Под строительной системой понимают технологию возведения здания (стен, перекрытий) по определенной конструктивной схеме из определенного набора материалов. Дома могут выполняться из дерева, кирпича, бетона или из комбинаций этих материалов, по каркасной, монолитной технологии и т.д. Известны и экзотические системы строительства, например, из бутылок или из старых автомобильных покрышек. Для строительства энергоэффективного дома в первую очередь представляют интерес традиционные строительные системы: из массива дерева, кирпичная, бетонная, каркасная.
Бревенчатые и брусовые дома в Европе, ввиду исчерпания лесных запасов, превратились там, в дорогие и престижные. Дерево, бесспорно, обладает великолепными гигиеническими качествами и таким уникальным и полезным свойством, как анизотропия в отношении тепловых и газовых потоков. Бревно обладает уникальными свойствами выводить пары и газы вдоль волокон. Влага из него легко удаляется в продольном направлении — по капиллярам через торцы. Таким же путем избирательно удаляются и вредные воздушные примеси. А тепловой поток идет в поперечном направлении, т. е. в бревне разделяются материальные и энергетические потоки. Благодаря этому, с одной стороны, в бревенчатых и брусовых стенах значительно ослаблен вредный процесс конденсации влаги, а с другой — такие стены работают как эффективный насос, выводящий все вредности из внутреннего воздуха наружу. За счет этого при одинаковой кратности воздухообмена в деревянном доме уровень загрязнения будет в несколько раз ниже, чем, например, в бетонном.
Недостаток дерева в том, что оно боится огня, если же его обрабатывать антипиренами, оно заметно теряет свои гигиенические преимущества. При современных высоких требованиях к энергоэффективности, дерево уже нельзя считать теплоизоляционным материалом, по крайней мере, эффективным. Снаружи его необходимо дополнительно утеплять каким-либо теплоизолирующим материалом. Если это будет какой-либо синтетический утеплитель, то он сыграет роль ложки дегтя в бочке меда. Деревянный дом перестанет быть здоровым. Для деревянных стен поэтому лучше подбирать натуральные или минеральные утеплители, (которые подробнее описаны в части 5), смонтированные по схеме навесного фасада. Производители деревянных домов обычно предлагают другую схему — двойную деревянную стену с утеплителем (и другими функциональными слоями) между двумя слоями из бруса. Такие стены внешне красивее, но дороже и толще.
Кирпичная кладка в наше время все также любима, востребо-ванна и желанна человеком. Кирпич придает дому солидность, незыблемость, некоторое сходство с крепостью, за что, по-видимому, и любим нашими согражданами. Таким образом, строительство кирпичных стен — это дань устаревшей традиции, идущей от каменных крепостей. В настоящее время кирпич является далеко не самым дешевым и не самым эффективным материалом для строительства эффективных малоэтажных зданий.
Возведению домов из кирпича можно было бы дать высокую оценку, если бы не существовало каркасных стен, которые существенно превосходят кирпичные почти по всем параметрам. Это толщина стен (каркасные получаются тоньше), вес, стоимость, трудоемкость, скорость возведения, сейсмоустойчивость. Тем не менее и кирпичные стены могут иметь неплохие показатели, если их возводить по эффективным схемам. Это схемы с двумя тонкими кирпичными слоями и с промежутком между ними, заполненным утеплителем. Для придания тонким стенам устойчивости, они соединяются между собой тонкими перемычками из неметаллических материалов с определенным шагом. Подобные стены успешно применялись в России еще в XIX веке. Строились они кое-где еще в середине XX века.
Возводились даже однослойные стены толщиной в полкирпича. Но с тех пор шел профессиональный регресс в области кирпичного строительства и современные инженеры-строители и слышать не хотят о кирпичных стенах для малоэтажных домов тоньше, чем в полтора кирпича. Если утеплять такие стены, они получатся слишком толстыми и тяжелыми.
Кирпич может использоваться и в качестве облицовочного материала, в этом случае наружная кирпичная стена не будет несущей. За ней должна располагаться полость для размещения утеплителя, а далее несущая стена, которая может быть любой — каркасной, кирпичной, бетонной. Устойчивость наружной стены может обеспечиваться связями с несущей стеной, пилястрами или дополнительными стойками каркаса. Едва ли не единственное преимущество кирпичных стен перед легкими каркасными — механическая прочность. Она имеет определенное значение, если рядом с домом проходит автомагистраль. В западных странах иногда отмечаются случаи, когда потерявшие управление автомобили въезжают в дома через стены легких каркасных домов.
Землебитные стены исключительно прочны и долговечны. Они дают небольшую усадку, мало набухают от сырости, почти не образуют трещин и имеют небольшой коэффициент теплопроводности. Их возводят в жилых домах высотой не свыше двух этажей. Самое главное — умело подобрать компоненты и приготовить из них землебит. С древнейших времен особенно в безлесных районах жилье и другие постройки возводили из грунта путем набивки его в опалубку или из грунтоблоков, предварительно изготовленных в форме трамбованием или пластическим формованием. Строительство из грунта было широко распространено в Европе.
Пятиэтажная землебитная башня в Або, Франция.
Строительство из грунта имеет ряд достоинств.
Дешевизна. Она обуславливается тем, что материал имеется везде под руками (и под ногами): почти всякая земля, за исключением чистого песка, годна для работы. В 50-е годы Институт строительной техники Академии архитектуры СССР указывал, что применение грунтоблоков для стен одноэтажных зданий сокращает транспортные расходы в 3—4 раза, топлива — в 10—15 раз. Трудозатраты на изготовление материала и укладку его в стены снижаются примерно в 1 , 5 раза. Капиталовложений требуется в 5— 10 раз меньше по сравнению со стенами из обжигового кирпича.
Пожаробезопасностъ. Постройки из земли не только не горят, но от действия огня становятся еще крепче.
Гигиеничность. Постройки из земли сухи и комфортны для проживания.
Малая теплопроводность. Здания из земли теплее кирпичных. Для поддержания нормальной комнатной температуры в них требуется израсходовать топлива меньше, чем при аналогичных условиях в каменных и деревянных зданиях.
Экобезопасность. Использование земли для строительства способствует сбережению леса, снижению энергозатрат для изготовления и транспортировки стройматериалов.
Самая известная в России постройка из земли — это Приорат-ский дворец в Гатчине. Когда российский император Павел I возложил на себя обязанности попечителя Мальтийского ордена и стал его приором, ему понадобилась резиденция для выполнения новых обязанностей. Для этого император и поручил придворному архитектору Н.А. Львову построить дворец. Будучи энтузиастом земляного строительства, Н.А. Львов спроектировал и лично руководил постройкой дворца, материалом для которого был выбран грунт. Заметим, что дворец был построен в течение двух месяцев в 1798 г. в технике «землебита» — набойки земли в опалубку с проливкой известью.
Приоратский дворец стоит уже в течение 200 лет на берегу искусственного Черного озера. Время пощадило дворец, и в немалой степени этому способствовал выбор материала. Его стены были возведены всего за два месяца. Из камня выполнены только башня дворца и его цоколь. За свою долгую жизнь дворец ни разу не реставрировался. В дни Великой Отечественной войны здесь шли ожесточенные бои. От снарядов и авиабомб рушились даже массивные каменные постройки, а землебитный дворец выстоял. Только через 100 лет стены оштукатурили, набив на них дрань. Н.А. Львов подобрал такой состав грунтомассы, что по прочности она по сей день соперничает с железобетоном. Прочность земле-бита у Львова через 20—30 лет после возведения здания составила 10—12 МПа, хотя цемент в состав грунтомассы не вводился.
Фундамент дворца сделан из бута; толщина стен первого этажа у основания — 78 см, второго — 62 см. Состав грунтомассы (в %) по объему: гравий — 4; песок — 58; пыль (мелкая земля) — 20; глина— 18. Органические примеси не добавлялись. Грунтомасса имела естественную влажность. Подготовленную массу закладывали в прочную опалубку слоями по 12—15 см, трамбовали, заливали 6-миллиметровым слоем известкового раствора нормальной жирности и укладывали очередной слой грунта.
Чтобы не сложилось впечатление, что земляное строительство закончилось в далеком прошлом, приведем ряд частных примеров, взятых из различных литературных источников. В 1933 году в поселках Голицыно и Ступино Московской области по-строен ряд зданий, а в г. Кемерово — два квартала одно- и двухэтажных грунтоблочных домов. В 1955—1956 годах построено несколько зданий со стенами и частично фундаментами из грунтоцементных блоков на Алтае (Долговская и Анисимовская МТС, Сычевский заготовительный пункт, Быстроистокскии район). В Краснодарском крае (Пластуновский район) в 1956 году выстроен опытный двухквартирный дом со стенами из грунтоблоков, которые спустя 6— 7 часов после изготовления приобретали прочность 1,6—1,8 МПа.
В период бурного развития сборного железобетона (1954— 1985) из массового строительства практически были вытеснены все другие материалы, включая и такие, казалось бы, традиционные, как кирпич, дерево, уже не говоря о грунте.
В настоящее время создан ручной электрифицированный инструмент, пригодный для уплотнения грунтомасс, бетонных смесей и других строительных маловлажных смесей, что теперь позволит каждому имеющему земельный участок изготовлять большинство деталей для дома непосредственно на месте строительства, а для стен использовать грунт. Стоимость малоэтажного строения (будь то садовый домик или коттедж) — падает в несколько раз. Что касается недостатков, то у грунтоблоков и кирпичей они одни и те же.
Во Франции насчитывается множество домов из глины, которые эксплуатируются сотни лет. В последнее время в Европе возрождается интерес к строительству зданий из грунта, показателем этого служит международная исследовательская программа по этому направлению, принятая ЕС. Во Франции в 1970-х годах возникла ассоциация «Кратер», в настоящее время, под эгидой ЮНЕСКО она ведет программы по использованию глины в строительстве более чем в 80 странах мира.
Железобетон не способствует сохранению здоровья; бетон, свободный от металлической арматуры, также является не лучшим материалом из-за низкой пористости. Пенобетон обладает лучшими гигиеническими свойствами, но применяют его, желая совместить в одном материале прочностные и теплоизоляционные свойства. Получить же хорошую теплоизоляцию, используя конструкционный пенобетон, невозможно, его все равно приходится дополнять эффективным утеплителем, но тогда теряется смысл его применения вообще. Получается, что выгоднее использовать прочный плотный бетон в виде тонкой конструкции в комбинации с хорошим утеплителем.
В целом строительство домов из массива бетона, несмотря на ряд технологических и экономических преимуществ, не является хорошим выбором по гигиеническим причинам. Однако бетон, армированный неметаллическими материалами, в качестве материала для каркаса и перекрытий вполне приемлем.
Назначение стен — защищать от внешних воздействий. Они могут быть большими и тяжелыми, а могут быть легкими. Большие и тяжелые стены были нужны для того, чтобы защищаться от огнестрельного оружия. Но при нынешних вооружениях это не имеет большого значения. В наше время и тяжелые стены разрушить легко. Таким образом, строительство тяжелых каменных стен — это дань устаревшей традиции, и не оправдывает себя, потому что стены теперь должны защищать, главным образом, от неблагоприятных погодных условий, а не от оружия.
Лучше сконструировать более легкие и тонкие стены, используя эффективный утеплитель. Важно, чтобы стены было легко строить и чтобы они мало весили, так как дом строится не там, где производятся строительные материалы — их еще нужно привезти. Для более легких строительных материалов и транспортные расходы меньше. Но обязательно при этом, чтобы у дома была хорошая теплоизоляция. Дом из камня, кирпича, бетона по сравнению с каркасным домом в 5—7 раз тяжелее. Например, в среднем, дом из кирпича весит 300 тонн. Такой же дом, построенный по каркасной технологии,— 75 тонн, то есть 225 тонн строительных материалов не надо перевозить.
Как правило, в настоящее время наилучшим решением будет дом с деревянным или композитобетонным каркасом с использованием минеральных или натуральных негорючих утеплителей. Каркас прекрасно сочетается с утеплителем из прессованной соломы. Дерево, заключенное в негорючий утеплительный материал или штукатурку, также становится достаточно пожаробезопасным.
Еще полтораста лет назад в Америке освоили производство простейших деревянных каркасов, которые произвели переворот в индивидуальном строительстве. Новизна была в простоте: тонкие пронумерованные стойки на всю высоту дома, поставленные довольно часто, соединялись гвоздями с горизонтальными элементами. Устойчивость стен усиливалась дощатой обшивкой. Никаких шипов и укосин, применявшихся в дорогостоящем европейском «фахверке». Один мужчина и помощник-подросток легко собирали такой дом за несколько дней. Применение ручных механизмов снижало стоимость монтажа на 40%. Сборка домов на гвоздях, подобно ящику, позволила за один-два года превратить небольшие деревни — Чикаго и Сан-Франциско — в крупные города.
То, что некоторые каркасные дома, в частности канадские, построенные у нас, показали себя с отрицательной стороны, объясняется нарушениями технологии возведения и неудачными конструктивными решениями, не учитывающими нашей климатической специфики. В частности, в канадских домах слабое для наших условий утепление, используются экологически небезупречные утеплители и композиционные материалы. Обычно такие дома рассчитываются на небольшой срок службы. Однако все эти недостатки устранимы и не являются изъянами каркасной системы.
В бетоне вместо стальной может применяться арматура из композиционных материалов: стекла, базальта, углепластика. Прочностные показатели композиционных материалов могут превышать показатели стали. Дом из такого бетона не представляет собой железную клетку. На Западе такой материал успешно применяется для строительства экологических домов. В России такой материал до сих пор не исследован и не производится.
Мнение о высокой пожароопасности деревянных каркасных домов не соответствует действительности. Пожары обычно начинаются внутри помещения. Горит внутренняя обстановка независимо от материала стен. Люди, если погибают, то, как правило, задохнувшись дымом, т.е. еще до того как загорятся стены. Кроме того, штукатурка, закрывающая каркас, способна сопротивляться огню десятки минут. Испытания, проведенные в США, показали, что соломенные стены с деревянным каркасом, покрытые толстым слоем глиняной штукатурки, имеют огнестойкость выше, чем металлоконструкции.
Распространенное мнение о недолговечности деревянных каркасных домов является заблуждением. Оно поддерживается, в частности, тем, что в отечественной строительной классификации деревокаркасные дома отнесены к пятой группе капитальности, подразумевающей срок службы в 25—30 лет. Но, если при строительстве выдержаны требования к пиломатериалам, конструкция надежно защищает деревянные детали от увлажнения, то дома с деревянным каркасом могут стоять столетия, что и видно на многочисленных примерах в Европе и России. Тем самым дерево оказывается многократно долговечнее, например железобетона.
Дерево может разрушаться насекомыми и микроорганизмами. Но ни те, ни другие не живут в сухом закрытом дереве. Правильная же конструкция каркасного дома и направлена на то, чтобы обеспечить эти условия. Влага может попадать в стены либо в результате протечек, либо благодаря конденсации. Протечки (от них, кстати, разрушаются и каменные стены) ликвидируются текущим ремонтом, сконденсировавшаяся влага в правильно построенной стене не накапливается.
Еще одно преимущество каркасных домов заключается в их высокой сейсмоустойчивости, каркасные дома деформируются, трескаются, но не разрушаются. В то же время обеспечение сейс-мобезопасности каменных зданий — сложная проблема, до конца не решенная до сих пор.
В Германии почти вокруг каждого крупного города существует свой экспериментально-демонстрационный поселок, застраиваемый энергоэффективными домами. Интересно соотношение использованных в них систем строительства. Деревянный каркас используется в 73% случаев, дерево-массив в 10%, панели (не деревянные) в 10%, кирпич в 6%, ячеистый бетон в 1%.
Металл нежелателен в домах ни в виде каркаса, ни, тем более, листового материала (металлические панели), поскольку экранирует и искажает геомагнитные поля. Об этом приходится предупреждать, поскольку использование металлических конструкций в жилищном домостроении не прекращается, в том числе, и в замаскированном виде, когда металл прячется в деревянную или полимерную (металлочерепица) оболочку.
Времена меняются, меняются вместе с ними и требования к произведениям
человеческого труда. Так компьютер пятидесятилетней давности, как и
кремниевое ружье, теперь музейные экспонаты. Особую актуальность это
имеет применительно к современному дому. Сейчас конструкции домов,
медленно менявшиеся на протяжении столетий, претерпевают революционные
трансформации. В мире формируется иной взгляд на характер массового
жилья. Новейшие технологии позволяют строить недорогие, безопасные, и
кардинально снижающие негативное воздействие на окружающую среду,
жилища. Стали появляться дома, которые назвали экологическими, или
экодомами.
