Двухкамерный биотуалет (рис. 4.4.10) также используется для переработки всех органических отходов. Эта система более проста в эксплуатации за счет увеличения срока переработки содержимого. В этой системе изготавливается два контейнера большого объема с периодом наполнения до трех лет. В то время как заполняется один контейнер, во втором все это время происходит процесс биологической переработки. Для эффективной работы контейнеры утепляются. В доме такой туалет размещается в техническом подполье с южной стороны и оборудуется системой пассивного обогрева для ускорения процесса компостирования. Если туалет располагается с северной стороны, то рядом с ним размещают воздуховоды от солнечных коллекторов.
Рис. 4.4.9 – Двухкамерные безводные биотуалеты большого объема.
Комбинированный контейнерный биотуалет со смывом и фильтрацией стоков
Возможно использование совмещенной системы - смывной туалет с малым расходом воды, слив из которого осуществляется в компостирующий биореактор с фильтрующим слоем (фильтр-контейнер). Профильтрованные стоки направляются в общую систему переработки бытовых стоков (автономную канализацию). Система делается двухкамерной или с большим набором сменных контейнеров, количество которых определяется, исходя из состава семьи, чтобы было удобно заменять заполненные контейнеры на пустые.
Рис. 4.4.10 – Комбинированный контейнерный биотуалет со сливным унитазом и фильтрацией стоков.
Массовое строительство экодомов может сделать жилищное строительство средством решения многих экологических проблем, стоящих перед человечеством. При эксплуатации дома человек своей жизнедеятельностью должен способствовать преобразованию солнечной энергии в живую биомассу эффективнее, чем это происходит при естественном развитии экосистемы, превышая величину естественного воспроизводства среды в естественном состоянии. Экодома нельзя построить (и людям там жить не желательно) севернее той широты, за которой невозможно обеспечить солнечное отопление дома из-за недостатка солнечной энергии даже при экономически разумном утеплении дома.
|
|
Деревянный рубленый дом
Целесообразность выбора дерева в качестве основного строительного материала в средней полосе России и в районах Севера состоит в том, что дерево имеет целый ряд преимуществ перед другими строительными материалами. Оно имеет уникальные экологические свойства, экономически выгодно на территории России, сроки возведения деревянных домов значительно меньше, чем кирпичных и монолитных.
Ниже приведены основные преимущества деревянных конструкций:
1. Дерево способно «дышать», пропускать через себя воздух, в деревянном доме всегда оптимальный воздушный и влагообменный режим. Это становится невозможным, если в деревянной конструкции используется полимерный утеплитель, поскольку его способность сохранять тепло основана на изоляции внутренней воздушной среды от наружной.
2. Дерево имеет низкий температурный коэффициент линейного расширения, небольшой вес, высокую прочность, устойчиво к воздействию солей, кислот, масел, обладает низкой теплопроводностью. Деревянная стена толщиной 45 см удерживает такое количество тепла, как кирпичная толщиной 2 м. Кроме того, деревянный дом протапливается быстрее кирпичного.
|
|
3. Ресурс деревянного дома, построенного с учетом всех особенностей работы с деревянными материалами, неукоснительном соблюдении требований технологии заготовки древесины и строительства составляет 150-200 лет. То, что некоторые дома из дерева имеют низкую долговечность, быстро становятся подвержены гниению и деструкции – является результатом нарушения технологии деревянного строительства, а не недостатком самого материала.
4. Деревянный дом не требует дополнительных затрат по его внутренней и внешней отделке.
5. Средний объемный вес сухой древесины составляет 500 кг/м3, в то время как объемный вес силикатного кирпича превышает эту цифру более чем в три раза и составляет 1700 кг/м3.
6. Благодаря легкости древесного материала достигается существенная экономия средств при закладке фундамента. Бревенчатый дом можно строить на сравнительно мягких грунтах.
7. Транспортировка готовых пакетов домов не представляет трудностей, благодаря малому весу древесных материалов. Благодаря "эластичности" элементов, небольшие бревенчатые дома можно транспортировать в собранном виде, не боясь их разрушения.
8. Потребность в тепловой энергии для бревенчатых домов меньше по сравнению с другими материалами (за исключением синтетических утеплителей, применение которых недопустимо ввиду санитарно-гигиенических требований и недолговечности). По коэффициенту теплопроводности древесина имеет преимущества перед другими материалами. Например, кирпичная стена в 32,5 см и штукатурка 1,5 см с наружной и внутренней стороны (общая толщина стены 35,5 см) имеет теплопроводность 0,735 Вт/м2. Теплопроводность стены из бревен диаметром 20 см составляет 0,7 Вт/м2.
|
|
9. За счет сравнительно тонких стен увеличивается полезная жилая площадь дома. Из бревен образуется готовая поверхность стены. Не требуется наклеивание обоев или других облицовочных материалов.
10. Деревянный дом выдерживает усадку фундамента. В результате исследований, проведенных в Японии, на территории где произошло землетрясение, установлено, что бревенчатый дом оказался наиболее крепкой конструкцией, устойчивой против землетрясения[140].
11. В деревянном доме очень приятно жить, так как влажность воздуха в нем наиболее оптимальна для человека - 45-57%. От влажности зависит также и интенсивность развития микроорганизмов, которые воздействуют на качество воздуха и, соответственно, на здоровье человека. Исследования ученых показали, что если для оценки уровня комфортности атмосферы помещении в качестве эталона выбрать деревянный дом и обозначить его 1, то комфортность в доме из бетона составит 0,05, а из керамического кирпича - 0,7. Уникальные свойства бревна позволяют в сухую погоду отдавать накопленную влагу, а в сырую, наоборот, впитывать в себя ее излишки в жилом помещении. Живица и другие смолистые вещества, которые выделяют бревна из сосны, благоприятно влияют на организм человека, улучшают тонус, сон, имеют бактерицидные и антиаллергенные свойства.
Ярким примером долговечности деревянных рубленых домов является остров Кижи на Онежском озере с его великолепными образцами русского деревянного зодчества. Весь остров – это своеобразный музей деревянного зодчества под открытым небом, который включает в себя памятники Кижского Погоста (Церковь Преображения Господня - 1714 г., Церковь Покрова Пресвятой Богородицы - 1764 г., Колокольня Кижского погоста - 1874 г. Преображенская церковь- 1714 г., 9-главая Покровская церковь - 1764 г.).
Рис. 1. Памятники русского деревянного зодчества на о. Кижи
Почему эти памятники деревянного зодчества сохранились и спустя 300 лет после возведения? Причина такого долголетия заключается в соблюдении всех технологических особенностей работы с деревом, в частности его заготовки и обработки.
В современном деревянном домостроении бревно обрабатывается механизированным способом, с применением распиловочных инструментов. Однако для обеспечения длительного срока службы конструкции из дерева обрабатывать бревна нужно вручную, топором и другими ручными инструментами, исключая пиление, потому что поперечные удары лезвия топора закупоривают поры и капиллярные сосуды в стволе, что обеспечивает лучшую влагостойкость брёвен уже в конструкции сруба, нежели поперечный распил, порождающий продольные трещины и рвущий поры и сосуды, которые остаются открытыми капиллярами, тянущими влагу внутрь бревна.
Строительство деревянных домов по проектам, отвечающим потребностям человека, могло бы стать эффективным средством решения жилищной проблемы.
Для сохранения деревом всех своих полезных свойств и долговечности необходимо соблюдение технологии заготовки и строительства дома, известной еще издревле.
Эта технология состоит из следующих основных этапов[141]:
1) Зимой, в январе — феврале, в лесах выбирают подходящие деревья, учитывая, как ствол дерева отзывается удару обухом топора: т.е. хорошее дерево должно «правильно звучать». Кору на выбранных деревьях срезают по кольцу в нижней части ствола, в результате чего дерево умирает. После этого выбранное дерево оставляют стоять на своём месте до следующей зимы: за это время дерево успевает лишиться внутренней влаги, высыхая летом и вымерзая зимой.
2) Следующей зимой отобранные деревья срубают, очищают от веток и вывозят к месту будущей стройки. Обрабатывать бревна нужно вручную, топором и другими ручными инструментами, исключая пиление, потому что поперечные удары лезвия топора закупоривают поры и капиллярные сосуды в стволе, что обеспечивает лучшую влагостойкость брёвен уже в конструкции сруба, нежели поперечный распил, порождающий продольные трещины и рвущий поры и сосуды, которые остаются открытыми капиллярами, тянущими влагу внутрь бревна.
3) Брёвна во вращении вокруг продольной оси необходимо ориентировать так, чтобы сторона ствола, обращённая во время роста дерева к северу, в конструкции сруба оказалась бы снаружи здания: годовые кольца с северной стороны тоньше, древесина с этой стороны плотнее, обладает более мелкой структурой и более устойчива к воздействию природных факторов: солнца и влаги.
4) Конструкции дома, кровли дома и крыльца должны быть оптимизированы так, чтобы вся дождевая и талая вода свободно стекала и нигде не застаивалась (то же касается и конденсата, стекающего зимой со стёкол окон). Кроме того, общая организация пространства внутри дома должна быть такова, чтобы нигде не возникало зон, в которых бы воздух застаивался. Это необходимо во всех деревянных конструкциях для того, чтобы в застойных зонах не возникала сырость, не заводилась плесень, грибки (плесень и грибки вредны для здоровья), и сруб не сгнивал бы изнутри.
Ресурс построенного таким образом рубленого дома мог достигать 200 лет и более, и хотя за время его службы приходилось несколько раз сменить брёвна в нижнем венце и обновлять кровлю, но такой дом удовлетворял потребности в жилье нескольких поколений семьи по высоким стандартам комфорта.
Пример использования первозданного, не обработанного распиловочными инструментами и станками дерева представлены на рисунках 4.4.13 – 4.4.19[142]. На рисунках видно, что такие дома не требуют внутренней отделки (обшивки вагонкой, гипсокартоном и т.п.). Эстетические качества таких домов многократно превосходят любые конструкции из кирпича или бетона и тем более панельно-каркасные дома (для сравнения рис. 4.4.20.).
Рис. 4.4.13 – Деревянный дом (арх. Гарри Говард и Ларри Пирсон)
Рис. 4.4.14 – Деревянный дом (арх. Гарри Говард и Ларри Пирсон)
Рис. 4.4.15 – Деревянный дом (арх. Гарри Говард и
Ларри Пирсон)
Рис. 4.4.16 – Деревянный дом (арх. Гарри Говард и Ларри Пирсон)
Рис. 4.4.17 – Использование натурального дерева в архитектуре жилища (арх. Гарри Говард и Ларри Пирсон)
Рис. 4.4.18 – Деревянный дом (арх. Гарри Говард и Ларри Пирсон)
Рис. 4.4.19 – Использование натурального дерева в архитектуре жилища (арх. Гарри Говард и Ларри Пирсон)
Для сравнения на рис. 4.4.20 приведено изображение панельно-каркасного жилого дома. Короткие сроки возведения такого дома и его низкая цена не могут покрыть все его технологические, санитарно-гигиенические и эстетические недостатки. Дома такого типа не могут считаться комфортным и безопасным жилищем и в проектируемых сельских поселениях XXI века их строительства недопустимо.
Рис. 4.4.20 – Пример использования полимерных и синтетических материалов при жилищном строительстве – дом из сэндвич-панелей и их состав
В наши дни понимания необходимости обеспечения высокого качества деревянных домов у многих строителей нет. Вследствие этого ресурс деревянных конструкций снижается, в том числе и тем, что в них используются синтетические полимерные водонепроницаемые клеи. Слои такого клея препятствуют фильтрации влаги сквозь дерево по его капиллярам, и деревянные конструкции начинают гнить изнутри, сохраняя вполне приятный вид снаружи.
Аналогичные процессы протекают и при использовании вставок из синтетических утеплителей. Наилучшими для утепления деревянного дома являются естественные утеплители (солома, камыш, льняная костра). Кроме того, что они имеют наилучшие для человека экологические характеристики, низкие энергозатраты на производство, легко заменяются и утилизируются, не нанося ущерба окружающей среде.
В современном строительстве все более широкое применение находят полимерные строительные материалы (их насчитывается свыше 100 наименований). В том числе они используются в качестве элементов деревянных конструкций. В частности, широкое распространение получила слоистая кладка стен с расположением утеплителя внутри. Построенные по такой технологии панельно-каркасные быстровозводимые дома имеют большую популярность в настоящее время и широко рекламируются в различных СМИ.
Однако строительство домов по такой технологии нельзя рекомендовать в качестве основы массового малоэтажного жилищного строительства в XXI веке. Для того, чтобы обосновать данное утверждение необходимо сформулировать критерии выбора материалов, рекомендуемых для жилищного строительства, а также упорядочить эти критерии иерархически. Указанные критерии можно сформулировать и проранжировать следующим образом:
1. Безопасность строительного материала для здоровья человека в преемственности поколений и биосферы Земли (безопасность с медицинской точки зрения: соблюдение санитарно-гигиенических требований к стройматериалам в процессе производства, эксплуатации и утилизации, а также экологическая безопасность).
2. Минимальные энергоемкость материалов в процессе производства и затраты на эксплуатацию и утилизацию. Т.е минимальный расход ресурсов, основанный на осознанном и бережном отношение к природе, стремление к ненанесению вреда окружающей среде[143].
3. Максимальный срок службы.
4. Способность к замене и ремонтопригодность материала.
5. Повторное использование в качестве строительного материала или энергоносителя при соблюдении п.2.
6. Высокий показатель энергоэффективности при соблюдении условий изложенных в п.1,2,3,4.
Таким образом, важнейшим показателем, применяемым для выбора строительного материала должна быть его безопасность для здоровья человека и биосферы Земли. При несоответствии материала этому требованию он не может быть применяем для строительства, тем более жилищного, вне зависимости от своих иных характеристики свойств, в том числе цены.
Вопросы экологической безопасности конструкций с использованием полимерных материалов
Многочисленные научные исследования показывают, что практически все полимерные строительные и отделочные материалы, созданные на основе низкомолекулярных соединений, в процессе использования могут выделять токсичные летучие компоненты, которые при длительном воздействии могут неблагоприятно влиять на живые организмы, в том числе и на здоровье человека.
Например, материалы на основе карбамидных смол, в частности древесностружечные плиты (ДСП) выделяют формальдегида в 2,5—3 раза и больше допустимого уровня. В свободном состоянии формальдегид представляет собой раздражающий газ, обладающий общей токсичностью. Он подавляет действие ряда жизненно важных ферментов в организме, приводит к заболеваниям дыхательной системы и центральной нервной системы.
Материалы на основе фенолформальдегидных смол, а именно древесноволокнистые (ДВП), древесностружечные (ДСП) и древеснослоистые (ДСП) выделяют в воздушную среду помещений фенол и формальдегид. Концентрация формальдегида в жилых помещениях, оборудованных мебелью и строительными конструкциями, содержащими ДСП, может превышать ПДК в 5—10 раз. Особенно высокое превышение допустимого уровня отмечается в сборно-щитовых домах.
Материалы на основе эпоксидных смол содержат летучие токсичные вещества: формальдегид, дибутилфтолат, эрихлоргидин и др. Например, полимербетон (ПБ) на основе эпоксидной смолы Эд-6 с введением в его состав пластификатора МГФ-9 снижает выделение ЭХГ и может быть рекомендован только для промышленных зданий.
Поливинилхлоридные материалы (ПВХ) общей токсичностью, в процессе эксплуатации могут создавать на своей поверхности статическое электрическое поле напряженностью до 2000—3000 В/см. При использовании поливинилхлоридных плиток в воздушной среде помещений обнаруживают фталаты и бромирующие вещества. Весьма отрицательное свойство плиток — низкие теплозащитные свойства, что приводит к простудным заболеваниям. Рекомендуются только во вспомогательных помещениях и коридорах.
Стиролосодержащие полимеры выделяют в процессе деструкции стирол. Поливинилацетатные покрытия (ПВА) при недостаточном проветривании выделяют в воздушную среду помещений формальдегид и метанол в количестве, превышающем ПДК в 2 раза и более.
Еще одна экологическая угроза, исходящая из полимерных строительных материалов — противопожарные вещества — антипирены, содержащиеся в негорючих пластиках. Установлена связь вредных веществ, выделяющихся из них, и с заболеванием населения аллергией, бронхиальной астмой и др.
Проведенные в последние годы научные исследования показали, что полимерные строительные материалы могут оказаться источником выделения и таких вредных веществ, как бензол, толуол, ксилол, амины, акрилаты и др.
Ученые Института строительной экологии в Швеции к числу наиболее опасных химических соединений, выделяющихся в атмосферу жилища из полимерных строительных материалов, относят изоцианты, кадмий и антипирены. Изоцианты — опасные токсичные соединения, проникающие в жилые помещения из полиуретановых материалов (уплотнителей, соединений и др.). Как отмечают шведские специалисты, полиуретановая пена очень удобна в работе, но может оказаться небезопасной для будущего жилища. Вредное воздействие изоциантов, приводящих к астме, аллергии и к другим заболеваниям, усиливается при нагревании полиуретановых материалов солнечными лучами или теплом от отопительных батарей.
Приведенные данные говорят об опасности для здоровья человека и состояния окружающей среды применения в строительстве полимерных синтетических материалов.