Натуральное строительство или экологическое строительство — это дисциплина в более широком смысле зеленого строительства , устойчивой архитектуры , а также устойчивого и экологического проектирования , которая способствует строительству зданий с использованием устойчивых процессов и местных натуральных материалов . [1]
Это, в свою очередь, подразумевает долговечность и использование минимально обработанных, обильных или возобновляемых ресурсов , а также тех, которые, будучи переработанными или спасенными, создают здоровую среду обитания и поддерживают качество воздуха в помещениях. Натуральное строительство, как правило, больше зависит от человеческого труда, чем от технологий. Как замечает Майкл Г. Смит, это зависит от «местной экологии, геологии и климата; от характера конкретной строительной площадки, а также от потребностей и личностей строителей и пользователей». [2]
Основой натурального строительства является необходимость уменьшить воздействие зданий и других вспомогательных систем на окружающую среду , не жертвуя комфортом или здоровьем. Чтобы быть более устойчивым, натуральное строительство использует в первую очередь обильно доступные, возобновляемые, повторно используемые или переработанные материалы. Использование быстро возобновляемых материалов становится все более важным. В дополнение к использованию натуральных строительных материалов, акцент усиливается на архитектурном дизайне. Ориентация здания, использование местного климата и условий на месте, акцент на естественной вентиляции посредством дизайна принципиально снижают эксплуатационные расходы и положительно влияют на окружающую среду. Компактное строительство и минимизация экологического следа являются обычным явлением, как и обработка на месте получения энергии, сбор воды на месте, альтернативная очистка сточных вод и повторное использование воды .
Материалы, общие для многих типов естественного строительства, это глина и песок. При смешивании с водой и, как правило, соломой или другим волокном, смесь может образовывать саман или саман (глиняные блоки). Другие материалы, обычно используемые в естественном строительстве: земля (в виде утрамбованной земли или мешка с землей ), дерево ( деревянный каркас / стоечно-балочный), солома , рисовая шелуха, бамбук и камень . В естественном строительстве распространено большое разнообразие повторно используемых или переработанных материалов, включая урбанит (спасенные куски использованного бетона), автомобильные ветровые стекла и другое переработанное стекло, которое может быть токсичным по своей природе. [ требуется ссылка ]
Другие материалы избегаются теми, кто практикует этот подход к строительству, из-за их серьезных негативных последствий для окружающей среды или здоровья. К ним относятся нерационально заготовленная древесина, токсичные консерванты для древесины, смеси на основе портландцемента и производные продукты, такие как автоклавный ячеистый бетон , краски и другие покрытия, которые выделяют летучие органические соединения (ЛОС), сталь, отходы, такие как резиновые покрышки в регионах, где они перерабатываются, и некоторые пластмассы; в частности, поливинилхлорид (ПВХ или «винил») и те, которые содержат вредные пластификаторы или гормонально-имитирующие составы. [ необходима цитата ]
Один из старейших методов строительства, саман — это просто глина и песок, смешанные с водой. Часто для прочности добавляют рубленую солому или другие волокна. Затем смесь оставляют высыхать в желаемой форме. Обычно саман формируют в кирпичи, которые можно складывать для формирования стен. [3]
Существуют различные утверждения об оптимальных пропорциях глины и песка (или более крупного заполнителя). Некоторые говорят, что лучшая саманная почва содержит 15% - 30% глины, чтобы связать материал вместе. Другие говорят, что равные пропорции глины и песка лучше всего предотвращают растрескивание или фрагментацию кирпичей. Блоки можно либо заливать в формы и высушивать, либо прессовать в блоки. Саманный кирпич, окрашенный глиной и отполированный натуральным маслом, делает пол привлекательным и упругим. [4]
Для защиты стен и сокращения обслуживания глинобитные здания обычно имеют большие нависающие карнизы и внушительные фундаменты. Глинобитные дома можно оштукатурить саманными или известковыми смесями как для внешнего вида, так и для защиты. Глинобитные дома обладают хорошей теплопроводностью, что означает, что они медленно передают тепло или холод. Однако они не являются хорошим изолятором, поэтому можно добавить изоляцию (предпочтительно снаружи) или построить двойную стену с воздушным пространством или изоляцией между ними. Традиционный толстый неизолированный глинобитный дом показал себя наилучшим образом в регионах без суровых зим или там, где ежедневное солнце предсказуемо доступно в эти холодные периоды. [ требуется ссылка ]
Термин саман используется для описания монолитной строительной системы, основанной на смеси глины, песка, соломы и земли. Строительство не использует форм, кирпичей или деревянных каркасов; оно строится с нуля. Различные формы «глиняного» строительства использовались во многих частях мира на протяжении столетий под разными названиями и датируются как минимум 10 000 лет назад. Саманное строительство началось в Англии до 13-го века и вышло из моды после Первой мировой войны, хотя сегодня оно переживает возрождение. Самано - одна из самых простых и наименее дорогих доступных строительных технологий, хотя она, как правило, очень трудоемка. Другим большим преимуществом самана является универсальность; ему можно легко придать любую форму. Хотя саманное строительство в Англии к концу 19-го века вышло из моды, тысячи саманных сооружений сохранились до наших дней (20 000 в Девоне , Англия). [5] По оценкам, сегодня в земляных жилищах живет от трети до половины населения мира. Хотя обычно он ассоциируется с «малоэтажными» строениями, в Йемене и других странах Ближнего Востока он на протяжении столетий использовался в «многоквартирных» зданиях в восемь этажей и более. [6]
Утрамбованная земля — это стеновая система, сделанная из уплотненной земли или другого уплотненного материала. [7] Она чрезвычайно прочная и долговечная. Качественные утрамбованные земляные стены плотные, твердые и похожи на камень с большими экологическими преимуществами и превосходными характеристиками низкого обслуживания. [ необходима цитата ] В качестве опции в зависимости от климата внутри стены может быть размещена жесткая изоляция. Аналогично, в зависимости от сейсмических проблем, для армирования стены можно использовать бамбук или другие растяжимые натуральные материалы.
Утрамбованная земля использовалась около 10 000 лет во всех типах зданий: от малоэтажных до многоэтажных, от небольших хижин до дворцов. [8]
Стены из утрамбованной земли формируются на месте путем утрамбовки влажной подпочвы (содержащей песок, глину и иногда гравий) в подвижные, многоразовые формы с помощью ручных или машинных трамбовок. В традиционной утрамбованной земле оптимальным является смесь из примерно 70% заполнителя (гравия, песка) и 30% глины. Для достижения желаемого цвета в смесь можно добавлять пигмент. Около 5-10 дюймов смешанной влажной подпочвы помещаются внутрь форм и утрамбовываются до полного уплотнения, и процесс повторяется до достижения желаемой высоты. То, что остается после снятия форм, представляет собой стену, которая является структурной и может прослужить более 1000 лет. [8]
Основные элементы каркасного строительства — соединенные бревна, глиняные стены и соломенные крыши — появились в Европе и Азии к IX веку. Это оставалось распространенным способом строительства домов в северных культурах вплоть до XIX века. Мастерство было и остается важной ценностью в каркасном строительстве. Самые старые каркасные постройки (например, каркасные деревянные церкви Скандинавии ) демонстрируют как мастерство, так и глубокое понимание технических аспектов структурного проектирования, как и подобные постройки в Японии . [ требуется ссылка ]
В деревянном каркасе обычно используется « гнутый ». Гнутый — это структурная опора, подобная ферме , состоящая из двух столбов, анкерной балки и двух стропил. Они соединяются в каркас с помощью столярных изделий. Чтобы практиковать ремесло, необходимо понимать основные структурные аспекты гнутого изделия. Это, наряду со знанием столярного дела , является основой деревянного каркасного строительства. [ требуется ссылка ]
Деревянный каркас в настоящее время является современным методом строительства, идеально подходящим для массового строительства домов, а также общественных зданий. В сочетании с рядом натуральных утеплителей и деревянной облицовкой или современными известковыми штукатурками можно быстро построить высокопроизводительное, устойчивое здание, используя полностью натуральные продукты. Преимуществ много — здание работает лучше в течение своего срока службы, отходы сокращаются (многое может быть переработано, компостировано или использовано в качестве топлива). Деревянные каркасные конструкции часто используются в сочетании с другими натуральными методами строительства, такими как саман, соломенные тюки или древесина/каменная кладка. [ требуется ссылка ]
Бамбук — одно из самых быстрорастущих растений в мире. Бамбук можно использовать в качестве строительного материала для лесов , мостов, домов и зданий. Бамбук — это натуральный композитный материал с высоким отношением прочности к весу, похожим на древесину, а его прочность в целом сопоставима с прочностью древесины хвойных или лиственных пород. [9] В своей естественной форме бамбук как строительный материал традиционно ассоциируется с культурами Южной Азии, Восточной Азии, южной части Тихого океана, Центральной и Южной Америки.
Хотя травы и солома использовались в строительстве различными способами с доисторических времен по всему миру, их включение в модульные тюки машинного производства , по-видимому, относится к началу 20-го века на Среднем Западе Соединенных Штатов, особенно в песчаных холмах Небраски , где трава была в изобилии, а другие строительные материалы (даже качественный дерн ) — нет. Строительство из соломенных тюков обычно состоит из укладки ряда рядов тюков (часто в связке) на возвышенном основании или фундаменте с барьером для влаги между ними. Стены из тюков часто связываются вместе штифтами из бамбука или дерева (внутри тюков или на их лицевых сторонах) или поверхностными проволочными сетками, а затем оштукатуриваются или штукатурятся с использованием либо известковых составов, либо земляных/глиняных штукатурок. Здания из тюков могут иметь либо структурный каркас из других материалов, с тюками между ними (служащими просто в качестве изоляции и штукатурного субстрата), называемый «заполнителем», либо тюки могут фактически обеспечивать поддержку проемов и крыши, называемый « несущим » или «стилем Небраски», либо может использоваться комбинация каркаса и несущего элемента, называемая «гибридным» соломенным тюком. [ требуется ссылка ]
Обычно используются тюки, созданные на фермах с помощью мобильной техники («полевые тюки»), но в последнее время более плотные «повторно спрессованные» тюки (или «соломенные блоки») увеличивают нагрузку, которую они могут выдерживать; там, где полевые тюки могут выдерживать около 600 фунтов на погонный фут стены, тюки высокой плотности выдерживают до 4000 фунтов/погонный фут.
Земля является наиболее типичным наполнителем, используемым в методах строительства мешков-стен. Этот метод строительства использует сложенные друг на друга мешки из полипропилена или натурального волокна (мешковины), заполненные землей или другими смесями без стабилизатора, кроме глины, для формирования опор, фундаментов, стен и даже сводчатых или куполообразных крыш. В последние годы строительство с использованием мешков с землей стало одним из все более практикуемых методов в естественном строительстве. Оно способствует созданию автономных, часто свободных по форме структур из утрамбованной земли. Его растущая популярность связана с использованием обильного и легкодоступного, часто доступного на месте материала (земли) в потенциально недорогой строительной технике, которая является гибкой и простой в освоении и использовании. Однако, поскольку земля является плохим изолятором, в более экстремальных климатических условиях сейчас изучаются другие варианты наполнителя, заменяющие пемзу, рисовую шелуху или другой материал с лучшими изоляционными свойствами для всей земли или ее части ( см. также Строительство мешков-стен из рисовой шелухи ).
Hempcrete или Hemplime — это композитный строительный материал, смесь измельченного древесного стебля растения конопли, известного как конопляная костра (костра), и связующего вещества на основе извести для создания материала, который можно отливать в формы. Это образует ненесущий «дышащий» изоляционный материал, который можно использовать для формирования стен, плит перекрытия, потолков и изоляции крыш. [10] Он продается под такими названиями, как Hempcrete, Canobiote, Canosmose и Isochanvre. [11] С костробетоном легче работать, чем с традиционными известковыми смесями, и он действует как изолятор и регулятор влажности. Он лишен хрупкости бетона и, следовательно, не нуждается в компенсационных швах . [11] Результатом является легкий изоляционный материал, идеальный для большинства климатических условий, поскольку он сочетает в себе изоляцию и тепловую массу.
Как и другие растительные продукты, конопля поглощает CO2 из атмосферы по мере своего роста, удерживая углерод и выделяя кислород . [12] Теоретически 165 кг углерода может быть поглощено и заперто в 1 м3 стены из конопли во время производства. [13] Кроме того, карбонизация извести во время отверждения усиливает этот эффект, поскольку известь превращается в известняк . [14]
Типичная прочность на сжатие составляет около 1 МПа, [15] около 1/20 от прочности бетона жилого класса . Это материал с низкой плотностью, устойчивый к трещинам при движении, что делает его очень подходящим для использования в сейсмоопасных районах. Стены из костробетона должны использоваться вместе с каркасом из другого материала, который выдерживает вертикальную нагрузку при строительстве зданий, поскольку плотность костробетона составляет 15% от плотности традиционного бетона. [16]
Строительство из кордвуда — это естественный метод строительства, при котором «кордвуд» или короткие куски окоренного дерева укладываются крест-накрест со смесями кладки или самана для возведения стены. Таким образом, кордвуд становится заполнителем для стен, обычно между столбами в каркасной конструкции из древесины. Кладку из кордвуда можно комбинировать с другими методами (например, с утрамбованной землей , саманом или легкой глиной ) для получения привлекательных комбинаций. Строительство из кордвуда обеспечивает относительно высокую тепловую массу , что помогает минимизировать колебания температуры. [17]
Камень использовался в качестве строительного материала на протяжении тысяч лет. Он давно признан материалом большой прочности. Пирамиды в Гизе, погребальные камеры в Великобритании и храмы на Мальте были построены из камня более 4000 лет назад и все еще стоят. Самая ранняя форма каменного строительства известна как сухой камень или сухая укладка. Это отдельно стоящие конструкции, такие как полевые стены, мосты и здания, которые используют камни неправильной формы, тщательно отобранные и уложенные так, чтобы они плотно прилегали друг к другу без скольжения. Конструкции, как правило, шире у основания и сужаются по мере увеличения высоты. Для них не требуются какие-либо специальные инструменты, только мастерство мастера в выборе и размещении камней.
Традиционная каменная кладка произошла от сухой укладки камней. Каменные блоки укладываются рядами одинаковой (ряды) или неодинакового (нерядовые) высоты и фиксируются на месте известковым раствором, намазанным между камнями. Традиционная каменная кладка в настоящее время используется редко, поскольку добыча, резка и транспортировка камня обходятся дорого, а процесс строительства требует больших трудозатрат и навыков.
Камень — это очень прочный, не требующий особого ухода строительный материал с высокой тепловой массой. Он универсален, доступен во многих формах, размерах, цветах и текстурах, и может использоваться для полов, стен, арок и крыш. Камень хорошо сочетается с природным ландшафтом и может быть легко переработан для других строительных целей.