Введение

Устойчивое строительство – это возведение зданий с использованием систем и материалов, акцентирующих внимание на экологичности. Это, в свою очередь, подразумевает долговечность и применение минимально обработанных, обильных или возобновляемых ресурсов, а также переработанных или вторично использованных материалов, создающих здоровую жилую среду и поддерживающих качество воздуха в помещениях. Природное строительство, как правило, больше опирается на ручной труд, чем на технологии. Как отмечает Майкл Г. Смит, оно зависит от "местной экологии, геологии и климата; от особенностей конкретной строительной площадки, а также от потребностей и индивидуальности строителей и будущих пользователей". В основе природного строительства лежит стремление снизить негативное воздействие зданий и сопутствующих систем на окружающую среду, не ущемляя при этом комфорт и здоровье. Для повышения устойчивости, природное строительство преимущественно использует широкодоступные, возобновляемые, повторно используемые или переработанные материалы. Особое внимание уделяется использованию быстро возобновляемых материалов. Помимо применения природных строительных материалов, возрастает значимость архитектурного проектирования. Ориентация здания, использование местных климатических условий и характеристик участка, акцент на естественной вентиляции, заложенный в проекте, существенно снижают эксплуатационные расходы и оказывают положительное влияние на окружающую среду. Распространены компактная застройка и минимизация экологического следа, а также локальное обеспечение энергией, сбор дождевой воды, альтернативная очистка сточных вод и повторное использование воды.

Материалы

Глина и песок – материалы, широко используемые в различных типах природного строительства. При смешивании с водой и, как правило, с соломой или другим волокном, эта смесь может формировать коб или саман (глинобитные блоки). Другие материалы, часто применяемые в природном строительстве, включают: землю (в виде трамбованной земли или земляных мешков), древесину (бревенчатые стены или каркасно-столбовая конструкция), солому, рисовую шелуху, бамбук и камень. В природном строительстве широко используются различные повторно используемые или переработанные материалы, такие как урбанит (спасенные фрагменты использованного бетона), автомобильные лобовые стекла и другое переработанное стекло, которое может быть токсичным в естественной среде. Некоторые материалы избегаются сторонниками этого подхода к строительству из-за их значительного негативного воздействия на окружающую среду или здоровье. К ним относятся древесина, заготовленная неэкологичным способом, токсичные антисептики для древесины, смеси на основе портландцемента и продукты, полученные из него, такие как газобетон, краски и другие покрытия, выделяющие летучие органические соединения (ЛОС), сталь, отходы, такие как резиновые шины в регионах, где они перерабатываются, и некоторые виды пластика, особенно поливинилхлорид (ПВХ или "винил") и пластик, содержащий вредные пластификаторы или вещества, имитирующие гормоны.

Adobe

Один из старейших методов строительства, Adobe, – это просто глина и песок, смешанные с водой. Часто для прочности добавляют измельченную солому или другие волокна. Затем смесь высушивают в желаемой форме. Обычно из Adobe формируют кирпичи, которые складывают в стены. Существуют различные мнения об оптимальном соотношении глины и песка (или более крупного заполнителя). Некоторые утверждают, что лучшая почва для Adobe содержит 15–30% глины для связывания материала. Другие считают, что равные пропорции глины и песка предпочтительнее, чтобы предотвратить растрескивание или разрушение кирпичей. Блоки можно отливать в формы и сушить или прессовать. Полы из Adobe, окрашенные глиной и отполированные натуральным маслом, выглядят привлекательно и долговечны. Для защиты стен и снижения затрат на обслуживание здания из Adobe обычно имеют большие нависающие карнизы и массивные фундаменты. Adobe можно оштукатуривать коб-смесями или известковым раствором для придания эстетичного вида и дополнительной защиты. Adobe обладает хорошей теплоемкостью, то есть медленно проводит тепло или холод. Однако он не является хорошим изолятором, поэтому можно добавить изоляцию (желательно внешнюю) или построить двойную стену с воздушным зазором или изоляцией между ними. Традиционный толстый, неизолированный Adobe лучше всего зарекомендовал себя в регионах с мягкими зимами или там, где в холодное время года регулярно бывает солнечно.

Коб

Термин "коб" используется для описания монолитной строительной системы, основанной на смеси глины, песка, соломы и земли. В строительстве не применяются формы, кирпичи или деревянные каркасы; сооружение возводится непосредственно из земли. Различные формы строительства из "сырой земли" использовались во многих частях мира на протяжении веков под разными названиями и датируются как минимум 10 000 лет назад. Строительство из коба началось в Англии до XIII века и вышло из употребления после Первой мировой войны, хотя в настоящее время наблюдается его возрождение. Коб – один из самых простых и экономичных методов строительства, хотя он обычно требует больших трудозатрат. Еще одним значительным преимуществом коба является его универсальность: из него можно легко создавать конструкции любой формы. В то время как строительство из коба теряло популярность в Англии к концу XIX века, тысячи коб-строений сохранились до наших дней (20 000 только в Девоне, Англия). По оценкам, от одной трети до половины населения мира сегодня проживает в домах, построенных из земли. Хотя коб обычно ассоциируется с малоэтажными постройками, в Йемене и других странах Ближнего Востока он на протяжении веков использовался для возведения многоэтажных домов, в том числе и высотой в восемь этажей и более.

Ударная земля

Уплотнённая земля – это система стен, создаваемая из уплотнённой земли или другого подобного материала. Она отличается исключительной прочностью и долговечностью. Качественные стены из уплотнённой земли плотные, монолитные и напоминают камень, обладают значительными экологическими преимуществами и требуют минимального обслуживания. В качестве опции, в зависимости от климата, внутри стены может быть уложена жёсткая теплоизоляция. Аналогично, при наличии сейсмической опасности, для усиления стены можно использовать бамбук или другие натуральные материалы, обладающие высокой прочностью на растяжение. Уплотнённая земля применяется около 10 000 лет в строительстве различных сооружений – от малоэтажных до многоэтажных, от небольших хижин до дворцов. Стены из уплотнённой земли формируются непосредственно на строительной площадке путём трамбовки влажного грунта (содержащего песок, глину и иногда гравий) в перемещаемые, многоразовые формы с использованием ручных или механизированных трамбовок. В традиционной технологии уплотнённой земли оптимальным считается соотношение около 70% заполнителя (гравий, песок) и 30% глины. Для получения желаемого цвета в смесь можно добавлять пигменты. В формы засыпают слоями около 12-25 см смешанного влажного грунта и уплотняют до максимальной плотности, повторяя процесс до достижения необходимой высоты. После снятия форм получается несущая стена, способная прослужить более 1000 лет. В своей естественной форме бамбук как строительный материал традиционно ассоциируется с культурами Южной Азии, Восточной Азии, островов Тихого океана, Центральной и Южной Америки.

Слама

Хотя трава и солома использовались в строительстве различными способами с доисторических времен по всему миру, применение их в машиноизготовленных модульных балах, по всей видимости, началось в начале XX века на Среднем Западе Соединенных Штатов, особенно в песчаных холмах Небраски, где травы было в изобилии, а других строительных материалов (даже качественного дерна) не хватало. Строительство из соломенных блоков обычно заключается в укладке рядов блоков (часто в перевязочном шве) на приподнятый фундамент или основание с гидроизоляционным слоем между ними. Стены из блоков часто связывают между собой штырями из бамбука или дерева (внутри блоков или на их поверхности) или поверхностной проволочной сеткой, а затем оштукатуривают или обмазывают раствором на основе извести или земли/глины. Здания из соломенных блоков могут иметь несущий каркас из других материалов, при этом блоки служат утеплителем и основанием для штукатурки ("заполнение"), либо сами блоки могут обеспечивать поддержку проемов и крыши ("несущие" или "небраскский стиль"), либо может использоваться комбинация каркаса и несущих стен ("гибридный" способ строительства из соломенных блоков). Как правило, использовались блоки, изготовленные на фермах с использованием мобильной техники ("полевые блоки"), но в последнее время все чаще применяются более плотные "перепрессованные" блоки (или "соломенные блоки"), которые позволяют выдерживать большие нагрузки: если полевые блоки могут выдерживать около 600 фунтов на линейный фут стены, то блоки высокой плотности выдерживают до 4000 фунтов на линейный фут.

Земляная мешка

Земля является наиболее распространенным материалом для заполнения мешков, используемых в технологии строительства из мешков. Этот метод строительства предполагает укладку полипропиленовых или натуральных (джутовых) мешков, заполненных землей или другими смесями без добавления стабилизаторов, кроме глины, для возведения фундаментов, оснований, стен и даже арочных или купольных крыш. В последние годы строительство из земляных мешков стало одной из набирающих популярность техник в области природного строительства. Оно позволяет создавать автономные, часто произвольной формы, уплотненные земляные конструкции. Растущая популярность этой технологии обусловлена использованием обильного, легкодоступного и часто местного материала (земли) в потенциально недорогой, гибкой и простой в освоении строительной технике. Однако, поскольку земля обладает низкой теплоизоляцией, в регионах с экстремальным климатом рассматриваются альтернативные варианты наполнителей, такие как пемза, рисовая шелуха или другие материалы с лучшими теплоизоляционными свойствами, используемые для замены части или всей земли (см. также строительство стен из мешков с рисовой шелухой).

Конопляный бетон

Конобетон, или конопляная известь, – это композитный строительный материал, представляющий собой смесь измельчённого древесного стебля конопляного растения, известного как конопляные костры (шивы), и вяжущего на основе извести для создания материала, который можно отливать в формы. В результате получается не несущий, "дышащий" изоляционный материал, пригодный для возведения стен, перекрытий, потолков и утепления крыш. Материал продаётся под названиями Hempcrete, Canobiote, Canosmose и Isochanvre. Конобетон легче в работе, чем традиционные известковые смеси, и выполняет функции теплоизолятора и регулятора влажности. Он лишён хрупкости бетона и, следовательно, не требует устройства деформационных швов. Теоретически, 1 м³ стены из конобетона способен поглощать и удерживать 165 кг углерода в процессе производства. Более того, карбонизация извести в процессе твердения усиливает этот эффект, поскольку известь превращается в известняк. Типичная прочность на сжатие составляет около 1 МПа, что примерно в 20 раз меньше прочности бетона для жилых зданий. Это материал с низкой плотностью, устойчивый к образованию трещин при деформациях, что делает его особенно подходящим для строительства в сейсмически активных районах. Стены из конобетона необходимо использовать в сочетании с каркасом из другого материала, который воспринимает вертикальную нагрузку, поскольку плотность конобетона составляет 15% от плотности традиционного бетона.

Древесина из шнура

Строительство из шнура – это природный метод строительства, при котором «шнур» или короткие отрезки очищенных от коры деревьев укладываются поперек слоев каменной кладки или смеси на основе глины и соломы (коб) для возведения стен. Таким образом, шнур становится заполнением стен, как правило, между стойками каркасной конструкции. Шнуровую кладку можно комбинировать с другими методами (например, трамбованной землей, кобом или легкой глиной) для создания привлекательных сочетаний. Строительство из шнуровой кладки обеспечивает относительно высокую теплоемкость, что способствует уменьшению колебаний температуры.

Камень

Камень использовался в качестве строительного материала на протяжении тысяч лет. Он давно зарекомендовал себя как материал с высокой долговечностью. Пирамиды в Гизе, погребальные камеры в Великобритании и храмы на Мальте были построены из камня более 4000 лет назад и до сих пор стоят. Самая ранняя форма каменного строительства известна как кладка из сухого камня, или сухая кладка. Это отдельно стоящие конструкции, такие как полевые ограды, мосты и здания, в которых используются камни неправильной формы, тщательно отобранные и уложенные таким образом, чтобы они плотно прилегали друг к другу, не смещаясь. Такие конструкции обычно шире у основания и сужаются кверху. Для их возведения не требуются специальные инструменты, только мастерство строителя в выборе и укладке камней. Традиционная каменная кладка развилась из сухой кладки. Каменные блоки укладываются в ряды одинаковой (курсовой) или различной (бескурсовой) высоты и фиксируются известковым раствором, наносимым между камнями. Сегодня традиционная каменная кладка используется редко, поскольку добыча, обработка и транспортировка камня – дорогостоящие процессы, а строительство требует значительных трудозатрат и высокой квалификации. Камень – это чрезвычайно прочный, не требующий особого ухода строительный материал с высокой теплоемкостью. Он универсален, доступен в различных формах, размерах, цветах и текстурах и может использоваться для полов, стен, арок и крыш. Камень гармонично сочетается с природным ландшафтом и может быть легко переработан для других строительных целей.