Строительство из тюков соломы – это метод строительства, при котором тюки соломы (обычно пшеничной) используются в качестве структурных элементов, изоляции здания или того и другого. Этот метод строительства обычно используется в натуральных или «коричневых» строительных проектах. Исследования показали, что строительство из тюков соломы является экологически безопасным методом строительства с точки зрения как материалов, так и энергии, необходимой для отопления и охлаждения.
Преимущества строительства из тюков соломы по сравнению с традиционными строительными системами включают возобновляемый характер соломы, стоимость, легкую доступность, естественную огнестойкость и высокую изоляционную ценность. К недостаткам относятся подверженность гниению, сложность получения страховки и большие требования к пространству для самой соломы. Исследования проводились с использованием датчиков влажности, помещенных внутри соломенной стены, где в 7 из 8 мест содержание влаги составляло менее 20%. Это уровень влажности, который не способствует разрушению соломы. Однако правильная конструкция стены из тюков соломы важна для поддержания низкого уровня влажности, как и при строительстве любого типа здания.
История
Соломенные дома строились на африканских равнинах еще с эпохи палеолита. Тюки соломы использовались в строительстве 400 лет назад в Германии; а соломенные крыши издавна использовались в Северной Европе и Азии. Когда европейские поселенцы прибыли в Северную Америку, вигвамы зимой утеплялись рыхлой соломой между внутренней подкладкой и внешним покрытием.
Изготовление тюков соломы значительно облегчилось благодаря механическому пресс-подборщику сена, который был изобретен в 1850-х годах и получил широкое распространение к 1890-м годам. Это оказалось особенно полезным в Сэндхиллз Небраски. Пионеры, искавшие землю в соответствии с Законом о гомстедах 1862 года и Законом Кинкейда 1904 года, обнаружили нехватку деревьев на большей части территории Небраски. Во многих частях штата почва пригодна для строительства землянок и дерновых домов.
Однако в Песчаных холмах почва обычно представляла собой плохой строительный дерн;
в тех немногих местах, где можно было найти подходящий дерн, он был более ценен для сельского хозяйства, чем как строительный материал.
Первым задокументированным использованием тюков сена при строительстве в Небраске было здание школы, построенное в 1896 или 1897 году. Не огороженное и не защищенное штукатуркой или штукатуркой, в 1902 году сообщалось, что оно было съедено коровами. Чтобы бороться с этим, строители начали штукатурить свои конструкции из тюков; если цемента или известковой штукатурки не было в наличии, использовалась «гумбо-грязь» местного производства. Между 1896 и 1945 годами в Сэндхиллз было построено около 70 зданий из тюков соломы, включая дома, хозяйственные постройки, церкви, школы, офисы и продуктовые магазины. В 1990 году в округах Артур и Логан было зарегистрировано девять уцелевших строений из тюков.
в том числе церковь Святости паломников 1928 года в деревне Артур, которая внесена в Национальный реестр исторических мест.
С 1990-х годов строительство соломенных тюков существенно возродилось, особенно в Северной Америке, Европе и Австралии. Солома была одним из первых материалов, которые стали использовать в зеленых зданиях. Это возрождение, вероятно, связано с большей осведомленностью об окружающей среде, а также с естественными, нетоксичными качествами материала, низким энергопотреблением и относительной доступностью. При строительстве из соломенных тюков возникают проблемы, связанные со строительными нормами и правилами, в зависимости от местоположения здания. Однако в США введение Приложений S и R в Международный жилищный кодекс 2015 года помогло узаконить и улучшить понимание строительства из соломенных тюков. Во Франции утверждение в 2012 году профессиональных правил строительства домов из соломы признало их «общей технологией» и дает право на участие в стандартных программах страхования.
Метод
Здание из тюков соломы обычно состоит из укладки рядов тюков (часто в связке) на приподнятом основании или фундаменте с влагозащитным барьером или капиллярным разрывом между тюками и их опорной платформой. Обычно используются два типа тюков соломы: связанные вместе двумя веревками и тремя. Тюк с тремя струнами больше по всем трем измерениям. Стены тюков можно скрепить бамбуковыми или деревянными булавками (внутри тюков или на их лицевых сторонах) или поверхностной проволочной сеткой, а затем оштукатурить или оштукатурить либо составом на основе извести, либо глиняно-земляной штукатуркой. Тюки могут фактически обеспечивать структурную поддержку здания (несущий метод или техника «Небраска»), как это было в оригинальных примерах конца 19 века. Оштукатуренный тюк также может быть спроектирован так, чтобы обеспечивать боковую и сдвиговую поддержку при ветровых и сейсмических нагрузках.
В качестве альтернативы, здания из тюков могут иметь структурный каркас из других материалов, обычно из пиломатериалов или деревянного каркаса, при этом тюки просто служат изоляцией и штукатурной основой (метод «заполнения» или «ненесущий»), что чаще всего требуется в северных регионах. регионах и/или во влажном климате. В северных регионах потенциальная снеговая нагрузка может превышать прочность стенок тюка. Во влажном климате необходимость нанесения паропроницаемой отделки исключает использование штукатурки на цементной основе. Кроме того, включение каркаса из дерева или металла позволяет возвести крышу до поднятия тюков, что может защитить стену тюка во время строительства, когда она наиболее уязвима к повреждению водой во всех регионах, кроме наиболее надежного засушливого климата. . Также может быть использована комбинация каркаса и несущей конструкции, называемая «гибридной» конструкцией из тюков соломы.
Тюки соломы также можно использовать как часть стеновой системы из лонжеронов и мембранных конструкций (SMS), в которой слегка армированные 5–8 см (2,0–3,1 дюйма) торкрет-обшивки или торкрет-обшивки соединены между собой с удлиненной X-образной легкой арматурой в головных соединениях. из тюков. В этой стеновой системе бетонные оболочки обеспечивают структуру, сейсмическое армирование и огнестойкость, а тюки используются в качестве несъемной опалубки и изоляции.
Университет Бата завершил исследовательскую программу, в которой использовались панели «ModCell» — сборные панели, состоящие из деревянного структурного каркаса, заполненного тюками соломы и обработанного воздухопроницаемой системой на основе извести — для строительства «BaleHaus», конструкции из тюков соломы на кампус университета. Работа по мониторингу конструкции, проведенная исследователями архитектуры в университете, показала, что помимо снижения воздействия на окружающую среду строительство предлагает и другие преимущества, в том числе более здоровый образ жизни за счет более высокого уровня теплоизоляции и регулирования уровня влажности. Группа опубликовала ряд исследовательских работ по своим выводам.
Высокоплотные предварительно сжатые тюки (соломенные блоки) могут выдерживать более высокие нагрузки, чем традиционные полевые тюки (тюки, созданные с помощью прессовальных машин на фермах). В то время как полевые тюки выдерживают около 900 килограммов на метр (600 фунтов/фут) длины стенки, тюки высокой плотности выдерживают не менее 6000 кг/м (4000 фунтов/фут).
Здания из тюков также могут быть построены из тюков без соломы, например, из переработанных материалов, таких как шины, картон, бумага, пластик и ковровое покрытие, и даже из мешков, содержащих «тюки» древесной щепы или рисовой шелухи.
Тюки соломы также использовались в очень энергоэффективных высокоэффективных зданиях, таких как S-House в Австрии, который соответствует энергетическому стандарту Passivhaus. В Южной Африке пятизвездочный домик, построенный из 10 000 тюков соломинки, разместил мировых лидеров Нельсона Манделу и Тони Блэра. В швейцарских Альпах, в маленькой деревне Накс-Мон-Нобль, в октябре 2011 года начались строительные работы по созданию первого в Европе отеля, построенного полностью из тюков соломы. Хранилище Харрисон в Джошуа-Три, Калифорния, спроектировано так, чтобы выдерживать высокие сейсмические нагрузки в этом районе, используя только сборку, состоящую из тюков, планок и штукатурки. Этот метод успешно использовался для строительства домов из соломы в сельских районах Китая. Купола из соломенных тюков вдоль сирийско-африканского разлома в кибуце Лотан имеют внутренний геодезический каркас из стальных труб.
Еще один способ воспользоваться преимуществами соломы — включить стены из тюков соломы в уже существующую конструкцию.
Соломенные тюки широко используются для изоляции стен, но их также можно использовать для изоляции крыш и черных полов.
Тепловые свойства
Тюки прессованной соломы имеют широкий диапазон подтвержденных значений R. Значение R — это показатель изоляционного качества материала. Чем выше число, тем лучше изолирующие свойства. Сообщаемое значение R колеблется от 17–55 (в американских единицах измерения) или 3–9,6 (в системе СИ) в зависимости от исследования. Различные конструкции стен могут быть причиной широкого диапазона значений R. учитывая, что тюки имеют толщину более фута, значение R на дюйм ниже, чем у большинства других коммерческих типов изоляции, включая войлок (3–4) и пенопласт (~ 5). Стены тюков обычно покрываются толстым слоем штукатурки, которая обеспечивает хорошо распределенную тепловую массу, активную в кратковременном (суточном) цикле. Комбинация изоляции и массы обеспечивает отличную платформу для проектирования пассивных солнечных зданий зимой и летом.
Как и у большинства строительных материалов, существует определенная степень неопределенности в отношении теплопроводности из-за влияния температуры, содержания влаги и плотности. Однако, исходя из оценки ряда литературных и экспериментальных данных, значение 0,064 Вт/м·К считается репрезентативным расчетным значением для тюков соломы с плотностью, обычно используемой в строительстве зданий.
Стены из прессованных и оштукатуренных тюков соломы также устойчивы к возгоранию.
Гигротермические свойства соломенных тюков были измерены и рассмотрены в нескольких технических статьях. Согласно исследованиям, теплопроводность существенно не отличается в зависимости от типа соломы. Были проанализированы образцы с плотностью от 63 до 350 кг/м3. Наилучшие показатели характеризовались теплопроводностью 0,038 Вт м−1 К−1. Маркес и др., Рейф и др. и Касконе и др. указывают, что теплопроводность соломы относительно нечувствительна к плотности тюка. Было показано, что теплопроводность соломенных тюков различается в зависимости от направления ориентации соломы внутри тюка, при этом солома с волокнами, ориентированными перпендикулярно или случайным образом к тепловому потоку, имеет более низкую теплопроводность, чем те, которые расположены параллельно. Для различных температур и плотностей Вьелиен изучил четыре варианта одного и того же вида соломы: два варианта касались направления волокон по отношению к тепловому потоку: перпендикулярно и параллельно, а два других касались макроструктуры рубленой соломы и дефибрированной соломы. Теплопроводность дефибрированной соломы была ниже, чем у рубленой соломы.
Эффективность
Использование тюков соломы в качестве теплоизоляции в зданиях изучалось многими авторами. В основном они сосредоточены на термических и гигротермических свойствах соломы. Результаты показали, что использование соломы в строительстве повышает энергетическую, экологическую и экономическую эффективность:
Некоторые исследования оценили преимущества использования тюков соломы для изоляции зданий. Измерения, проведенные в инновационном и экологичном доме, построенном во Франции, показали, что этот материал помогает минимизировать степень нагрева и потребление энергии. Расчетная потребность в отоплении зимой составляет 59 кВт·ч/м2. В Италии оценили энергосберегающий потенциал соломенной стены в различных климатических условиях. По сравнению со ссылкой на итальянские правила о здании с нулевым потреблением энергии (NZEB), соломенная стена показала чрезвычайно хорошие результаты с точки зрения энергоэффективности. Заложенная энергия конструкции соломенной стены примерно вдвое меньше, чем у обычной стены, а соответствующие выбросы CO2 ниже более чем на 40%. Кроме того, летом стены из соломенных блоков обеспечивают значительную тепловую инерцию.
Liuzzi et al. сравнили вспененный полистирол (EPS), соломенное волокно и оливковое волокно в гигротермическом моделировании квартиры в двух разных климатических зонах (Бари и Бильбао), предполагая модернизацию с помощью внутренних панелей. Результаты моделирования показывают, что годовая потребность в энергии при использовании панелей из соломенного волокна и оливкового волокна близка к годовой потребности в энергии для панелей из вспененного полистирола в обоих климатах. Однако в течение сезона охлаждения изоляционные панели из оливкового волокна и соломенного волокна работают лучше, со снижением примерно на 21% в Бильбао и на 14% в Бари.
Солома имеет теплопроводность, аналогичную теплопроводности обычных изоляционных материалов. Он имеет теплопроводность 0,038–0,08 Вт·м-1·К-1, что сопоставимо с другими изоляционными материалами из древесного волокна. Для достижения такой же эффективности теплоизоляции, как и у других более изоляционных материалов, таких как экструдированный и пенополистирол, толщину изоляционного слоя соломы следует увеличить на 30–90%.
Проблемы с тюком соломы
Двумя существенными проблемами, связанными со строительством из соломенных тюков, являются влага и плесень. На этапе строительства здания необходимо защитить от дождя и от протечек воды в тело стен. При воздействии воды сжатая солома может расширяться из-за поглощения влаги. В свою очередь, это может вызвать большее растрескивание, через которое может проникнуть больше влаги. Дальнейшее повреждение стены может быть вызвано попаданием плесени в полости стены и в воздух потенциально токсичных спор. В жарком климате, где стены могут стать внутренне влажными, внутренняя температура может повыситься (из-за разложения пораженной соломы). Крысы и мыши могут проникнуть в дома из тюков соломы во время строительства, поэтому необходимо позаботиться о том, чтобы такие животные не попадали в материал. Другие проблемы связаны с соломенной пылью, которая может вызвать затруднение дыхания у людей с аллергией на солому или сено.
Несколько компаний разработали сборные стены из тюков соломы. Из этих панелей легко собрать пассивный экологический дом.
В эту статью включен текст С. Бурбиа1 · Х. Казеуи · Р. Беларби, доступный по лицензии CC BY 4.0.
