [23] Традиционные деревянные дома требуют пиломатериалы для каркаса и внутренней отделки, что является довольно большим спросом. Почва как основной строительный материал и вписывающиеся в ландшафт, дома, защищенные землей, резко сокращают спрос на пиломатериалы.
Земляные дома органически охватывают животных и птицу, а также воду, почву и растения. Аркология изучает отношения между животными и растениями и искусственными постройками в ходе экологического развития. [24] Например, выращивание птицы и домашних животных является важной частью традиционных китайских сельских поселений, и эти элементы создают стабильный и устойчивый экологический цикл, который приносит пользу окружающей среде.
По сравнению с обычными зданиями, земляные дома могут вписаться в окружающую среду. Покрытые землей крыши скрывают здание в ландшафте.
Некоторые утверждают, что метод строительства выгоден для азотфиксации почвы на крыше, поскольку в противном случае она была бы покрыта фундаментом традиционного дома. В отличие от обычных крыш, крыши земляных домов позволяют растениям расти на них полуестественно. [22]
Такие дома также можно строить в виде террасных конструкций на склоне холмистой местности. [22]
По сравнению с другими строительными материалами, такими как дерево, земляные дома обладают эффективной противопожарной защитой благодаря использованию бетона и изоляции, обеспечиваемой крышей. Если взять пример Earthships, то есть зарегистрированный случай, когда конструкция пережила пожар лучше, чем другие типы зданий. [25]
Хотя жители домов, защищенных землей, сообщают о том, что замечают больше незначительных землетрясений, дома устойчивы к сильным землетрясениям, поскольку их подземная природа позволяет им двигаться вместе с землей. Представьте себе небольшой дом из прутьев, стоящий на кадке с землей: встряхните землю, и дом будет танцевать и напрягаться. Но если вы закопаете дом в землю, вы сможете встряхнуть ванну, не напрягая дом так сильно.
Кровельное покрытие выполняется с использованием выкопанного материала, в который можно высаживать растения. [19]
Из-за массы земли между жилой зоной земляного дома и уровнем поверхности, земляной дом обеспечивает значительную защиту от ударов/взрывов или осадков, связанных с ядерной бомбой. [19]
Земляные убежища могут обеспечить уединение от соседей, а также звукоизоляцию. [19] Земля обеспечивает акустическую защиту от внешнего шума. Это может быть важным преимуществом в городских районах или вблизи автомагистралей.
Жилище, защищенное землей, выражает себя цветовой гармонией почвы и земли. [24] Между тем, материальные свойства почвы и земли придают земляным домам простоту геоматических масс. Кроме того, земляные дома идеально вписываются в ландшафт и подчеркивают красоту окрестностей, что является важной основой концепции аркологии . Например, жилища яодун и пещерные ямы в Северном Китае скрываются под землей и идеально вписываются в среду плато Лёсс. Соляной собор в горе галита недалеко от города Сипакира, Колумбия, обнимает контур и подчеркивает природные особенности.
На общую стоимость строительства дома влияют три основных фактора: сложность проекта, используемые материалы и то, выполняет ли владелец(и) часть или все строительство самостоятельно или платит за это другим. [4] Дома по индивидуальному заказу со сложными проектами, как правило, стоят дороже и строятся дольше, чем стандартные дома. Дома, в которых используются дорогие материалы, будут дороже, чем дома, в которых используются недорогие материалы. Труд владельца может значительно сократить расходы на строительство. [4]
Как проекты с земляным укрытием, так и строительство обычных домов имеют значительную вариативность в плане дизайна, материалов и рабочей силы. Таким образом, трудно сделать точное сравнение стоимости между ними, однако в целом земляное укрытие намного дороже. [4]
Небольшой «подземный дом», построенный в стиле Олера, представляющий собой простую, негерметичную яму в земле с простыми досками и пластиковым листом на стене, несмотря на использование бесплатной рабочей силы (без учета альтернативных издержек, связанных с отсутствием времени на работу) и переработанных материалов, например, окон и досок для стены, по оценкам, обойдется на 30% дешевле в строительстве по сравнению с оплатой подрядчику строительства обычного дома с использованием новых строительных материалов по стандартным ценам [4] , хотя конструкция Олера быстро сгниет и разрушится через несколько лет.
Конкретным фактором, который сильно влияет на стоимость земляного убежища, является количество земли, которая его покрывает. Чем больше земли покрывает конструкцию, тем больше расходов необходимо для того, чтобы конструкция могла выдерживать нагрузку (см. также: Крыша). [14] [4] Другим важным фактором стоимости, который, как правило, является уникальным для земляных убежищ, является выемка грунта на месте и засыпка. [14] Количество гидроизоляции также более затратно. С другой стороны, земляные убежища должны иметь более низкие затраты на обслуживание, поскольку они в основном покрыты малой открытой внешней поверхностью. [26]
Многие финансовые учреждения полностью исключают финансирование домов, защищенных от землетрясений, [27] или требуют, чтобы этот тип недвижимости был обычным явлением в данном районе. [ необходима цитата ]
В целом, технически проектировать земляное убежище сложнее, чем обычный дом. Из-за нетрадиционного дизайна и строительства домов с земляным укрытием, возможно, придется изучить и/или изучить местные строительные нормы и постановления. Многие строительные компании имеют ограниченный или нулевой опыт строительства с земляным укрытием, что может поставить под угрозу физическое строительство даже самых лучших проектов. Специфическая архитектура земляных домов обычно приводит к неровным, круглым стенам, что может вызвать проблемы с внутренней отделкой, особенно в отношении мебели и больших картин.
Ремонт стен очень сложен и может потребовать повторной оценки и перестройки дома с нуля.
Земляное убежище невозможно расширить за счет дополнительной комнаты — для этого придется разрушить гидроизоляционный слой, покрывающий бетонные стены здания.
В «зеленом строительстве» описываются четыре фазы «жизненного цикла» здания, а именно: источники материалов, строительство, использование и деконструкция ( оценка жизненного цикла ). [13] Термины «углеродно-нулевые» и «отрицательные углеродные» здания относятся к чистым выбросам парниковых газов на этих четырех фазах. Поэтому возникают вопросы о том, являются ли определенные структуры действительно экологически чистыми. Например, сырье должно быть извлечено из земли, транспортировано, а затем переработано в строительные материалы и снова транспортировано для продажи и, наконец, доставлено на строительную площадку. На каждом из этих этапов может использоваться много ископаемого топлива.
Для защиты от земли часто требуются более тяжелые строительные материалы, чтобы противостоять весу земли на стенах и/или крыше. В частности, железобетон необходимо использовать в гораздо больших количествах на здание. Производство бетона является основным источником парниковых газов.
Материалы, которые используются, как правило, не биоразлагаемые. Поскольку материалы должны не пропускать воду, они часто изготавливаются из пластика. Раскопки на участке также требуют значительного времени и труда. В целом, строительство сопоставимо с обычным строительством, поскольку здание требует минимальной отделки и значительно меньшего обслуживания.
Проблемы с просачиванием воды, внутренней конденсацией , плохой акустикой и плохим качеством воздуха в помещении могут возникнуть, если земляное убежище не было должным образом спроектировано и проветривалось. Очень высокий уровень влажности может привести к росту плесени или грибка, что связано с затхлым запахом и потенциально с проблемами со здоровьем. Подземная ориентация многих домов, защищенных землей, может привести к накоплению радонового газа (который, как известно, увеличивает риск рака легких) или других нежелательных материалов (например, выделение газов из строительных материалов).
Угроза просачивания воды возникает вокруг участков, где были пробиты гидроизоляционные слои. Земля обычно оседает постепенно. Вентиляционные отверстия и воздуховоды, выходящие из крыши, могут вызывать определенные проблемы из-за возможности перемещения. Сборные бетонные плиты могут иметь прогиб в 1/2 дюйма или более, когда поверх них накладывается земля/почва. Если вентиляционные отверстия или воздуховоды жестко удерживаются на месте во время этого прогиба, результатом обычно является разрушение гидроизоляционного слоя. Чтобы избежать этой трудности, вентиляционные отверстия можно разместить на других сторонах здания (помимо крыши) или можно установить отдельные сегменты труб. Также можно использовать более узкую трубу в крыше, которая плотно прилегает к большему сегменту здания. Угрозу просачивания воды, конденсации и плохого качества воздуха в помещении можно преодолеть с помощью надлежащей гидроизоляции и вентиляции.
Несмотря на большие окна (обычно выходящие на юг в Северном полушарии ), во многих домах с земляным укрытием есть темные области напротив окон. Весь естественный свет, идущий с одной стороны дома, может создать «эффект туннеля или пещеры».
Сообщения об обрушениях, похоже, редки. В одном случае автор и сторонник земляного укрытия погиб, когда земляная крыша, которую он спроектировал, рухнула на него. [14]
По сравнению с надземными домами, земляные убежища могут иметь ограниченные пути эвакуации в случае чрезвычайной ситуации, [26] что может не соответствовать строительным нормам по эвакуации и оконным проемам. [14]
Земляное убежище может оказаться непригодным для адаптации к существующим местным строительным нормам и правилам, и в нем может быть запрещено проживание.
Дома с защитой от воздействия земли часто строятся с учетом энергосбережения и экономии. Конкретные конструкции укрытий от воздействия земли позволяют добиться максимальной экономии. Для строительства с бермами или в холмах общепринятым планом является размещение всех жилых помещений на стороне дома, обращенной к экватору (или на север или восток, в зависимости от широты). Это обеспечивает максимальное солнечное излучение для спален, гостиных и кухонных помещений. Комнаты, которым не требуется естественного дневного света и обширного отопления, такие как ванная комната, кладовая и подсобное помещение, обычно располагаются на противоположной (или в холме) стороне укрытия. Этот тип планировки также можно перенести в двухуровневый проект дома, где оба уровня полностью находятся под землей. Этот план имеет самую высокую энергоэффективность среди домов с защитой от воздействия земли из-за компактной конфигурации, а также из-за того, что конструкция погружена глубже в землю. Это обеспечивает ему большее соотношение покрытия землей к открытой стене, чем у одноэтажного укрытия.
Тип почвы является одним из важнейших факторов при планировании участка. Почва должна обеспечивать достаточную несущую способность и дренаж , а также помогать удерживать тепло. Что касается дренажа, наиболее подходящим типом почвы для укрытия земли является смесь песка и гравия . Хорошо отсортированный гравий имеет большую несущую способность (около 8000 фунтов на квадратный фут), отличный дренаж и низкий потенциал вспучивания при замерзании . Песок и глина могут быть подвержены эрозии . Глинистые почвы, хотя и наименее подвержены эрозии, часто не обеспечивают надлежащего дренажа и имеют более высокий потенциал вспучивания при замерзании. Глинистые почвы более подвержены термической усадке и расширению. Знание содержания влаги в почве и колебания этого содержания в течение года поможет предотвратить потенциальные проблемы с отоплением. Вспучивание при замерзании также может быть проблематичным в некоторых почвах. Мелкозернистые почвы лучше всего удерживают влагу и наиболее подвержены вспучиванию. Несколько способов защиты от капиллярного воздействия, вызывающего морозное пучение, включают размещение фундаментов ниже зоны промерзания или изоляцию поверхности грунта вокруг неглубоких фундаментов, замену чувствительных к морозу грунтов зернистым материалом и прерывание капиллярного подсоса влаги путем размещения дренажного слоя из более грубого материала в существующем грунте.
Вода может нанести потенциальный ущерб земляным убежищам, если она скапливается вокруг убежища. Крайне важно избегать мест с высоким уровнем грунтовых вод . Дренаж, как поверхностный, так и подземный, должен быть надлежащим образом организован. Гидроизоляция, применяемая к зданию, имеет важное значение.
Проекты атриумов имеют повышенный риск затопления, поэтому окружающая земля должна иметь уклон от конструкции со всех сторон. Дренажная труба по периметру края крыши может помочь собрать и удалить дополнительную воду. Для домов с бермами рекомендуется дренажный коллектор на гребне бермы вдоль края крыши. Также полезен дренажный коллектор в середине бермы, или задняя часть бермы может быть террасирована с подпорными стенками. На наклонных участках сток может вызвать проблемы. Можно построить дренажный коллектор или овраг для отвода воды вокруг дома или можно установить заполненную гравием траншею с дренажной плиткой вместе с дренажными трубами у основания.
Также следует учитывать устойчивость почвы, особенно при оценке наклонного участка. Эти склоны могут быть изначально устойчивыми, если их не трогать, но врезание в них может значительно подорвать их структурную устойчивость. Возможно, придется построить подпорные стенки и засыпки, чтобы удержать склон до строительства укрытия.
На относительно ровной земле наиболее подходящим проектом будет полностью утопленный дом с открытым внутренним двором. На наклонном участке дом устанавливается прямо на холме. Наклон определит расположение оконной стены; наиболее практичной ориентацией в умеренном и холодном климате является открытая стена, обращенная на юг в Северном полушарии (и на север в Южном полушарии) из-за преимуществ солнечного света. Наиболее практичной ориентацией в тропиках, ближайших к экватору, является ориентация на север в сторону афелия (или, возможно, на северо-восток), чтобы смягчить экстремальные температуры. Сразу за тропиками наиболее практичным способом избежать избытка послеполуденного тепла может быть дом, обращенный на восток или, если он находится вблизи западного побережья, экспозиция восточного и западного концов, с двумя длинными сторонами, заглубленными в землю.
В зависимости от региона и места, выбранного для строительства земляного укрытия, преимущества и цели строительства земляного укрытия различаются. Для прохладного и умеренного климата цели состоят в сохранении зимнего тепла, предотвращении инфильтрации, получении зимнего солнца, использовании тепловой массы, затенении и вентиляции летом, а также избежании зимних ветров и холодных карманов. Для жаркого, засушливого климата цели включают максимизацию влажности, обеспечение летней тени, максимизацию летнего движения воздуха и сохранение зимнего тепла. Для жаркого, влажного климата цели включают предотвращение летней влажности, обеспечение летней вентиляции и сохранение зимнего тепла.
Регионы с экстремальными дневными и сезонными температурами подчеркивают ценность земли как тепловой массы. Таким образом, земляное укрытие наиболее эффективно в регионах с высокими потребностями в охлаждении и отоплении и высокими перепадами температур. В таких регионах, как юго-восток США, земляное укрытие может потребовать дополнительной заботы при обслуживании и строительстве из-за проблем с конденсацией в связи с высокой влажностью. Температура земли в регионе может быть слишком высокой, чтобы обеспечить охлаждение земли, если температура колеблется лишь незначительно от дня к ночи. Предпочтительно, чтобы было достаточное зимнее солнечное излучение и достаточные средства для естественной вентиляции. Ветер является критическим аспектом для оценки при планировании участка по причинам, связанным с охлаждением ветром и потерей тепла, а также с вентиляцией укрытия. В Северном полушарии склоны, обращенные на юг, как правило, избегают холодных зимних ветров, обычно дующих с севера. Полностью утопленные укрытия также обеспечивают адекватную защиту от этих суровых ветров. Однако атриумы внутри конструкции могут вызывать незначительную турбулентность в зависимости от размера. Летом полезно использовать преобладающие ветры. Из-за ограниченного расположения окон в большинстве земляных убежищ и сопротивления инфильтрации воздуха воздух внутри конструкции может застаиваться, если не обеспечить надлежащую вентиляцию. Используя ветер, можно добиться естественной вентиляции без использования вентиляторов или других активных систем. Знание направления и интенсивности сезонных ветров имеет жизненно важное значение для обеспечения перекрестной вентиляции. Для достижения этого эффекта вентиляционные отверстия обычно размещаются на крыше укрепленных или полностью утопленных убежищ.
При выборе строительных материалов следует учитывать тип конструкции, характеристики участка, климат, тип почвы и дизайн. Для конструкций, которые заглублены глубоко, требуются более прочные и долговечные строительные материалы. Также следует использовать водонепроницаемые и изолированные материалы, чтобы выдерживать давление и влажность окружающего грунта. Например, бетон и армированная кладка, дерево и сталь являются приемлемыми материалами. Бетон является наиболее распространенным выбором для строительства зданий с защитой от воздействия земли из-за его прочности, долговечности и огнестойкости. Монолитный бетон используется для некритических структурных элементов, таких как бетонные фундаменты, плиты перекрытия и внешние стены с менее чем 6 футами (1,8 метра) грунтового покрытия, в то время как сборный железобетон может использоваться для полов, стен и крыш. Бетонные блоки кладки должны быть 8 дюймов (200 миллиметров) или больше, с использованием «A» или «H», облегчающих размещение блоков вокруг вертикальных арматурных стержней, в зависимости от требуемой структурной целостности. Обычно рекомендуется использовать раствор типа S, затирку с минимальной прочностью 2000 фунтов на квадратный дюйм (14 МПа) и бетонную плиту с минимальной прочностью 2500 фунтов на квадратный дюйм (17 МПа) и толщиной 4 дюйма (100 мм). [28] Кирпичная или каменная кладка, армированная стальными стержнями, может использоваться для стен, которые будут подвергаться боковому или вертикальному давлению со стороны грунтового покрова. Каменная кладка обычно стоит меньше, чем монолитный бетон. Древесина может широко использоваться в укрытых землей зданиях для структурных и внутренних работ, включая полы, крыши и наружные стены. Однако деревянные каркасные стены, которые должны выдерживать боковое давление, ограничены глубиной залегания в один этаж при использовании в качестве конструкционного материала. За пределами этой глубины стоимость будет быстро увеличиваться при использовании древесины в качестве конструкционного материала. Хотя древесина может быть менее дорогой, чем другие материалы, ей не хватает прочности стали, поэтому она может быть не идеальным вариантом для конструкционного материала в некоторых укрытых землей жилищах, особенно во влажном типе почвы. Сталь используется для балок, колонн, балок балок и армирования каменной кладки. Преимущество в том, что сталь имеет высокую прочность на растяжение и сжатие, а недостаток в том, что ее нужно защищать от коррозии, если она подвергается воздействию воздуха, воды или других химикатов. Ее нужно использовать эффективно, потому что она также дорогая. [29]
В строительстве с защитой от воздействия земли часто проводятся обширные земляные работы на строительной площадке. Выемка на несколько футов больше запланированного периметра стен производится для обеспечения доступа к внешней стороне стены для гидроизоляции и изоляции.
После подготовки площадки и установки коммуникаций заливается фундамент из железобетона. Затем устанавливаются стены. Обычно их либо заливают на месте, либо формируют либо на месте, либо за его пределами, а затем перемещают на место. Железобетон является наиболее распространенным выбором. Процесс повторяется для конструкции крыши. Если стены, пол и крыша должны быть залиты на месте, их можно сделать за одну заливку. Это может снизить вероятность появления трещин или протечек в стыках, где бетон затвердел в разное время. Фундамент зданий, спроектированных Vetsch, возводится традиционным способом.
Несколько различных методов строительства внешних ( несущих ) стен в земляных убежищах были успешно использованы. Они включают бетонные блоки (либо с обычным раствором , либо с поверхностным связыванием), каменную кладку , кладку из кордовой древесины , литой бетон и прессованную древесину . [14] Earthships классически используют стены из утрамбованных земляных шин, которые являются трудоемкими, но перерабатывают использованные шины. [14]
Олер предписал очень бюджетный метод, который он назвал «столб, подпорка и полиэтилен». Он включает в себя закопанные деревянные столбы, которые действуют как каркас, укрепленные досками, и водонепроницаемый барьер из полиэтиленовой пленки между досками и засыпкой, но без фундамента и ничего на полу, кроме пластиковой пленки и коврового покрытия. [19]
Необработанная древесина, находящаяся в прямом контакте с землей, сгнивает в течение пяти лет использования в строительстве земляного убежища, но может использоваться для строительства структурной опоры в хорошо изолированном и водонепроницаемом/влагонепроницаемом доме. Железобетон является наиболее часто используемым конструкционным материалом в строительстве земляного убежища. Он прочен и легко доступен. Сталь может использоваться, но ее необходимо покрыть бетоном, чтобы предотвратить прямой контакт с почвой, которая разъедает металл. Кирпичи и бетонные блоки кладки также являются возможными вариантами в строительстве земляного убежища, но их необходимо армировать, чтобы они не смещались под вертикальным давлением, если только здание не построено с арками и сводами.
К сожалению, железобетон не является самым экологически устойчивым материалом. Бетонная промышленность работает над разработкой более экологичных продуктов в ответ на запросы потребителей. Такие продукты, как Grancrete и Hycrete, становятся все более доступными. Они заявляют, что они экологически безопасны и либо уменьшают, либо устраняют необходимость в дополнительной гидроизоляции. Однако они пока не нашли широкого применения в строительстве земляных укрытий.
Крыша земляного укрытия может не быть покрыта землей (только земляная насыпь), или крыша может поддерживать зеленую крышу с минимальной толщиной земли. В качестве альтернативы большую массу земли можно покрыть крышей. Такие крыши должны иметь значительно большую статическую нагрузку и временную нагрузку (например, увеличенный вес воды в земле после дождя или снега). Это требует более прочной и существенной конструкции поддержки крыши. Некоторые советуют иметь на крыше только достаточную толщину земли для поддержания зеленой крыши (примерно 6 дюймов / 15 см), так как это означает меньшую нагрузку на конструкцию. Увеличение количества земли на крыше сверх этого дает лишь скромное увеличение выгод при значительном увеличении затрат. [14]
Несмотря на то, что они находятся под землей, дренаж воды по-прежнему важен. Поэтому земляные убежища, как правило, не имеют плоских крыш. Плоская крыша также менее устойчива к весу земли. Обычно для конструкций земляных убежищ используются арки и неглубокие купольные крыши, поскольку эта форма хорошо выдерживает вертикальную нагрузку. Один из методов использует мелкоячеистый металл, согнутый в предполагаемую форму и приваренный к поддерживающей арматуре. На эту сетку распыляется бетон, образуя крышу. Terra-Dome (США) — компания, специализирующаяся на строительстве домов, защищенных землей, и продает модульную систему бетонных куполов, предназначенных для покрытия землей. [30] Другие советуют использовать каркасные деревянные двускатные крыши с уклоном не менее 1:12 для улучшения дренажа. [14] Крыши Earthships, как правило, односкатные , классически с использованием vigas .
Снаружи бетона наносится система гидроизоляции. Наиболее часто используемая система гидроизоляции включает слой жидкого асфальта, на который наносится водонепроницаемая мембрана высокой прочности, а затем последний жидкий герметик, который можно распылять. Очень важно убедиться, что все швы тщательно герметизированы. Очень сложно обнаружить и устранить утечки в системе гидроизоляции после завершения строительства здания. Для гидроизоляции при строительстве земляного укрытия используется несколько слоев. Первый слой предназначен для герметизации любых трещин или пор в конструкционных материалах, а также служит клеем для водонепроницаемой мембраны. Мембранный слой часто представляет собой толстую гибкую полиэтиленовую пленку, называемую EPDM-каучуком . EPDM — это материал, который обычно используется при строительстве водных садов, прудов и бассейнов. Этот материал также предотвращает прорастание корней через гидроизоляцию. С EPDM очень тяжело работать, и его могут прогрызть некоторые распространенные насекомые, такие как огненные муравьи. Он также изготавливается из нефтехимических продуктов, что делает его экологически неустойчивым.
Существуют различные покрытия на основе цемента, которые можно использовать в качестве гидроизоляции. Продукт распыляется непосредственно на незащищенную поверхность. Он высыхает и действует как огромный керамический слой между стеной и землей. Проблема этого метода в том, что если стена или фундамент каким-либо образом смещаются, они трескаются, и вода может легко проникнуть сквозь них.
Bituthene (зарегистрированное название) очень похож на трехслойный процесс нанесения, только в один этап. Он поставляется уже наложенным слоями в листах и имеет самоклеящуюся подложку. Нанесение его вручную такое же, как и при методе нанесения слоев, кроме того, он чувствителен к солнцу и должен быть закрыт очень скоро после нанесения.
Eco-Flex — это экологически чистая гидроизоляционная мембрана, которая, по-видимому, очень хорошо работает на фундаментах, но мало что известно о ее эффективности в защите грунта. Она входит в группу жидких красящих гидроизоляционных продуктов. Основная проблема с этими продуктами заключается в том, что их нужно аккуратно наносить, следя за тем, чтобы каждая область была покрыта нужной толщиной, а каждая трещина или щель была плотно заделана.
Бентонитовая глина — это альтернатива, которая является наиболее экологически чистой. Она встречается в природе и обладает способностью к самовосстановлению. Недостатком этого материала является то, что он очень тяжелый, его сложно устанавливать владельцу/строителю, и он подвержен повреждению термитами .
Бимембраны широко использовались по всей Австралии, где 2 мембраны были скомбинированы вместе — обычно 2 слоя эпоксидной смолы на водной основе в качестве «герметика» и останавливают внутреннее давление паров влажного бетона, взрывающего пузырьки пара под мембраной при воздействии жаркого солнца. Прочность связи эпоксидной смолы с бетоном сильнее, чем внутренняя прочность связи бетона, поэтому мембраны не «сдуются» со стены на солнце. Эпоксидные смолы очень хрупкие, поэтому они скомбинированы с верхним слоем толстослойной гибкой акриловой мембраны на водной основе в несколько слоев разных цветов, чтобы обеспечить покрытие пленкой — это усилено нетканым полипропиленовым текстилем в углах и изменениях направления.
На внешнюю сторону гидроизоляции добавляют один или несколько слоев изоляционной плиты или пены. Если выбранная изоляция пористая, добавляется верхний слой гидроизоляции. В отличие от обычного здания, земляные убежища требуют изоляции снаружи здания, а не внутри стены. Одна из причин этого заключается в том, что она обеспечивает защиту водонепроницаемой мембраны от замерзания, другая заключается в том, что земляное убежище способно лучше сохранять желаемую температуру. Существует два типа изоляции, используемой при строительстве земляных убежищ. Первый — это листы экструдированного полистирола с закрытыми ячейками. Обычно достаточно двух-трех дюймов, приклеенных к внешней стороне гидроизоляции. Второй тип изоляции — это распыляемая пена (например, изоляция из твердой полиуретановой пены). Это очень хорошо работает, когда форма конструкции нетрадиционная, округлая или труднодоступная. Пенная изоляция требует дополнительного защитного верхнего слоя, такого как фольга или флисовый фильтр, чтобы помочь ей противостоять проникновению воды.
В некоторых малобюджетных земляных убежищах изоляция может не применяться к стенам. Эти методы основаны на коэффициенте U или тепловой способности самой земли хранить тепло ниже слоя промерзания. Однако эти конструкции являются исключением и рискуют повредиться от вспучивания грунта в холодном климате. Теория, лежащая в основе конструкций без изоляции, основана на использовании тепловой массы земли для хранения тепла, а не на использовании тяжелой каменной кладки или цементных внутренних конструкций, которые существуют в типичном пассивном солнечном доме. Это исключение из правила, и низкие температуры могут распространяться вниз в землю выше линии промерзания, что делает изоляцию необходимой для более высокой эффективности.
После завершения предыдущих этапов строительства земля засыпается обратно к внешним стенам, чтобы создать берму. В зависимости от дренажных характеристик земля может не подходить для размещения в прямом контакте с внешней стеной. [14] Некоторые советуют откладывать верхний слой почвы и дерн (дерн) от первоначальной выемки и использовать их для травяной крыши и размещать в качестве самого верхнего слоя на берме. [14]
В земляных домах, спроектированных Ветчем, внутренние стены отделаны глиняной штукатуркой, которая обеспечивает превосходную компенсацию влажности. Глиняная штукатурка в конце покрывается известково-белой цементной краской. [22]
Темы:
Типы:
Приложения:
Сторонники:
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )