Винные погреба: история и технологии строительства

Введение

Площадь для хранения вина

Винные погреба — это подземные сооружения для хранения и выдержки вина. Они являются неотъемлемой частью винодельческой индустрии во всем мире. Проектирование и строительство винных погребов представляет собой уникальное применение технологий подземного строительства. Хранение вина в больших подземных пространствах является развитием культуры винных погребов, обеспечивая преимущества в плане энергоэффективности и оптимального использования ограниченной площади. Винные погреба естественным образом обеспечивают высокую влажность и прохладную температуру, что является ключевым фактором для хранения и выдержки вина.

История

История строительства винных пещер в Соединенных Штатах восходит к 1860-м годам в Сономе и 1870-м годам в регионе долины Напа. В 1857 году Агостон Харазсти основал винодельню Buena Vista, а в 1862 году был завершен пресс-хаус винодельни Buena Vista, а в 1864 году – второе здание, впоследствии названное "Шампанские погреба". В общей сложности, винодельня Buena Vista располагала пятью пещерами в двух функционирующих зданиях в 1864 году. Якоб Шрам, немецкий иммигрант и парикмахер, основал виноградники Schramsberg возле Калистоги, Калифорния, в 1862 году. Восемь лет спустя Шрам нашёл новое применение китайским рабочим, которые недавно завершили строительство туннелей и насыпей через горы Сьерра-Невада для Трансконтинентальной железной дороги Union Pacific. Он нанял их для прокладки сети пещер в мягкой породе вулканического образования Сономы, лежащей в основе его виноградника. Другая группа китайских рабочих отрывалась от обычной работы на винограднике, чтобы вырыть лабиринт пещер для выдержки вина под виноградниками Beringer, недалеко от Сент-Хелены, Калифорния. Эти пещеры превышали 365 м в длину, 5 м в ширину и 2 м в высоту. Рабочие использовали кирки и лопаты, а иногда и зубила, двойные кувалды и чёрный порох, чтобы разбивать мягкую породу. Они работали при свечах и выносили выкопанный материал в плетёных корзинах. По крайней мере, 12 винных погребов были построены таким образом. С 1890-х годов до начала 1970-х годов в Соединенных Штатах не строилось новых винных пещер, многие из существующих были заброшены или пришли в упадок. Строительство винных пещер возобновилось в 1972 году, когда Alf Burtleson Construction приступила к реабилитации старых винных пещер Beringer, за которой последовало проектирование и строительство новых пещер. В 1982 году винодельня Far Niente завершила строительство первой из этих "новых" винных пещер в АВА долины Напа. Пещера была всего 18 м в длину и использовалась исключительно для выдержки вина и хранения пустых бочек. В 1991, 1995 и 2001 годах пещеры были расширены. Были добавлены новые помещения и складские зоны с различной высотой потолков и интересной планировкой. Для винной библиотеки было построено восьмиугольное помещение, а в центре комплекса – круглое купольное помещение. Пещеры винодельни Far Niente в настоящее время занимают около 3700 м² (40 000 кв. футов). В 1991 году Condor Earth Technologies Inc. объединилась с Alf Burtleson для проектирования и строительства сложного проекта Jarvis Wine Cave. Было построено более 4200 м² (45 000 кв. футов) подземного винодельческого и пещерного пространства, ширина пролётов пещер превышала 25,5 м (85 футов). В Jarvis вся винодельня расположена в туннелях, включая зоны для дробления, ферментации, хранения бочек, розлива, лабораторию, офис, маркетинг и приёма гостей. Эти пещеры открыты для публичных экскурсий по предварительной записи.

The history of wine cave construction in the United States dates back to the 1860s in Sonoma, and the 1870s in the Napa Valley region. In 1857, Agoston Harazsthy founded Buena Vista Winery and in 1862, Buena Vista Winery's Press House was completed, and in 1864, a second building now called the Champagne Cellars was completed. In total, Buena Vista Winery had five caves among the two buildings in operation in 1864. Jacob Schram, a German immigrant and barber, founded Schramsberg Vineyards near Calistoga, California in 1862. Eight years later, Schram found new employment for the Chinese laborers who had recently finished constructing tunnels and grades over the Sierra Nevada Mountains for the Union Pacific Transcontinental Railroad. He hired them to dig a network of caves through the soft Sonoma Volcanics Formation rock underlying his vineyard. Another Chinese workforce took time away from their regular vineyard work to excavate a labyrinth of wine aging caves beneath the Beringer Vineyards near St. Helena, California. These caves exceeded 1,200 ft (365 m) long, 17 ft (5 m) wide and 7 ft (2 m) high. The workers used pick axes and shovels – and on occasion, chisel steel, double jacks and black powder – to break the soft rock. They worked by candlelight, and removed the excavated material in wicker baskets. At least 12 wine storage caves were constructed by these methods. From the 1890s until the early 1970s no new wine caves were built in the United States, with many existing ones being abandoned or falling into disrepair over time. Wine cave building resumed in 1972 when Alf Burtleson Construction started the rehabilitation of the old Beringer wine caves, and was followed by the design and construction of new caves. In 1982, the Far Niente Winery completed the first of these “new age” wine caves in the Napa Valley AVA. The cave was only 60 ft (18 m) long and was used exclusively to age the wine and to store empty barrels. In 1991, 1995, and 2001, the caves were expanded. New rooms and storage areas were added, featuring different crown heights and intriguing shapes. An octagonal room was constructed for a wine library and a round domed room was added in the complex’s center. Far Niente Winery caves now encompass about 40,000 sq ft (3,700 m2). In 1991, Condor Earth Technologies Inc. joined with Alf Burtleson on the design and construction of the elaborate Jarvis Wine Cave project. Over 45,000 sq ft (4,200 m2) of underground winery and cave space was constructed, with cave spans exceeding 85 ft (25.5 m) in width. At Jarvis, the entire winery is contained within the tunneled areas, including crushing, fermentation, barrel storage, bottling, lab, office, marketing, and hospitality areas. These caves are open for public tours by appointment.

Влажность

Высокая влажность минимизирует испарение. Виноделы считают влажность свыше 75% идеальной для выдержки красных вин и свыше 85% – для белых, а также для хранения в бочках. В винодельческих пещерах влажность естественным образом колеблется от 70 до 90%. В Северной Калифорнии испарение вина из бочки на наземном складе составляет около 4 галлонов (15,1 литра) на каждые 60 галлонов (227 литров) бочки в год. В винной пещере испарение снижается примерно до 1 галлона (3,8 литра) на бочку в год. Поскольку красные вина обычно выдерживаются в бочках в течение двух лет, это означает разницу в 10% общей потери объема. Для белых вин, которые выдерживаются в бочках около года, эта разница составляет 5%, что является существенной экономией.

Температура

Винодельческая промышленность давно считает постоянную температуру между 55 °F и 60 °F (13,0 °C и 15,5 °C) оптимальной для хранения и выдержки вина. Температура воздуха в Северной Калифорнии обеспечивает равномерную подземную температуру около 58 °F (14,5 °C), что идеально подходит для винных погребов. Для поддержания необходимой температуры, нагрева и влажности на наземном складе требуются энергозатраты. Хотя строительство даже самой простой винной пещеры может стоить более 100 долларов за квадратный фут, снижение расходов на энергию в конечном итоге приводит к чистой экономии.

Использование земель

В винодельческом регионе Напа-Сонома, как и во многих районах Калифорнии, стоимость земли высока. Несельскохозяйственная застройка часто ограничена. Строительство склада уменьшает площадь, пригодную для выращивания винограда, негативно влияет на открытые пространства и естественную среду обитания, а также исключает другие виды землепользования. Регулирование землепользования в Калифорнии накладывает ограничения на типы и местоположение застройки. Многие ограничения и требования к получению разрешений на использование земли не распространяются на подземные пространства. По состоянию на 2004 год, в Северной Калифорнии насчитывалось примерно от 130 до 150 пещер, используемых для выдержки вина, хранения бочек и дегустационных залов.

Маркетинг

Маркетинг — важная составляющая современной винодельческой отрасли, и многие пещеры выполняют разнообразные маркетинговые и PR-функции. В недавно построенных пещерах располагаются коммерческие и частные кухни, винные библиотеки, концертные и выставочные залы, офисы персонала, лифты, санузлы и другие удобства. Некоторые из них отличаются роскошным интерьером, включающим керамические и каменные полы, стены и потолки, облицованные каменной кладкой, скульптуры и произведения искусства, приглушенное освещение, фонтаны, водопады и люстры. В винных погребах Stag's Leap маятник Фуко непрерывно качается над слоем черного песка в центральном выставочном зале.

Строительство виноградной пещеры

Задача проектирования и строительства большинства винных пещер заключается в создании достаточно широкого пролета в слабой породе при небольшом слое вышележащих пород. Размер типичной пещеры для хранения винных бочек составляет от 4 до 5,5 м в ширину и от 3 до 4 м в высоту. Однако построенные пещеры могут достигать 30 м в ширину и 15 м в высоту, что сложно реализовать в породе низкого качества. В районах со сложной геологией трудно найти подходящие порталы. Типичная винная пещера строится с двумя или более порталами из соображений безопасности и для обеспечения рабочих процессов. По крайней мере, один портал ведет непосредственно наружу, но во многих случаях как минимум один портал имеет прямое сообщение со зданием винодельни. Высота перекрытия пород над большинством порталов в винные пещеры составляет менее 0,2 от высоты и ширины входа. Высота портального проема обычно варьируется от 3,5 до 6 м. Портальные участки редко очищают от рыхлого грунта, и порталы вырезаются из естественной поверхности земли с помощью экскаваторов. Уклоны боковых стенок портала часто делают под углом 0,5H:1V или круче, а портальный проем выкапывается вертикально или почти вертикально. Строительство внутренних помещений пещеры может быть осложнено сложными криволинейными формами и лабиринтообразными планами, которые выбирают некоторые владельцы. По мере подъема поверхности земли, обеспечивающего большее покрытие и, как правило, более прочную породу, пещеры могут включать несколько выработок. По возможности пещера проектируется и строится таким образом, чтобы обеспечить покрытие, превышающее ширину пещеры не менее чем в 1,2 раза в местах пересечения. Планировка с камерами и столбами, аналогичная планировке подземных шахт, обеспечивает экономичное строительство. Длина выработок обычно составляет от 9 до 30 м, а ширина столбов – не менее 6 м. В большинстве случаев для выемки и крепления винных пещер используется Новый австрийский метод проходки (одно- или многозабойный), также известный как Метод последовательных выемок (SEM), с незначительными инновационными технологическими усовершенствованиями. Пещеры обычно выкапываются в форме перевернутой подковы с радиусом свода и прямыми или изогнутыми выработками. Проходка туннелей обычно выполняется с помощью проходческого комбайна или фрезерной головки, установленной на экскаваторе. Породу, выходящую из-за конвейера комбайна, сбрасывают на дно выработки и вывозят с помощью погрузчика на резиновом ходу или горнодобывающей машины для погрузки и выгрузки (LHD). Первоначальная выемка, как правило, ограничена 0,6 м без предварительной поддержки грунта. После разработки забоя и в зависимости от грунтовых условий не поддерживаемая выемка может быть увеличена до 1,2 м, 1,8 м и более. Максимальная выемка без предварительной поддержки грунта может достигать 6 м и более в стабильном вулканическом туфе. Однако в сильно разрушенном серпентините, глубоко выветренной лавовой породе или влажной глинистой почве нестабильные грунтовые условия могут ограничить не поддерживаемую выемку менее чем 0,6 м. Для крепления туннельных порталов и внутренних помещений винных пещер используется армирование из торкрет-бетона и крепление грунта. На порталах обычно используются анкеры в грунте и стены из торкрет-бетона для постоянной поддержки, которые строятся сверху вниз слоями. Анкеры в грунте устанавливаются на расстоянии от 1,2 до 1,8 м друг от друга в горизонтальном и вертикальном направлениях. Толщина торкрет-бетона обычно составляет не менее 15 см и армируется сварной сеткой. Типичная смесь с прочностью на сжатие 28 МПа наносится мокрым способом. Внутри пещеры первоначальная поддержка грунта обычно состоит из торкрет-бетона, армированного волокном. После каждого дневного прохода наносится слой торкрет-бетона толщиной не менее 5 см вокруг обнаженного периметра грунта. В зависимости от размеров пещеры и грунтовых условий в последующие дни наносятся дополнительные слои торкрет-бетона и сварной сетки. Смесь торкрет-бетона имеет прочность на сжатие 28 МПа. В некоторых случаях также устанавливаются анкеры различной конфигурации или точечные анкеры. В более широких и высоких залах для помощи в проектировании облицовки используется моделирование. Внутренняя отделка пещеры является неотъемлемой частью процесса строительства. Важны детали гидроизоляции внутренних помещений винных пещер. Мокрые пятна и просачивания воды неэстетичны и могут вызывать проблемы с обслуживанием и безопасностью. Однако миграция водяного пара через облицовку пещеры желательна для поддержания влажности. После того, как пещерный комплекс полностью вырыт, гидроизолирован и предварительно укреплен, на стены и свод наносится окончательный слой торкрет-бетона или цветного торкрет-бетона толщиной 5 см. Коммуникации и трубопроводы заключаются в окончательный слой торкрет-бетона в стенах и своде и укладываются под бетонную плиту пола. Армированные бетонные плиты обычно имеют толщину 15 см и подстилаются дренажным слоем. Для поддержки их разнообразного использования винные пещерные комплексы могут включать до 13 различных инженерных систем. К ним относятся системы для горячего и холодного водоснабжения (бытового и технологического), электроснабжения, освещения, звуковых и водных элементов, аварийного питания от аккумуляторов, систем сжатого газа, связи и радиорелейных линий, автоматической вентиляции и компьютеризированных датчиков и систем управления климатом.

The challenge for the design and construction of most wine caves is to create a fairly wide span in weak rock with low cover. The size of a typical wine barrel storage cave is 13 to 18 ft (4 to 5.5 m) wide and 10 to 13 ft (3 to 4 m) high. Constructed caves, however, range up to 85 ft (30 m) in width and 50 ft (15 m) in height; difficult to achieve in poor quality rock. In areas of complex geology, good portal sites are hard to find. A typical wine cave is constructed with two or more portal sites, for safety and operational reasons. At least one portal leads directly outside, but in many cases at least one portal makes a direct connection to a winery building. Most portals into the wine caves have rock/soil overburden heights less than 0.2 times their entrance heights and widths. The height of the portal face normally ranges from 12 to 20 ft (3.5 to 6 m). The portal areas are seldom stripped of the loose soil material and the portals are cut from the native ground surface using excavators. The side slopes of the portal are often laid back to 0.5H:1V or steeper, and the portal face is excavated to vertical or near vertical. The construction of cave interiors can be complicated by the elaborate curves and labyrinth style floor plans selected by some owners for their wine caves. As the ground surface slopes upward, providing more cover and usually sounder rock, caves can accommodate multiple drifts. Where possible, the cave is designed and constructed to provide at least 1.2 times their width of cover at intersections. Room and pillar layouts, similar to underground mine design, provide an economical construction arrangement. Tunnel legs are usually 30 to 100 ft (9 to 30 m) in length and pillars are typically a minimum of 20 ft (6 m) wide. On most occasions, the New Austrian Tunneling Method (single or multiple face), also known now as Sequential Excavation Method (SEM), with minor innovative technology advances, is used to excavate and support wine caves. The caves are typically excavated in an inverted horseshoe shape with a crown radius and with straight or curved legs. The tunnels are usually excavated using a tunnel roadheader or a milling head attachment on an excavator. The spoils behind the roadheader conveyor belt are dumped on the invert and mucked out using a rubber tired skid loader or a load haul dump (LHD) mining machine. Initially, the excavation advance is likely to be limited to 2 ft (0.6 m) without initial ground support. Once turned under, and depending on ground conditions, the unsupported advance may be increased to 4 ft (1.2 m), 6 ft (1.8 m), and longer increments. The maximum advance without initial ground support may reach 20 ft (6 m) or more in stable volcanic ash tuff. In sheared serpentinite, deeply weathered lava rock or wet clayey ground, however, unstable ground conditions may limit the unsupported advance to less than 2 ft (0.6 m). Shotcrete reinforcement and ground support is utilized at the tunnel portals and in the interior of the wine caves. At the portals, soil nail and shotcrete walls are typically used for permanent support and are constructed from the top down in lifts. Soil nails are installed 4 to 6 ft (1.2 to 1.8 m) apart in the horizontal and vertical directions. The shotcrete is typically a minimum of 6 inches (15 cm) thick and reinforced with welded wire fabric. The typical 4,000 psi (28 MPa) design strength mix is applied using the wet process. Within the caves, the initial ground support is usually fiber reinforced shotcrete. A minimum of 2 inches (5 cm) thickness of wet mix shotcrete is applied around the exposed ground perimeter following each day’s advance. As cave dimensions and ground conditions require, additional layers of shotcrete and welded wire fabric follow on subsequent days. The shotcrete mix is a 4,000 psi (28 MPa) compressive strength design. In some cases, pattern or spot rock bolts are also installed. Where wider and taller halls are used, modeling is employed to assist with the liner design. Interior finishing of the caves is an integral part of the construction process. Waterproofing details are important for the interiors of wine caves. Wet spots and water seeps are unsightly, and can cause maintenance and safety problems. Moisture vapor migration through the cave liner, however, is desirable to maintain humidity. After the cave complex has been completely excavated, waterproofed, and initially supported, a 2 inches (5 cm) thickness of final shotcrete or plain/colored gunite is applied to the walls and arch. Utility conduits and piping are encased within the final layer of shotcrete in the walls and arch and placed under the concrete floor slab. Reinforced concrete slabs are usually 6 in. (15 cm) thick and are underlain by subdrain. To support their varied uses, wine cave complexes may contain as many as 13 different utility systems. These include systems for hot and cold domestic water and processing water, electric power, lighting, sound and water features, battery emergency power, compressed gas systems, communications and radio relays, automatic ventilation, and computerized sensors and climate controls.