Архитектура объектов социального сельского жилья из возобновляемых экологических материалов

В. М. Шувалов, И. В. Зубарев

Аннотация

Статья посвящена обзору существующих возобновляемых строительных экологических материалов, их влиянию на архитектурное формообразование зданий. Рассмотрены также критерии выбора материала для строительства.

Основной задачей рассматриваемой темы авторы считают необходимость разработки концепции формирования и определения рациональных объемно-планировочных и конструктивных решений зданий социального сельского жилья из возобновляемых экологических материалов, учитывающую различные географо-климатические условия нашей страны на основе региональной унификации. Необходимо так же сформулировать принципы и основные положения региональных каталогов унифицированных объемно– планировочных и конструктивных решений объектов социального сельского жилья из возобновляемых экологических материалов. Для этого необходим анализ отечественного и зарубежного опыта строительства объектов социального сельского жилья из возобновляемых экологических материалов и исследование влияния возобновляемых экологических материалов на формирование объемно-планировочных и конструктивных решений зданий.

Существующие в настоящее время подходы к формообразованию сельского жилья продиктованы типом жилища, его размером, архитектурно-планировочными особенностями, наличием инженерного оборудования, наличием индустриальной базы данного района, возможностями местных материалов в плане формообразования, народными традициями и привычками, сформировавшимися на протяжении многих веков.

Причины отставания уровня комфорта в сельской местности от городского, не только в низких доходах сельских жителей, но и в дороговизне строительных материалов, строительной техники, инженерных коммуникаций и самого строительства. По этой причине, без государственных субсидий строительство жилья, отвечающего современным требованиям для большинства сельских жителей просто невозможно. Содержание и ремонт такого жилья также требует достаточно больших средств.

Ещё одна причина – это удалённость строительной площадки от районных центров, складов и магазинов строительных материалов, отсутствие дорог – особенно для районов Сибири и Дальнего Востока. В деревнях и селениях, расположенных по устьям рек, доставка стройматериалов возможна только летом в пору навигации или зимой по льду. В некоторых деревнях общение с районным центром осуществляется только вертолётом, поэтому строительную технику использовать невозможно.

Существующие строительные технологии, характерные для городов: крупнопанельное домостроение, кирпичное домостроение с железобетонным перекрытием, каркасные здания с облицовкой композитными панелями далеко не всегда могут быть использованы в сельской местности.

Если заглянуть в историю, то кроме каркасного, каменного и деревянного домостроения мы можем обнаружить грунтоблочное, саманное, соломенное, земляное и другие.

Здания из прессованного грунта

Использование материалов, которые находятся непосредственно под ногами, способствует сбережению леса, снижению энергозатрат для изготовления и транспортировки стройматериалов. Утилизация такого строения не представляет большой трудности.

Наиболее известное строение из прессованного грунта – это Приоратский дворец в Гатчине, построенный архитектором Н.А. Львовым (Рис. 1). Здание стоит уже 200 лет на берегу искусственно созданного черного озера. Архитектор подобрал такой состав грунтомассы, что по прочности она по сей день соперничает с железобетоном.

Рис. 1. Приоратский дворец в Гатчине (Земляной дворец), архитектор Н.А. Львов, 1799 год

В современном варианте технология прессованного грунта включает в себя изготовление цельных, пустотелых и фасонных блоков, газонного камня, фундаментных блоков, тротуарной плитки. Преимущества в том, что строительные материалы изготавливаются на самой строительной площадке или поблизости от неё.

В плане формообразования технология из земляных прессованных блоков имеет те же возможности, что и широко известная со времён Древнего Рима технология возведения зданий и сооружений из камня. Это прямые и закруглённые в плане стены, арки, своды и купола.

Саманная архитектура

Саманные дома – это, пожалуй, основной тип домов до эпохи индустриализации в районах с ограниченными запасами леса. Саман – это композитный материал, состоящий из земли, воды, соломы, глины и песка, который укладывается при строительстве зданий вручную, пока он пластичен. Жизнеспособность самана доказана по всему миру тысячелетиями. Один из наглядных примеров этому город Шибам в Хадрамауте в Йемене (Рис. 2). Его саманные небоскрёбы, построенные в XVI веке высотой в 5-11 этажей, до сих пор поражают воображение.

Рис. 2. Саманный город Шибам в Хадрамауте в Йемене

Существуют три основных технологии строительства из самана: кладка из заранее отформованных и просушенных саманных кирпичей или блоков, монолитная в опалубке и монолитная путём укладки пластичного самана кусками непосредственно в стену, пока он влажный – так называемая лепка.

Первая технология ограничивает форму здания. Для саманных зданий, возводимых по технологии кладки из кирпичей или блоков, характерны те же возможности в формообразовании, что и для зданий, возводимых из земляных прессованных блоков. Это прямые и закруглённые в плане стены, арки, своды и купола.

Для саманных зданий, возводимых по монолитной технологии с опалубкой, формообразование ограничено пластическими возможностями опалубки.

Для технологии укладки самана в стену без опалубки пластические возможности самана, воистину, безграничны. Можно возводить стены переменной толщины с нишами и пилонами произвольной формы, придавать рельеф по поверхности стены, вплоть до скульптурных композиций.

Соломенная архитектура

Солома очень давно используется в качестве материала для покрытия крыши деревенского дома. Более того, в средневековых замках большинство крыш делались из длинной соломы или камыша. Ещё недавно камышовые крыши использовались только в очень дорогом элитном жилье в Западной Европе. Сегодня они находят всё более широкое распространение.

В плане пластики соломенные и камышовые кровли удовлетворят все фантазии архитектора. Ограничение накладывает только стропильная система и здравый смысл. Дома из соломенных блоков предполагают более простые в формообразовании объёмы, обусловленные технологией возведения таких домов.

Существует два основных вида укладки блоков: друг на друга с перевязкой хомутами и укладка в деревянный каркас (Рис. 3). Если предполагается использование каркаса, то можно обойтись соломой, не спрессованной в блок. В этом случае устраивается опалубка (возможно несъёмная), куда солома, смоченная в глиняном растворе, укладывается и трамбуется.

Рис. 3. Строительство дома по технологии укладки соломенных блоков в каркас

При использовании любой технологии стены штукатурятся с двух сторон, кроме случая использования несъёмной опалубки.

В плане формообразования технология из соломенных блоков ограничена пластическими возможностями опалубки и деревянного каркаса, поэтому тяготеет к прямым плоскостям.

Новая философия

В последнее время по всему миру распространяется новая философия сельского жилища – философия наименьших затрат на строительство и эксплуатацию, максимальное использования местных ресурсов и природных условий, стремление к нулевому энергопотреблению и независимости от внешних источников энергии (Рис. 4).

Необходим комплексный подход к решению поставленных задач с применением нетрадиционных строительных материалов, максимальным использованием природных факторов и, возможно, переосмысления самой среды обитания.

Рис. 4. Энергосберегающие модели жилища в сельской среде. «Нулевой дом»

В качестве основного строительного материала, выполняющего сразу несколько функций, можно использовать солому. Ржаная солома обладает уникальными качествами – она хорошо противостоит грызунам, насекомым и может быть уничтожена только плесенью. Солома, спрессованная в тюк, превращается в практически негорючий материал. В процессе воспламенения выделяется углекислый газ в таком объёме, что процесс горения и тления делается невозможным.

Стены, собранные из тюков, обладают достаточной несущей способностью для возведения зданий до 3 этажей включительно. Для предотвращения усадки, соломенные блоки предварительно сжимаются нитяными хомутами. Для увеличения срока службы здания в местах с влажным и холодным климатом можно пропитать соломенные блоки жидким глиняным раствором, а в нижних венцах известковым раствором. Это полностью предотвратит гниение блоков и повреждение мелкими паразитами.

По теплотехническим характеристикам соломенные блоки превосходят древесину в 4 раза. Стены из соломенных блоков толщиной 400 мм в 8 раз теплее стен из брёвен диаметром 250 мм. Цена на соломенные блоки несоизмеримо мала по сравнению с другими строительными материалами, присутствующими сегодня на рынке. В принципе, солома может быть выращена прямо на своём участке, но в этом случае величина участка для посева должна быть достаточно большой. В противном случае, придётся разбивать строительство дома на несколько этапов, сопоставимо с количеством соломы, выращенным за год. Достаточно выгодно покупать соломенные тюки в близлежащем колхозе, с доставкой на место строительства.

Используя возможность соломенного блока во время укладки, изменять в определённых пределах свою форму, можно строить здания практически любой формы. При пропитке блока цементным молоком, вместо глиняного, он приобретает отличные прочностные характеристики, что позволяет использовать его в сильно-нагруженных участках, простенках, опорных элементах и т.д. Всё выше перечисленное открывает широкие возможности использования соломенных блоков для создания архитектуры, ограниченной только фантазией архитектора-художника-конструктора.

Стены из соломенных блоков хорошо поддаются ремонту. Можно вырезать повреждённые участки пилой или ножом и заменить материал на новый. Соломенные блоки хорошо поддаются утилизации – измельчаются и вывозятся на поля в качестве удобрения. Соломенные блоки – это возобновляемый экологически чистый продукт, выращенный в естественных условиях, и как ресурс фактически неисчерпаем.

Потребность в энергосберегающих домах обусловлена сразу двумя факторами: во– первых, это связано с экологией и энергосбережением, во-вторых, это экономически выгодно. Энергосберегающие дома в будущем смогут сэкономить деньги застройщика и сохранить энергетический баланс как внутри страны, так и в мире в целом. Популяризация "нулевых" домов внутри страны положительно сказывается на её имидже.

Лидером в практическом внедрении автономных домов, требующих сбережения энергоресурсов, является Китай, активно привлекающий западных специалистов и западные технологии. До последнего времени КНР являлась одним из крупнейших мировых загрязнителей атмосферы, и от её решений по сохранению мировой энергии в большой степени зависит будущее планеты. "Нулевой" дом в современной терминологии – это такое здание, которое благодаря новым технологиям может самостоятельно вырабатывать тепло и электричество для нужд его обитателей. Такие дома должны быть полностью независимы от внешних тепло– и электросетей. Это может достигаться за счёт использования солнечных панелей для сбора энергии, правильной организации воздуховодов для экономии на обогреве и кондиционировании, биореакторов, которые умеют получать энергию из органических отходов, и систем сбора дождевой воды, для того, чтобы в дальнейшем её можно было использовать для потребления жильцами.

Главное условие строительства энергосберегающего дома – это его герметичность. От степени воздухопроницаемости напрямую зависит то количество энергии, которое тратится на обогрев жилья в холодное время года. Если обратиться к опыту Германии, то можно отметить, что здесь люди сами стремятся сделать свое жилище более герметичным. Все просто: государство предоставляет субсидии тем, у кого дом построен герметичнее, чем обычно. Данный показатель измеряется уже после строительства, поэтому ошибки исправить может не только строитель, но и жилец дома.

Кроме такого параметра, как воздухопроницаемость, нужно обратить внимание еще на некоторые показатели. Например, большинство современных энергосберегающих домов построено из дерева. Брус способен поглощать часть влаги, что позволяет поддерживать оптимальные условия внутри помещения. Здесь большая часть ответственности ложится на строителя, ведь от качественной обработки древесины и сборки дома зависит и уровень влажности в помещении.

Сегодня бревна обрабатываются несколькими способами. Существуют автоматические линии пазования, полуавтоматические линии пазования, а также ручные линии пазования. От выбора той или иной технологии зависит конечный результат строительства. Так, наиболее сложной считается работа на ручных линиях пазования. Необходимо ответственно подходить к этапу шлифования древесины. Качество и точность проделанной работы влияет на результат.

В России исторически сложилось так, что государство использует преимущественно административные рычаги воздействия, практически полностью забывая о финансовых механизмах стимулирования. Например, принятие СНиПа 23-02-2003 "Тепловая защита зданий" позволило снизить энергопотребление вновь строящихся жилых домов. Однако при отсутствии экономических стимулов многие инвесторы продолжают финансировать строительство энергорасточительных зданий. Такой подход обеспечивает им большую прибыль за счёт снижения затрат на строительство.

В рамках закона "Об энергосбережении в г. Москве" в 2007 году проведена работа над созданием концепции комплексной программы "Энергосбережение в городе Москве на перспективу до 2020 года". Согласно концепции главный фактор, стимулирующий интерес собственников жилья к внедрению энергосберегающих технологий, – снижение затрат на оплату энергоресурсов. В свою очередь, для застройщиков и инвесторов стимулом является возможность технологического присоединения к инфраструктуре по более низкой цене по сравнению с тарифом, либо возможность присоединения в условиях физического дефицита существующих мощностей (когда это невозможно сделать по стандартной процедуре).

С каждым днем все более востребованными становятся энергосберегающие технологии. Причиной данного явления стала высокая стоимость энергоносителей, их ограниченность, а также загрязнение окружающей среды. Рациональное энергопотребление позволяет существенно снизить затраты денежных средств на отопление домов и квартир. Таким образом, энергосбережение сейчас становится одним из основных приоритетов в деятельности любой компании. Эффект от внедрения данных технологий затрагивает не только строительные организации, но и конечного владельца дома. Инвесторы, участвуя в подобных энергосберегающих проектах, получают возможность по-настоящему выгодных инвестиций.

Энергоэффективность должна стать ключевым фактором на стадиях проектирования, строительства, инспектирования и продажи новых жилых зданий в сельской местности. Необходимо создать потенциал для усиленного мониторинга выполнения и соответствия стандартам энергоэффективности.

В задачи исследования включено:

• выявление специфики формирования объектов сельского жилья из возобновляемых экологических материалов, с разработкой научно обоснованных принципов и приемов архитектурной организации объектов с учетом особенностей его размещения и назначения;

• поиск и создание современного архитектурного образа объектов сельского жилья, в симбиозе природно-ландшафтного комплекса и объекта. В создании загородной среды с благоприятными условиями для проживания, отдыха и развлечений, опираясь на традиции отечественного и зарубежного опыта и практики строительства и эксплуатации подобных объектов.

Основной преградой, мешающей развитию энергоэффективного домостроения в сельской среде, на сегодняшний день является неграмотность населения в этом вопросе. Несмотря на наличие технологий, пользоваться ими население не спешит. Многих отпугивает более высокая рыночная стоимость таких зданий, хотя со временем она полностью окупается в силу низкой стоимости эксплуатации здания, а также снижения тепло– и электропотерь.

Литература

1. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации. Программы. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы: http://www.rg.ru/pril/71/20/88/717_prg.pdf

2. Спащанский А.Н. Приоратский дворец в Гатчине. – СПб: Галерея, 2007. – 20 с.: ил.

3. Коршевер Н.Г. Устройство крыши. – М: Вече, 2005. – 162 с.

4. Эванс Я., Смит М.Д., Смайли Л. Дом из самана. Философия и практика. – Киев: Бiлая церковь: ОО «РIДНА ЗЕМЛЯ», 2004. – 348 с.: ил.

5. Шувалов В.М. Принципы формирования экологического поселка. Основные направления совершенствования архитектуры и строительства с учетом современных экологических требований. – Орел: ГАУ, 2000.

6. Шувалов В.М. Развитие форм придорожных рекреационных объектов: учебное пособие. – М.: Архитектура-С, 2012. – 224 с.

7. Шувалов В.М. Энергоэффективность и энергосбережение в архитектуре сельской среды: учебное пособие. – М.: ГУЗ, 2011. – 180 с.

8. Пилепенко В. Строительство энергоэффективных зданий / В. Пилепенко, Л. Данилевский // Наука и инновации. – 2010. – № 6. – С. 22-24.

9. Найчук А. Об энергоэффективности наружного стенового ограждения каркасных зданий / А. Найчук, В.Деркач // Архитектура и строительство: http://ais.by/story/12314

10. Ковалев В. Цель – экономия, или "Зеленый дом" – наше будущее? / В.Ковалев // Идеи вашего дома. – 2010. – № 11. – С. 188-198.