Архитектура от естествени строителни материали: здравословна, комфортна и климатично неутрална жизнена среда

Естествените строителни материали са традиционно строително решение и тенденция в съвременната архитектура, която цели здравословна, екологична комфортна жизнена среда, с нисък отпечатък на въглеродните емисии на достъпна цена. Естествените материали имат широко приложение заради множеството си предимства, свързани със здравословния микроклимат, природосъобразност, икономически и социални фактори.

„Човек е домът, в който живее“: история за къщата „изваяна от глина“

Една от любимите ми немски поговорки е свързана с кулинарното изкуство и гласи: „Човек е това, с което се храни“ (“Mann ist, was man isst”) може да бъде перефразирана и към архитектурно – строителната практика: „Човек е домът, в който живее“.

След приключване на висшето си образование по архитектура, продължих да търся своето призвание – свързано с екологична архитектура и природосъобразно строителство, които ме отведоха до семинарите, които организираха колегите от Асоциация за строителство с естествени материали (АСЕМ). Първите практическите обучения, които посетих, бяха организирани от арх. Георги Георгиев в родово имение „Обичковци“, намиращо се в близост до величествените белоградчишки скални феномени. Проектът е образователна “школа” за обучение на професионалисти и доброволци в използването на техники за строителство с глина: ръчно направени топки от глина (“коб”), пресовани земни блокове, непечени кирпичени тухли с добавена слама, “пълзящ” кофраж, “валци”, глинени мазилки и прочее.

Основната къща, обект на демонстрация и практика, е изградена изцяло от естествени материали, като различни строителни техники с използване на глина директно от терена са комбинирани по вдъхновяващ и умел начин: „коб“ и непечени кирпичени тухли, изграждащи включително прозоречни арки и тавански сводове – в съчетание с камък, дърво и множество декоративни елементи, включително две лястовици и костенурка, изрисувани от глинени мазилки. Сградата е увенчана с цъфтящ озеленен покрив.

Теорията и хилядолетната история доказват множеството предимства на естествените материали, а намирайки се в подобен дом успях да усетя благоприятното чувство от здравословната и хармонична жизнена среда с постоянна и оптимална температура и влажност на въздуха. Попаднах на думи, изваяни от глина, върху една колона: „Любов и благодарност – тук и сега“. Усещах, че вложената невидима енергия в дома носи заряд на благодарност към Майката Земя – нашият общ дом, даряващ ни с всичко необходимо, включително и с глината, вложена в сградата.

Кои строителни материали са естествени?

Терминът „естествени материали“ е свързан с материалите, които могат да бъдат открити като суровини в природата, например под формата на растителност, в земни недра и почвени слоеве и т.н., и могат да бъдат използвани за строителни нужни директно или след човешка обработка, включително и чрез производствени процеси за придаване на определена форма и размер, но без химическа, термична и друга намеса, променяща структурата и свойствата на материалите. Повечето естествени строителни материали притежават и естетически качества.

Основните естествени строителни материали са:

Дърво: в това число и производни елементи от дърво като строителна конструктивна дървесина (колонно-гредова или масивна), дървесен топлоизолационен фазер, дървесни влакна, корк, шиндли от дърво, интериорни и екстериорни обшивки (смърч, бор, ясен, ела), мебели и обекти на интериорния дизайн и др.
Глинa: приложима под формата на кирпичени (непечени тухли), плетарка, коб, пресовани блокове, трамбована земна маса, лека глина, глинени подове, вътрешни и външни мазилки и т.н.
Слама: отличен топлоизолационен материал, подходящ и за префабрицирани конструкции и строителство чрез принципите на „направи си сам“.
Камък: основните използвани материали са варовик, мрамор, гранит, базалт, травертин, които са приложими за конструктивни, облицовъчни и естетически функции.
Тръстика: подходяща за изграждане на покривно покритие, топло- и шумоизолационни рогозки, подходящи като вътрешна изолация и подложка за мазилки от естествени материали.
Коноп: приложим под формата на топлоизолационна вата и като „конопобетон“ – в смес заедно с вар – подходящ материал за топлоизолационен пълнеж в стени, изпълнени от дървена конструкция.
Строителна вар: подходящ материал за екстериорни и интериорни „дишащи“ мазилки, както и като съставен елемент за различни строителни смеси.
Бамбук: много здрав конструктивен материал със сходна якост на натиск със стоманата и двойно по-висока якост на натиск от бетона. Бамбукът е подходящ за структурни елементи, за покривни и стенни покрития, рогозки/панели, слънцезащитни елементи, интериорен дизайн и мебели.
Корк: естествен материал с много ниско собствено тегло, подходящ за топло- и шумоизолация и приложим в подови, стенни покривни конструкции, вкл. и за интериорни решения.
Естествени влакна, вкл. кокосови влакна, сизал, лен, юта, тръстика, вълна – материали, подходящи за топлоизолация.
Масла, напр. ленено масло за импрегнация на дървен материал и глинени мазилки.
Рециклирани материали, като например целулоза.

Част от материалите изискват допълнителна обработка, за да бъдат използвани за строителни цели. Дървеният материал например изисква относително малка обработка – едно дърво може да бъде нарязано на малки съставни елементи, които да се използват директно след сушене. Глината обаче изисква допълнителен труд, за да се превърне в тухли и преминава през добив, оформяне, печене и сушене.

Необходимо е да се отбележи, че материали като желязо, алуминий, пясък и др., които се откриват естествено в природата, не са класифицирани като „естествени строителни материали“, защото са неорганични, изискват сериозен производствен процес, обикновено с индустриален характер или са лишени от естетически качества.

Кои са предимствата на естествените строителни материали?

Устойчивото развитие е свързано с балансирана човешка дейности в рамките на три аспекта: екология, икономика и социум. В контекста на трите посоки на устойчиво развитие бихме могли да разгледаме и предимствата на естествените материали.

Важно екологично предимство е здравословният микроклимат и „сградната биология“

Естествените материали притежават способността да регулират по естествен начин температурата и влажността, като акумулират топлина или хлад на денонощна или сезонна база и отдават топлина в студените периоди или охлаждат в топлите, както и абсорбират влага от въздуха при повишени нива и я освобождават обратно при сух въздух – и в резултат се създават целогодишно оптимални и благоприятни условия за живот.

Естествените материали са отлични топлоизолатори и са напълно конкурентоспособни спрямо параметрите на водещите, индустриално произведени топлоизолационни материали като EPS, XPS, минерална (стъклена и каменна) вата и др. Бърза калкулация по сградна физика показва, че външна стена на сграда, изпълнена с добре пресовани сламени бали с дебелина от 36 – 40 см, покрива минималните изисквания на стандарта за „Пасивна сграда“ за стойности на коефициента на топлопреминаване, която се равнява на стена изпълнена с 34 см топлоизолация от стъклена вата, поставена между дървена конструкция.

Естествените материали като глина, вар и др. или комбинация от техники и материали имат голяма термална маса – те осигуряват естествено акумулиране и съхраняване на топлина или хлад в ограждащите елементи на сградата като по-този начин сградите са топли през зимата, когато акумулират топлина, напр. от слънцето през деня и остават хладни през летния сезон, акумулирайки хлад през нощта. В резултат на това разходите за климатизация се понижават, а грижата за природата и климата се увеличава, защото е научно установено, че използването на термална маса намалява необходимата енергия за охлаждане на жилищни сгради до 75%.

Фигура 1: Естествени екологични материали намаляват енергията и разходите за климатизация чрез термална маса, Източник.

Паропропускливостта е естествено движение на водните пари при „дишащите“ и въздухоплътни материали. Естествените материали позволяват изпълнението на дифузионно-отворени („дишащи“) ограждащи елементи, като стени и покриви, които позволяват свободно движение на водните молекули през структурата и излизането на влагата навън, което предпазва от образуване на влага, мухъл, нездравословни плесени, водещи до редица заболявания и т.н.

Естествените материали са и въздухоплътни и при правилно изпълнение предпазват от нежелани въздушни течения през външната обвивка на сградата, които водят до топлозагуби и дискомфорт през студения сезон, респективно до повишени експлоатационни разходи и преразход на природни ресурси.

Естествените материали осигуряват и оптимална звукоизолация на сградата. Например стена от слама с дебелина от 35 см и двустранно измазана с глинена мазилка от 2,5 см осигурява звукоизолация от около 55 dB; съвременна тухлена стена и преградна стена с пълнеж от минерална вата и двустранно поставен единичен слой гипсокартон изолират около 45 dB въздушен шум.

Фигура 2: Предимства на естествените екологични материали, Източник.

Доказано е, че естествените материали като глината, използвана с различни строителни техники, намаляват влиянието на електромагнитните вълни, които ни заобикалят вследствие на бързото нарастване на изкуствените източници на електромагнитно излъчване в края на 20 век.

Друго важно предимство на естествените материали е, че осигуряват по-добра безопасност при земетръс и ветрозащита. Множество изследвания показват устойчивост на земетресения дори до 8-ма степен по Рихтер на сгради, изпълнени дори единствено и само от сламени бали, без допълнителна носеща стенна конструкция. Съвременните сгради от естествени материали се проектират със стандартна носеща конструкция, напр. от дърво, бамбук и т.н. и отговарят на всички земетръсни норми.

Редица експерименти доказват негоримостта и пожаробезопасността на естествените материали. Двустранно измазана с варова или глинена мазилка стена от сламени бали може да постигне стандарт на пожарозащита дори и до висок клас като F90-B, в зависимост от плътността и вида на използваните материали – клас, който е еквивалентен на „масивното“ строителство със стоманобетон и тухли. Добре пресованата сламена бала например е негорима заради липсата на кислород в нея – факт, който е лесно доказуем чрез примера за лист хартия, който макар и лесно запалим, е трудно горим, ако се намира в затворена книга, т.е. безкислородна среда, в която няма „гориво“ за огъня.

Друго предимство на естествените материали е намаленото влияние от вредни вещества, включително абсорбиране на неприятни миризми. Порестата структура на глината може да абсорбира замърсители на въздуха и вредни миризми, които се свързват в порите на глината и се отстраняват от въздуха. В резултат качеството на микроклимата в помещенията е подобрено и въздухът е по-здравословен.

Друго важно екологично предимство е природосъобразността на естествените материали

Естествените строителни материали са въглеродно неутрални или имат отрицателен отпечатък, т.е. абсорбират повече емисии, отколкото се отделят при процеса на производството им. В състава на конструктивната дървесина има около 50% „въплътен въглерод“, защото възобновяемият материал има свойството да поглъща въглероден диоксид от атмосфера и в резултат повечето сгради от дърво са „въглеродно неутрални“. Конопът има сходна функция и може да абсорбира двойно повече въглерод спрямо обикновените гори и понастоящем е често приложим строителен материал, например в техниката, наречена „конопобетон“. Проучване доказва, че строителството на една сграда от сламени бали има отрицателен въглероден отпечатък от около 13 тона CO2 емисии, докато положителният въглероден отпечатък на една масивна сграда от бетон и тухли е около 42 тона СО2 емисии. Разликата е генерираните и абсорбирани емисии от двата вида строителство се равняват на повече от 400 000 км пробег с автомобил (при използване на средна класа автомобил, спестяващ гориво).

Друг интересен пример е, че еднофамилна жилищна сграда от естествени материали абсорбира около 35 тона въглеродни емисии, а сграда, изпълнена с конвенционални материали, генерира около 65 тона, което прави разлика от 100 тона въглеродни емисии. Ако сградата е изпълнена по стандарт “Пасивна сграда”, която отделя около 1 тон емисии на година за отопление и охлаждане, ще отнеме 65 години на сградата да генерира същото количество въглеродни емисии, колкото една конвенционална сграда, създава още преди да бъде обитавана.

Фигура 93: Естествените строителни материали са въглеродно неутрални: Източник.

Естествените материали изискват минимално количество енергия за производство в сравнение с конвенционалните материали: за сравнение въплътената енергия (енергията, консумирана по време на всички процеси, свързани с производството на материали) на сламените бали е 0,24 MJ/kg, на стъклената вата е 30,3 MJ/kg, а на експандираният пенополистирол (EPS/стиропор) е 117 MJ/kg или с други думи: въплътена енергия в сламата е 126 пъти по-ниска от тази в стъклената вата и 487 пъти по-ниска от енергията, вложена в строителния стиропор, отчетени на килограм материал.

Добивът на естествените материали е натурален, напр. сламата е отпаден продукт от производството на зърнени култури с широко приложение в строителството, енергетиката и земеделието като по данни на ЕС, около 50 метрични тона на годишна база от материала остават неизползвани.

Материалите са рециклируеми и биоразградими, а цялостната оценка на жизнения им цикъл показва множество предимства в сравнение с конвенционалните материали. Например сламата е водещ екологичен материал във връзка със защитата на човешкото здраве от гледна точка на:

токсичност, респираторни замърсители, фото-химическа оксидация, опазване на озоновия слой, намаляване влиянието на йонизиращата радиация;
неутрализиране на климатичните промени и глобално затопляне;
намаляване изчерпването на природните ресурси от гледна точка на добива на минерали и възобновяемост на ресурсите, като единствен минус е използването на големи площи земя за добив на слама.

Животът на естествените материали е сравним като дълготрайност с този на конвенционалните материали, при правилно изпълнение и поддръжка, и е с продължителност от стотици години, както доказва хилядолетната история. В множество случаи дори и надвишава дълготрайността на съвременните материали, в които се използват лепила, пластмаса, подлежащи на разлагане от UV лъчи или метали, подлежащи на корозия.

Естествените материали имат и други икономически и социални предимства

Естествените материали имат изключително ниска себестойност: земната маса и сламата са практически най-евтините строителни материали, особено ако са добити локално, което оптимизира до минимум транспортните разходи, които са основен разход в съвременния строителен сектор. Строителството с естествени материали е достъпно за всеки, защото има нискотехнологичен характер (“лоу-тек”) и позволява използването на местна работна ръка, което стимулира развитието и поддържането на локална икономика и намаляване на разходите. От друга страна, съвременните високотехнологични решения (“хай-тек”), които също намаляват строителните разходи и подпомагам местната икономика, са напълно приложими и за природните материали – например префабрицирането (предварително изготвяне на строителни конструкции в производствени условия) на модулни стенни и покривни дървени конструкции с пълнеж от слама или конопобетон, 3D принтирането на сгради от глина или производството на строителни непечени тухли и т.н.

Финансовите разходи позволяват сериозно оптимизиране чрез “строителство със собствени сили” или „Направи си сам” (DIY), вкл. работа с доброволци на семеен, приятелски, общностен и др. принцип, като намаляват разходите до себестойността на материалите – принципи, които са се използвали широко дори и рамките на миналия век в български села и градове, а и по света.

И не на последно място, естествените материали са здравословни, безопасни, осигуряват възможност за обучение, развитие на местните общности чрез подпомагане на локалната работна сила, възможност за „строителство със собствени сили“ и установяване на взаимоотношения, основани върху доброволчество и взаимна подкрепа, с цел допълнително оптимизиране на бюджета, както и влагане на положителна, творческа енергия при процеса на изпълнение.

Фигура 4: Строителство “направи си сам” (DIY), Източник: Проект “Екологично Образование” Приложение на естествените строителни материали в България

Използването на естествени материали в Европа е широко разпространено, като например обявеният от “Европейската строителна асоциация за строителство със слама” брой на сгради, изпълнени с приложение на слама, е над 10 000, като Франция има водеща роля – в страната се изграждат всяка година над 500 сгради със слама и въпреки, че това са едва 0,15% от всички сгради – тенденцията е за увеличаване приложението на естествените материали и потенциалът за използването им е значителен. В България интересът към естествените строителни материали през последните 10 години също се увеличава, но за момента все още липсва правилна информираност и разбиране по темата, включително относно ползите от природните материали.

Цената на строителството с естествени материали е много по-ниска при вариант „строителство със собствени сили“ („Направи си сам“) или работа с доброволци, но остава сходна при изпълнение от фирма-изпълнител в сравнение с конвенционално строителство, изпълнено чрез „масивна строителна система“ (стоманобетон и тухли) – основно заради липсата на достатъчно голямо търсене и конкуренция в сферата, както и наличие на малък брой квалифицирани професионалисти.

Други предизвикателства пред използването на естествените материали в България са необходимостта от теоретични и практически систематични обучения, местно производство и добив на материали и строителни решения и конструкции, както и стандартизирането на строителните материали в рамките на законовата рамка, свързана със строителството на сгради.

В хармония със заобикалящата среда

По пътя, където свършва гората и започват тръстиките, се извисява посетителски център върху колони, построени внимателно по ръба на водата. Сградата е обшита със сламен покрив, наподобяващ „камуфлажна“ щора за наблюдение на птици, скриваща от заобикалящия свят всичко, което покрива. Архитектурата използва традиционни, местни материали и геометрия, която наподобява кристал. Стръмните покривни равнини осигуряват дълготрайност. Билото, където е слабото място на сламения покрив, е превърнато в остъклено горно осветление, което осветява хармоничния интериор от дърво.

Главният офис на Теленор в близост до Исламабад, Пакистан, разпростиращ на обща площ от близо 56 000 кв.м., е забележителен пример за устойчива архитектура с минимално влияние върху околната среда. Комплексът е изграден със стени от трамбована земя, която напомня за естествените нюанси на почвата от долината Потохар, част от района. Технологията, която се използва за изграждането на стените е композитна техника, с топлоизолация между двата слоя от земна маса, изпълнена с армировка и самоносеща конструкция. Впечатляваща е и комуникационната кула, която се извисява на 30 метра височина, което я превръща в най-високата сграда от трамбована земна маса в света.

Принтирана къща от глина: синхрон между съвременна технология и традиционни материали

В Италия през 2021 г. е изработен първият екологичен модел на глинена къща, чрез използване на съвременните технологии за 3D принтиране и локална земна маса. Иновативният проект за овален жилищен модел е резултат от проучване върху традиционни строителни практики, изучаване на биоклиматични принципи и използването на естествени, локални материали. Проектът е с почти нулеви емисии, благодарение на използваните локални материали, от които също така не се отделят отпадъци. Решението е оптимизирано да балансира между термална маса, изолация и вентилация спрямо климатичния контекст.

Сградата е „принтирана“ за 200 часа, като за целта са вложени 60 м3 естествени материали – при средна консумация на по-малко от 6 кВ мощност.

Използването на естествени строителни материали в жилищния и обществен сектор създава естетически издържана и хармонична архитектурна среда, както и предлага възможност за “хай-тек” (напр.: “3D принтиране”) и “лоу-тек” решения (напр.: “Направи си сам”).

Естествените строителни материали са ключов фактор към постигането на „устойчиво развитие“, защото притежават редица положителни характеристики, свързани с екология, икономика и общество. Материалите на миналото, доказани като здравословно, бюджетно, хармонично решение са и материалите на бъдещето – използвани по правилен начин, естествените материали са основа за комфортна, съвременна жизнена среда, като помагат за опазването на природата и намаляването на климатичните промени.

Автор: Apxитeĸт Beceлин Beceлинoв / Климатека

Apxитeĸт Beceлин Beceлинoв e част от авторския кръг на Климатека, той е сертифициран дизайнер на пасивни сгради ĸъм “Инcтитyтa зa пасивни сгради” в Дapмщaд, Гepмaния. Завършил е специалност “Архитектура” в Университета по архитектура, строителство и геодезия в гр. София. Стипендиант е към нeмcĸaтa Фeдepaлнa фoндaция зa oĸoлнa cpeдa (DBU) на тeмa: “Πacивни cгpaди oт ecтecтвeни материали”. Πрез 2009 г. е победител в най-големия световен международен студентски ĸoнĸypc за устойчива архитектура, организиран от компанията “Сен-Гобен”. Има над 10 години опит като упpaвитeл в мeждyнapoднa ĸoмпaния c eĸип oт 60+ дyши, paзpaбoтвaщa пpoeĸти и peшeния в oблacттa нa мoдyлнo и ycтoйчивo cтpoитeлcтвo. Разработва пpoeĸти в сферата на природосъобразната apxитeĸтypa.

В публикацията са използвани материали от: